JPH0862211A

JPH0862211A - 腸内ガス成分の測定方法及び装置

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Publication number: JPH0862211A
Application number: JP22551794A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ueda; 秀雄植田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1996-03-08
Anticipated expiration: 2019-05-10
Also published as: JP3525157B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】患者の放散された腸内ガスを検体とし、腸内
ガス中に含まれる複数の有臭成分の濃度を迅速且つ正確
に分別測定する。【構成】腸内ガスが放散された直後の周囲雰囲気ガス
体中の複数の微量成分を正確且つ短時間に分離するため
に、腸内ガスの主成分中の検知可能なガスを指標ガスと
し、この指標ガスを検知した時点で周囲雰囲気ガス体の
サンプリングを開始する。一方、サンプル計量管に周囲
雰囲気サンプルを分取し、これをカラムで分離し、ＰＩ
Ｄ等の検知部で測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒトの肛門から放散さ
れる腸内ガス（屁、Ｆｌａｔｕｓ）に含まれる有臭成分
を計測する方法及び装置に係わり、特にサンプリングの
タイミングに特徴を有するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、臨床検査分野においては尿や
血液を対象とする技術は高度に発達しているが、呼気、
ゲップ或いは腸内ガス（おなら、屁）等人体から発散さ
れる気体試料については、臨床検査分野における利用は
全くなされていない。これは、腸内ガス等の取扱が液体
試料と異なって極めて面倒であり、また、その重要性が
十分に認識されていないことによる。

【０００３】もっとも、呼気や腸内ガスについては以前
から細々とではあるが基礎的研究が行われており、人体
内での各種反応の結果２００種以上の成分がそれぞれに
含まれていることが判っている。しかし、現段階におい
ては手軽な検査機器も無く且つ検査方法も確立していな
いため、単なる学術的な研究の範囲に留まっている。

【０００４】ところで、呼気については肺で血液のガス
交換が行われるため、呼気は血液の補完的な試料と見る
こともできるが、腸内ガスは腸内に棲息するバクテリア
（腸内細菌）の産生物を含むため、尿や血液とは異なっ
た人体に関する情報が得られる可能性がある。即ち、臭
いものの例えとしてよく用いられる屁（放散された腸内
ガス）の臭いの元は、アンモニアや硫化水素、インドー
ル、スカトール等の腐敗ガスであり、これらを産生する
細菌（いわゆる悪玉菌）は当然に他の多くの有害不揮発
成分も産生しており、これらが腸から吸収されて人体に
悪影響を与えることは想像に難くない。最近、これらの
悪玉菌が成人病の原因になるとも言われている。もっと
も、腸内における菌群は、１００種、１００兆個も存在
すると言われるが、その働きは全く多様で、現在でも不
明な点が多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、屁は捕らえどこ
ろのないものの例えとしても良く用いられるように、そ
の採取は極めて困難である。これは、腸内ガスの放出が
コントロール出来ないし、放出されれば直ちに空気中に
拡散してしまうことによる。更に、腸内ガス中の有臭成
分は微量であるうえ空気で希釈されるので濃度が極めて
低く、小型軽量な装置で採取したサンプル中の有臭成分
を正確に定量することは困難である。しかも、希釈の程
度も把握できず、有臭成分の濃度の正確な測定は殆ど不
可能である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を
解決するために鋭意研究を続けた結果、腸内ガスの主要
成分として検知可能なガスが含まれていることに着目し
て本発明を完成させたものである。即ち、この成分ガス
を指標ガスとして採用し、この指標ガスを検知した時点
で腸内ガスの放散があったと認識して試料の採取を開始
するようにするとともに、指標ガスの濃度から、有臭成
分の濃度を推測する技術を開発した。また、腸内ガスの
分析に用いる小型・軽量で検出感度の高い腸内ガス成分
測定装置を開発した。

