图注：智能内裤原型。图片来源：马里兰大学（University of Maryland）Brantley Hall
马里兰大学的研究人员开发出了“智能内裤”（Smart Underwear），这是第一款专门用于测量人体放屁的可穿戴设备。这个小传感器追踪放屁中的氢气，使科学家能够重新审视关于人们放屁频率的长期假设。该技术还为观察日常生活中的肠道微生物代谢提供了新方法。
多年来，医生在评估主诉肠道胀气的患者时，可用工具非常有限。胃肠病学家Michael Levitt（在该领域被广泛称为“放屁之王”）在2000年就指出了这一挑战：“医生实际上不可能用现有测试客观地证明过量气体的存在。”
追踪肠道气体的可穿戴传感器
为了解决这个问题，由马里兰大学（University of Maryland）细胞生物学与分子遗传学系助理教授Brantley Hall领导的研究小组创造了“智能内裤”——一种小巧的可穿戴设备，可以隐秘地夹在普通内裤上。该设备包含电化学传感器，可全天候持续监测肠道气体的产生。
在发表于《Biosensors and Bioelectronics: X》的研究中，由马里兰大学助理研究科学家Santiago Botasini领导的一项研究使用该设备测量了健康成年人的放屁情况。参与者平均每天放屁32次，大约是早期医学文献中常引用的每天14次（±6次）的两倍。然而，个体之间的结果差异很大，范围从每天仅4次到多达59次。
较早的估计值可能较低，因为以前的研究依赖于在小群体中进行的侵入性测量技术，或依赖自我报告。这两种方法都可能遗漏事件，依赖不完美的记忆，并且无法记录睡眠时的气体产生。此外，人们在内脏敏感性方面存在显著差异，这意味着两个人可能产生相似量的放屁，但感知却大不相同。
“客观测量为我们提高一个难以研究领域的科学严谨性提供了机会，”该研究的资深作者Hall说。
通过氢气追踪肠道微生物活动
对大多数人来说，放屁主要由氢气、二氧化碳和氮气组成。有些人还会产生甲烷。氢气完全由生活在肠道中的微生物产生，因此持续测量放屁中的氢气可以直接反映肠道细菌分解食物成分时的微生物发酵活动。
“可以把它想象成一个连续血糖监测仪，但用于肠道气体，”Hall解释道。该设备在参与者摄入益生元纤维——菊粉后检测到氢气产生增加。传感器以94.7%的敏感性识别出这些增加。
“人类放屁图谱”旨在定义什么算正常
科学家已经为许多健康指标（如血糖和胆固醇）建立了正常范围。然而，对于放屁，并没有广泛接受的基线。
“我们实际上不知道正常的放屁产量是什么样的，”Hall说。“没有这个基线，就很难知道一个人的气体产生何时真正过度。”
为了弥补这一空白，Hall的实验室正在启动一个名为“人类放屁图谱”（Human Flatus Atlas）的大型项目。该研究将使用“智能内裤”连续测量数百名参与者的放屁模式，同时分析他们的饮食和肠道微生物组组成。设备将直接运送给志愿者，使美国各地的成年人能够在家中参与。目标是确定美国18岁以上人群放屁产量的正常范围。
研究不同类型的肠道产气者
为了捕捉全部变异范围，研究人员正在招募符合早期研究中确定的几种类别的志愿者。
“禅宗消化者”（Zen Digesters）是指那些摄入高纤维饮食（每天25-38克纤维）但放屁很少的人。研究他们可能有助于理解微生物组如何适应富含纤维的饮食。
“氢气超产者”（Hydrogen Hyperproducers）是指放屁频繁的人。检查这一群体可能揭示导致高气体产量的生物学因素。
“普通人”（Normal People）则代表介于这两个极端之间的人。
为了更好地理解造成这些差异的微生物，研究小组将从“禅宗消化者”和“氢气超产者”那里收集粪便样本进行微生物组分析。
“关于哪些微生物生活在肠道中，我们已经了解了很多，但对它们在任何特定时刻实际在做什么却知之甚少，”Hall说。“‘人类放屁图谱’将为肠道微生物发酵建立客观基线，这是评估饮食、益生菌或益生元干预如何改变微生物组活动的基础工作。”
如何加入“人类放屁图谱”研究
有兴趣参与的人可以通过相关网站了解更多信息。招募对象为美国18岁及以上的成年人。参与者将收到一个“智能内裤”设备，并在研究期间昼夜佩戴。招募名额有限。
该技术的专利申请已提交，发明人列为Brantley Hall和Santiago Botasini。两人也是Ventoscity LLC的联合创始人，该公司已获得该设备的许可。
这项研究得到了马里兰大学、马里兰创新倡议第一阶段以及UM Ventures医疗器械发展基金的支持。
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