Библиотека
Газы в пищеварительном тракте
Жалобы пациентов на проблемы, так или иначе связанные с газообразованием, очень часты, однако вопрос редко подвергается серьезному анализу, врач часто просто принимает точку зрения пациента на проблему (пресловутый дисбактериоз!) и, соответственно, помощь далеко не всегда бывает удовлетворительной, тем более радикальной. Знание основ нормальной и патологической физиологии помогает более детально разобраться в состоянии и самочувствии пациента, наметить стратегию лечебного подхода. В предлагаемом материале освещены вопросы физиологии здорового организма, не включенные в учебные программы высшей медицинской школы.
А. Источники газов
Есть два источника газа, который скапливается в просвете пищеварительного тракта.
1. Заглатывание воздуха с последующими переходом его в желудок. Глотание - нейромышечная реакция с произвольным и непроизвольным компонентом. В среднем человек глотает 600 раз в сутки (200 раз во время еды, 50 раз во время сна, 350 раз в остальное время), преимущественно бессознательно. Небольшое количество воздуха (2-3 мл) попадает в желудок при каждом акте глотания. Физиологическая его роль заключается в стимуляции моторики желудка. Часть воздуха переходит через привратник в кишечник. При избыточном скоплении воздуха и повышении внутриполостного давления возникает отрыжка вследствие рефлекторного сокращения мышц желудка, диафрагмы и мускулатуры брюшного пресса при открытом входном отделе и спазме привратника. Воздух состоит из азота (78 объемных %) и кислорода (21%), один процент приходится на благородные газы и углекислоту; растворимость воздуха в воде 29 см3/л.
2. Продукция газов бактериями кишечника. Большинство поступающих в пищеварительный тракт с пищей углеводов перевариваются и всасываются в тонкой кишке при участии специфических ферментов. Содержащиеся же преимущественно в овощах, фруктах сахара-олигосахариды вербаскоза, раффиноза и стахиоза не усваиваются и захватываются толстокишечной флорой. С участием бактериальных ферментов - амилаз и дисахаридаз - происходит расщепление (гидролиз) этих неперевариваемых углеводов до органических кислот и газов - водорода (Н2) и углекислоты (СО2), а у части лиц и до метана (СН4). Такие сложные полисахариды, как ксиланы, пектин, микрополисахариды, гликопротеин, также расщепляются преимущественно микрофлорой толстой кишки. Кроме того, часть микроорганизмов расщепляют протеазами и уреазами пищевой белок до аминов, фенолов, индолов, аммиака (NH3) и других продуктов. Есть мнение, что состав кишечной флоры устанавливается в течение первых 8 лет жизни под влиянием семейных пищевых привычек.
Газообмен в пищеварительном тракте здорового человека схематически представлен на рисунке 1.
[Газообмен в пищеварительном тракте здорового человека.]
Рис. 1. Газообмен в пищеварительном тракте здорового человека.
Воздух заглатывается (1), избыток его отрыгивается явно или незаметно (2). Кислород из находящегося в желудке воздуха диффундирует в кровь (3). В результате реакции между ионами водорода и бикарбоната образуется углекислый газ (4), также быстро диффундирующий в кровь (5), одновременно азот из кровотока поступает в полость тонкой кишки (6) соответственно градиенту, обусловленному продукцией углекислого газа. В толстой кишке бактерии продуцируют углекислый газ, водород и метан (7), которые переносятся в кровоток (8). Азот диффундирует из кровотока в кишечник (9) соответственно градиенту, обусловленному продукцией бактериями углекислого газа, водорода и метана. Бактерии потребляют кислород и азот (10).
Общая площадь пищеварительно тракта составляет 200-300 кв. м. Численность и состав микробов в разных его отделах существенно различаются. Пищевод и желудок контаминированы микроорганизмами, попадающими сюда с пищей и из полости рта. В желудке количество бактерий незначительное (менее 102 в 1 мл), что связывают с кислотностью его содержимого. Двенадцатиперстная, тощая и верхний отдел подвздошной кишки содержат больше микробов (до 103 в мл), представленных преимущественно грамположительными бактериями. По мере приближения к слепой кишке численность микробов в подвздошной кишке увеличивается. При этом преимущественно грамположительная флора сменяется грамотрицательной, а облигатные анаэробы начинают преобладать над аэробами. Однако у 50% здоровых людей содержимое тощей кишки стерильно. Обнаружение в верхних отделах тонкой кишки более 105микроорганизмов в 1 мл рассматривают как патологический показатель. Состав микрофлоры пищеварительного тракта представлен на рисунке 2.
[Микрофлора пищеварительного тракта.]
Рис. 2. Микрофлора пищеварительного тракта.
Основные роды и семейства микроорганизмов представлены официальными названиями. Сокращения: КОПК - конечный (дистальный) отдел подвздошной кишки; ДПК - двенадцатиперстная кишка; ТК - тощая кишка; НОПК - начальный (проксимальный) отдел подвздошной кишки.