【０００７】腸内ガスの成分は、個人差や身体の状態に
よって変化が大きいが、大まかに窒素２３〜８０％、酸
素0.１〜2.３％、炭酸ガス5.１〜２９％、メタン0.１〜
２６％、水素0.０６〜４７％程度と言われている。また
有臭成分は全体で１％以下であり、アンモニアや硫化水
素、インドール、スカトール等の悪玉菌に起因する有臭
ガスの他に、善玉菌であるビフィズス菌などが産生する
酢酸などが含まれている。

【０００８】上記腸内ガスの主要成分の内、指標ガスと
しては、炭酸ガス、メタン或いは水素が用いられる。た
だ、メタンや水素は含有比にバラツキが大きいため、最
も好ましいのは炭酸ガスである。しかも、炭酸ガスは赤
外線の吸収が大きいため、赤外線を利用した小型の検知
器（濃度計）で容易に検知できるとともに、その濃度を
測定することができる。但し、その炭酸ガス濃度は周囲
雰囲気ガス（空気で希釈された腸内ガス）についてのも
のであるが、腸内ガス内に比較的狭い範囲（約５〜３０
％）で含まれているため、大凡の希釈率を求めることが
できる。そしてこの指標ガス、より好ましくは炭酸ガス
の濃度を基準として有臭成分の大凡の濃度を演算により
求めることができる。更に、菌種（特に悪玉菌）によっ
て、産生される有臭成分が知られているので、有臭成分
或いはその成分比等から、菌種の推定が可能になる。

【０００９】一方、本発明の腸内ガス成分測定装置は、
検体として人（或いは動物）が放散した腸内ガスを採用
し、腸内ガス中の微量化学物質を分離測定して臨床生化
学的な各種情報を得るものである。

【００１０】本発明の腸内ガス成分測定装置は、試料採
取部、腸内ガス放散検知部、腸内ガス成分分析部、及び
制御・演算処理部から構成される。この内特に分析部に
関しては、高感度及び小型化の要請から特殊な構造のも
のが用いられる。一般に、ガス体の分析にはガスクロマ
トグラフィーが利用され、測定ガスの種類や分析目的に
応じて種々な検出器が用いられている。本発明装置で
も、複数項目測定や迅速測定の目的で分離カラム特にキ
ャピラリーを採用する。また検出器としては、ＰＩＤ
（Photo Ionization Detector ：光イオン化検出器）や
ＩＭＳ（Ion Mobility Spectrometer ：イオン移動度ス
ペクトル検出器）或いはＥＣＤ（Electron Capture Det
ector ：電子捕獲型イオン検出器）のように、腸内ガス
中の検出対象ガス成分に光や放射線等を照射してイオン
化させ、イオン化量に応じて測定信号を出力するタイプ
のものが用いられる。

【００１１】このタイプの検出器は、ＦＩＤ（Flame Io
nization Detector ：水素イオン化型検出器）やＦＰＤ
（Flame Photometric Detector：フレーム光度型検出
器）のように水素ガスの燃焼を伴わないため安全で小型
化でき、且つこれら以上に高感度高精度であるし、キャ
リアガスに安価な空気や窒素ガスを使用できる利点があ
る。また、非常に高感度高精度なＡＰＩＭＳ（Atomosph
eric Pressure Ionization Mass Spectrometry ：大気
圧イオン化質量分析装置）は超大型であり本発明には採
用不可能である。その他、定電位電解式ガスセンサのよ
うに高感度高精度の検出器もあるが、これは検出対象ガ
スが一酸化炭素や水素化合物に限定されるなど選択性が
あり、同様に本発明には利用できないものである。尚、
前記した本発明に利用しうる検出器の内、ＰＩＤは放射
線を用いないため、最も好ましいものである。

【００１２】次に試料採取部は、周囲雰囲気ガス体を腸
内ガス放散検知部や腸内ガス成分分析部に供給するもの
で、チューブ状の試料採取管及び装置内の配管から構成
される。試料採取管は、その内面が体温と同じかそれよ
り高め、例えば３６〜１００℃より好ましくは４０〜５
０℃程度になるように加温しておくことが望ましい。こ
れは、試料採取管の内壁に呼気中の水分が凝縮して付着
し、ここにガス成分が溶解吸着されるのを防止するため
である。加温するために、採取チューブの周囲や内部に
発熱体を配置するか又はそれ自体が発熱性を有する素材
でチューブを構成し、その外周を断熱材で被覆した構造
にするとよい。また、調温機構を組み込んでもよい。