Слепая кишка - основное место обитания микрофлоры. Толстая кишка в целом наиболее колонизирована микроорганизмами, так, количество бактерий в фекалиях может достигать 1012 на 1 г содержимого, т. е. триллиона микробов в одном грамме кала. При этом число анаэробов в 100-1000 раз превышает таковое аэробных бактерий. Показано, что микроорганизмы выявляются на поверхности слизистой оболочки кишечника даже после пятидесятикратного ее отмывания. Учитывая скорость размножения микробов, можно предположить, что процедуры промывания кишечника (гидроколонотерапия) существенно и продолжительно повлиять на кишечную флору не могут.
Имеется и еще один, третий механизм, который играет роль при патологических состояниях, это - уменьшение поглощения газов кишечной стенкой и перехода в кровоток подслизистых сплетений в результате ускоренного перемещения содержимого по кишечнику (поносы) и / или распространенного патологического процесса в слизистой оболочке.
Б. Газовый состав содержимого кишечника
Водород. Присутствие Н2 в кишечнике и, следовательно, в выдыхаемом воздухе человека - результат только жизнедеятельности бактерий, потребляющих углеводы. Он легко попадает через стенку кишечника в кровь и затем выдыхается. Продуцирующие Н2 бактерии иногда подразделяют по особенностям обмена веществ.
Метан образуется облигатными анаэробами - архебактериями, берущими энергию в результате преобразования Н2, СО2, формиата, ацетата и метанола в СН4; важным источником образования СН4 в кишечнике является индол. Метанобактерии обнаруживаются в фекалиях у 90% людей, у 30-40% СН4 обнаруживается в выдыхаемом воздухе. Отмечена положительная корреляция между концентрациями в кишечнике метана и водорода. Больше метана вырабатывается у лиц с запорами.
Углекислый газ образуется в результате микробной ферментации углеводов, в том числе входящих в состав растительных волокон.
Аммиак образуется вследствие микробной деградации мочевины и аминокислот. В результате гидролитических процессов в NH3 превращается до 30% мочевины, образующейся в печени. Аммиак хорошо растворим в воде.
Сероводород образуется преимущественно при преобразовании серосодержащих аминокислот белков анаэробными сульфат-редуцирующими бактериями.
Таким образом, основными компонентами газа в пищеварительном тракте являются углекислота, водород, метан, азот и кислород. Азот и кислород имеют внешнее происхождение, а углекислый газ, водород и метан образуются в результате бактериальной ферментации. Эти газы не имеют запаха. Запах кишечного газа частично обусловлен сероводородом и аммиаком, но значительную роль играют так наз. следовые газы, содержащиеся в концентрации ниже 1 части на миллион. Это серосодержащие вещества, такие как метанэтиол, диметилсульфид.
Процесс перемещения основных газов из просвета кишечника в кровь происходит следующим образом. Газы удовлетворительно растворимы в воде или жирах и пассивно диффундируют из просвета в кровоток в слизистой оболочке. Направление движения детерминировано градиентом парциального давления. Поскольку у H2 и CH4 парциальное давление всегда выше в кишке, они идут в указанном направлении. Напротив, направление диффузии CO2, O2 и азота (N2) изменчиво и диффузия может увеличивать или уменьшать объем кишечного газа. Проглоченный воздух содержит минимальное количество углекислоты и она диффундирует из слизистой оболочки в газовый пузырь желудка; pCO2 резко возрастает в двенадцатиперстной кишке и CO2 там направляется из просвета кишки в кровь. pN2 воздуха выше, чем в венозной крови и в желудке азот абсорбируется слабо. А в просвете двенадцатиперстной кишки pN2 становится ниже, чем в крови, в результате разбавления углекислотой и азот направляется из крови в просвет кишки. pO2 воздуха выше, чем крови и кислород из желудка абсорбируется. Однако pO2 кишечного газа очень низкое и кислород постоянно идет из крови в просвет кишечника.
Механизмы, перемещающие газ по пищеварительной трубке изучены недостаточно. Если в тонкой кишке продвижение плотных веществ и жидкостей зависит от активности и фаз перстальтики, то в перемещении газа роль моторной активности очень мала. В толстой кишке высокоамплитудные сокращения обусловливают движение фекальных масс, но значение их в перемещении газов не известна. В толстой кишке твердое содержимое транспортируется в 30-100 раз медленнее, чем жидкость или газ. Газ способен пройти от зубов до анального отверстия 20-30 минут.
Нормальное число испусканий газа подсчитано. В исследовании здоровых лиц обоего пола в возрасте от 21 до 59 лет отмечено, что среднее число флатуленций в сутки при привычном питании составляет примерно 10 (в других исследованиях 14), а объем выходящего за один эпизод газа составляет 33-125 мл; половых различий не обнаружено.