【００１３】試料採取管は、その先端の吸引口を肛門の
近傍、例えば洋便器の便座部分に配置して使用する。或
いはベッドで寝ている患者の臀部にテープ等で固定して
もよい。

【００１４】腸内ガス放散検知部は、周囲雰囲気ガス体
を吸引する吸引ポンプとその前方に配置される指標ガス
検知器から構成される。吸引ポンプは、メインスイッチ
投入後は常時作動するもので、ダイヤフラム式などの空
気ポンプが用いられる。。ガス検知器は、例えば炭酸ガ
スの場合非分散型の赤外線濃度計を使用する。そしてこ
のガス検知器で常時監視しており、炭酸ガス濃度が急増
した時点で腸内ガス放散検知部の放散があったと認識す
る。と同時にその濃度を測定する。

【００１５】腸内ガス成分分析部は、試料採取管を通っ
て供給される周囲雰囲気ガス体を吸引する吸引手段とそ
の前方（又は後方或いは並列）に配置されて一定量の周
囲雰囲気サンプルを計量するサンプル計量管、該計量管
内の周囲雰囲気サンプルをカラムに送り込む送出手段、
カラムで分離された周囲雰囲気サンプル中の有臭成分を
検出する検出器等から構成される。吸引手段は、ダイヤ
フラムポンプ等のポンプ或いはシリンジからなり、デッ
ドスペースである配管中の空気を吸引し、放散された腸
内ガス成分測定装置の濃度が高いと思われる部分の周囲
雰囲気ガス体の一部をサンプル計量管に送り込む働きを
する。送出手段は、キャリアガスを供給してサンプル計
量管内の周囲雰囲気サンプルをカラムに送り込むもの
で、キャリアガスは通常空気を用いる。空気は、小型ガ
スボンベ或いは圧縮ポンプから供給される。圧縮ポンプ
の場合、装置周囲の空気を吸着層を通して夾雑ガスを除
去したものを使用する。

【００１６】サンプル計量管の構造は、例えばキャリア
ガス流路の一部にバルブを２組設けその間をサンプル計
量管とする。周囲雰囲気サンプルの量は、検出部の容量
にもよるが0.０５〜５ml程度である。より好ましくは、
0.１〜１ml程度である。尚、サンプル計量管の部分も、
これに到る配管部分も、水分付着の防止とサンプルの質
量を一定にするために体温以上の恒温状態（例えば試料
採取管と同程度）に保っておく必要がある。

【００１７】検出部は、検出対象ガス成分を分離するカ
ラムと検出器から構成される。カラムとしては通常キャ
ピラリーカラムが用いられるが、検出対象ガスによって
はパックドカラムも使用できる。複数のカラムを並列使
用するとか昇温タイプのカラムを用いてもよい。尚、分
離カラムは再現性などから一定の恒温状態にする必要が
あるが、検出対象ガスの分解や変質を防止するためにな
るべく低い温度例えば室温（２０℃）〜５０℃程度に保
温することが望ましい。複数の測定対象ガスの沸点に差
がある場合、昇温タイプのカラム或いはダブルカラムを
使用するとよい。

【００１８】検出器として最も好ましいのは、現在の段
階では前述したように光イオン検出器（ＰＩＤ）であ
る。この検出器は、検出ガス成分にそのイオン化ポテン
シャルよりも大きなエネルギーを持った光（紫外線）を
照射するとイオン化が起きる現象を利用したものであ
る。そして、イオン化量を電極でイオン電流に変換して
取り出し、イオン電流の大小で検出対象ガス成分の濃度
を判別するものである。他の使用可能な検出器のうちＩ
ＭＳ（イオン移動度スペクトル検出器）は、β線でイオ
ン化された検出対象ガス成分を周期的にシャッターで開
閉することで、大気圧の移動層へ導く。ここでイオン
は、イオン特性（大きさ、質量、形状）により分別され
る。即ち、それぞれのイオン特有の移動時間（drift ti
me）を持つ。予めマイクロプロセッサーに記憶させた標
準成分のパターンデータ（アルゴリズム）と比較して、
目的成分の同定を行なう。ＥＣＤ（電子捕獲型イオン検
出器）もイオン化源はβ線であり、イオン化した検出対
象ガス成分を高感度に検出して同定するものである。
尚、将来これらと異なるイオン分析技術が開発され、そ
れらが高感度高精度で安全で小型化できるものであれ
ば、同様に利用できる。

【００１９】制御・演算処理部の主要部はマイクロコン
ピュータであり、前記指標ガス検知器からの検知信号を
入力した時点で前記吸引手段及び前記送出手段に作動信
号を出力するとともに、前記検出器からの測定信号を演
算処理して予め記憶させている検量線から有臭成分の濃
度や成分比を算出し、該算出結果を記憶したり、或いは
或いは表示装置（ディスプレイ）や記録装置（プリンタ
ー）などの出力装置に信号を出力するなど装置全体の作
動プログラムを管理するものである。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を図面に示す好適な実施例に基
づいて更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る腸内
ガス成分測定装置１のブロック図の一例を示す。この測
定装置１は、試料採取部２、腸内ガス放散検知部３、腸
内ガス成分分析部４、制御・演算処理部５、出力装置と
してのプリンター６等から構成されている。また図２
は、本発明腸内ガス成分測定装置の使用状態を示す概略
斜視図である。尚、本発明は図示のものに何ら限定され
るものではない。

【００２１】試料採取部２は、周囲雰囲気ガス体Ｇを吸
引する試料採取管２１及びそれに連なる三方分岐ジョイ
ント２２等の配管から構成される。試料採取管２１は、
内径が１〜５mm程度長さが１ｍ前後のプラスチックチュ
ーブ（好ましくはテフロン管）の外周にヒータと保温材
を被せたもので、その内部を加温して呼気中の水分の付
着を防止する。加温は、コントローラで３６〜１００℃
の任意の温度例えば５０℃に調節して行なう。

【００２２】腸内ガス放散検知部３は、周囲雰囲気ガス
体Ｇを吸引する吸引ポンプ３１と、その前方に配置され
る指標ガス検知器３２から構成される。吸引ポンプ３１
は、メインスイッチ投入後は常時作動するもので、ダイ
ヤフラム式ポンプを用いている。本実施例では、指標ガ
スとして炭酸ガスを用いており、ガス検知器３２は、非
分散型の炭酸ガス用赤外線濃度計を使用している。そし
てこのガス検知器３２で臀部の周囲雰囲気ガス体Ｇを常
時監視しており、炭酸ガス濃度が急増した時点で腸内ガ
スの放散があったと認識し、その旨の信号を制御・演算
処理部５に出力する。以後、吸引ポンプ３１は停止して
もよい。尚、急増した炭酸ガス濃度を同時に測定し、そ
の値を制御・演算処理部に記憶させる。

【００２３】腸内ガス成分分析部４は、試料採取管２１
を通って供給される周囲雰囲気ガス体Ｇを吸引する吸引
ポンプ４１と、前方に配置されて一定量の周囲雰囲気サ
ンプルＳを計量するサンプル計量管４２、該計量管内４
２の周囲雰囲気サンプルＳをカラム４３に送り込むキャ
リアガス（空気）を供給する圧縮ポンプ４４、カラム４
３で分離された周囲雰囲気サンプル中の有臭成分を検出
する検出部４５等から構成される。尚、吸引ポンプ４１
は、腸内ガスの放散があった旨の信号を制御・演算処理
部５から入力されると直ちに作動を始める。符号４８
は、キャリアガスとなる空気を浄化する吸着層である。

【００２４】本例におけるサンプル計量管４２は、キャ
リアガス流路の一部を２組のバルブ４６、４７で区切っ
て構成される。その容量は約0.５mlである。尚、サンプ
ル計量管４２や配管部分の内面も、４０〜５０℃程度に
加温する。検出部４５として最も好ましいのは、現在の
段階では前述したように光イオン検出器（ＰＩＤ）であ
る。この検出器は、検出ガス成分にそのイオン化ポテン
シャルよりも大きなエネルギーを持った光（紫外線）を
照射するとイオン化が起きる現象を利用したものであ
る。そして、イオン化量を電極でイオン電流に変換して
取り出し、イオン電流の大小で検出対象ガス成分の濃度
を判別するものである。他の使用可能な検出器のうちＩ
ＭＳ（イオン移動度スペクトル検出器）は、β線でイオ
ン化された検出対象ガス成分を周期的にシャッターで開
閉することで、大気圧の移動層へ導く。ここでイオン
は、イオン特性（大きさ、質量、形状）により分別され
る。即ち、それぞれのイオン特有の移動時間（drift ti
me）を持つ。予めマイクロプロセッサーに記憶させた標
準成分のパターンデータ（アルゴリズム）と比較して、
目的成分の同定を行なう。ＥＣＤ（電子捕獲型イオン検
出器）もイオン化源はβ線であり、イオン化した検出対
象ガス成分を高感度に検出して同定するものである。
尚、将来これらと異なるイオン分析技術が開発され、そ
れらが高感度高精度で安全で小型化できるものであれ
ば、同様に利用できる。

【００２５】制御・演算処理部５の主要部はマイクロコ
ンピュータ５１であり、前記指標ガス検知器３２からの
検知信号を入力した時点で前記吸引ポンプ４１やキャリ
アガスを供給する圧縮ポンプ４４に作動信号を出力する
とともに、前記検出部４５からの測定信号を演算処理し
て予め記憶させている検量線及び炭酸ガス濃度から有臭
成分の濃度を算出し、該算出結果を記憶したり、或いは
表示装置６に信号を出力するなど装置全体の作動プログ
ラムを管理する。

【００２６】次に、本発明装置の使用方法について説明
する。図２はその一例で、トイレ便器７の便座７１の部
分に、上記試料採取管２１を配置したものである。この
方法は、便意を催した場合に放屁が多いと言う経験則に
基づいたものである。被測定者は、まず装置１のメイン
スイッチを投入する。臀部が便座上にきたことを赤外線
センサー等で検知して自動的にメインスインチを投入す
るようにしてもいよ。すると、吸引ポンプ３１が稼働を
はじめ、肛門の周囲雰囲気ガス体Ｇをゆっくり吸引しは
じめる。吸引速度は、例えば１リットル／分程度であ
る。その間、指標ガス検知器３２は常時炭酸ガス濃度を
測定している。通常、空気中の炭酸ガス濃度はppm 単位
である。それが、単位時間当たりの変化が急激な増大す
ると、制御・演算処理部５は腸内ガスの放散（放屁）が
あったと認識する。と同時に、その濃度を測定記憶して
おく。

【００２７】すると、制御・演算処理部５からの指令で
腸内ガス成分分析部４３の吸引ポンプ４１が作動を始
め、周囲雰囲気ガス体Ｇを吸引する。その一部がサンプ
ル計量管４２に取り込まれる。次いで、サンプル計量管
４２内部の周囲雰囲気サンプルＳが、キャリアガスによ
ってカラム４３内に送り込まれ、各成分ガスの保持時間
の違いにより分離分画されて順次検出器４５内でイオン
化され、そのイオン化量が電気信号に変換されて出力さ
れる。電気信号は、制御・演算処理部５で演算処理さ
れ、予め記憶させてある検量線から、腸内ガス中の検出
対象ガス成分の濃度を測定する。

【００２８】本発明装置は、上記した便器に取り付ける
以外に、例えばベットに寝ている患者の臀部等肛門の近
傍に、本発明装置の試料採取管２１の吸入口をバンド等
で固定し、就寝中或いは静養中に放散される腸内ガスの
分析を行うようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ヒト或い
は動物の腸内ガスを分析して腸内ガス中に含まれる微量
なガス成分濃度を測定する臨床生化学検査装置及び検査
方法であって、微量の検出対象ガス成分に紫外線或いは
放射線を照射してイオン化させて検出する検出部に、放
散された腸内ガスを含む周囲雰囲気ガスサンプルをカラ
ムを介して送り込み、検出対象ガス成分の濃度測定を行
なうものである。そして、測定のタイミングとして炭酸
ガス等の指標ガスに着目し、指標ガスが検知されると同
時にサンプリングを開始するようにしたものである。

【００３０】従って、以下のような特徴を有する。１）いつ体外へ放出されるかわからず、また制御不能に
放散される腸内ガスを、タイミングよくサンプリングし
て分析することができる。２）腸内ガスを分析することにより、その中に微量含ま
れている有臭成分ガスが簡単・確実に分析できる。ま
た、指標ガスの濃度を測定することにより、大まかな希
釈率が分かり、それから、有臭成分ガスの大まかな絶対
濃度の測定が可能になる。３）腸内ガス中の有臭成分を分析することにより、これ
らを産生する菌種、特に悪玉菌の種類、更にはその量や
割合が推定できる。４）従って、従来の血液や尿、或いは呼気等から得られ
る情報以外に、人体特に大腸系統の情報が得られる利点
がある。また、腸内ガスの成分は食物や生活態度により
大きく影響を受けると言われており、それらについての
客観的なデータを得ることができ、食生活の改善や治療
の進展状態等をチエックする上で大きな役割を果たす。５）一方、血液分析と異なり、患者に苦痛、恐怖感、圧
迫感を与えない。そのため、繰り返し測定や連続観察に
対する患者の負担が完全に解消する。また、トイレ中で
或いは就寝中に自動的にサンプリングが行なえるので、
患者に羞恥心を与える心配もない。６）呼気採取管の内壁を加温しておくので、呼気中の微
量成分の損失が無く、精度の良い測定値が再現性よく得
られる。７）水素ガスの燃焼などが不要で、高感度且つ短時間測
定ができる検出器を使用しているため、装置の小型化、
操作の簡便化、測定の迅速化が図れるし、検査コストが
極めて安い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る腸内ガス成分測定装置のブロック
図の一例である。

【図２】本発明腸内ガス成分測定装置の使用状態の一例
を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１腸内ガス成分測定装置２試料採取部２１試料採取管３腸内ガス放散検知部３１吸引ポンプ３２指標ガス検知器４腸内ガス成分分析部４１吸引ポンプ４２サンプル計量管４３カラム４５検出部５制御・演算処理部５Ｇ周囲雰囲気ガス体Ｓ周囲雰囲気サンプル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体外へ放散された腸内ガス中の主要成分
の内、指標ガスとなる炭酸ガス、メタン或いは水素を検
知すると同時或いはその後速やかに、腸内ガスを含む周
囲雰囲気サンプルを採取し、該サンプル中に含まれる有
臭成分を分別定量することを特徴とする腸内ガス成分の
測定方法。
【請求項２】指標ガスは、炭酸ガスである請求項１又
は請求項２記載の腸内ガス成分の測定方法。
【請求項３】肛門の近傍に吸引口を配置する試料採取
管を含む試料採取部と、周囲雰囲気ガス体を吸引する吸
引ポンプとその前方に配置される指標ガス検知器から構
成される腸内ガス放散検知部と、周囲雰囲気ガス体を吸
引する吸引手段とその前方に配置されて一定量の周囲雰
囲気サンプルを採取するサンプル計量管、該計量管内の
周囲雰囲気サンプルをカラムに送り込む送出手段、カラ
ムで分離された周囲雰囲気サンプル中の有臭成分を検出
する検出器を含む腸内ガス成分分析部と、前記指標ガス
検知器からの検知信号を入力した時点で前記吸引手段及
び前記送出手段に作動信号を出力するとともに、前記検
出器からの測定信号を演算処理して予め記憶させている
検量線から有臭成分の濃度や成分比を算出し、該算出結
果を記憶し或いは出力装置に信号を出力する演算処理部
を含んで構成されることを特徴とする腸内ガス成分の測
定装置。