Jak naukowcy mierzą gaz jelitowy
Pomiar gazu jelitowego nie jest trywialnym zadaniem — powstaje on głęboko wewnątrz ciała, zmienia się z minuty na minutę, a jego skład jest złożony. Mimo to nauka opracowała niezwykłe metody, by robić dokładnie to. Od klasycznego zbierania gazu cewnikami doodbytniczymi po elektroniczne czujniki kapsułkowe pływające przez jelita: technologia pomiaru jelit jest fascynująca — i ma ważne zastosowania medyczne.
Metody klasyczne: cewniki doodbytnicze i worki na gaz
Klasyczna metoda badania gazów jest równie niewygodna, co kliniczna: badani otrzymują cewnik doodbytniczy połączony na drugim końcu z workiem do zbierania gazu. Wszystkie uchodzące gazy są wychwytywane, mierzone, a następnie analizowane chromatografią gazową. Metoda ta dostarcza bardzo dokładnych danych o składzie gazu — ale jest oczywiście niepraktyczna w codziennym użyciu i ledwie wykonalna w badaniach epidemiologicznych z dużą liczbą uczestników. Mimo to wiele naukowej wiedzy podstawowej o gazach jelitowych pochodzi właśnie z takich badań, zwłaszcza z prac Michaela Levitta, który przeprowadził dziesiątki takich eksperymentów na Uniwersytecie Minnesoty w latach 70.–90.
Testy oddechowe: pośredni pomiar gazu
Bardziej eleganta metoda to test oddechowy. Wodór i metan wytwarzane w okrężnicy przez bakterie są częściowo wchłaniane do krwi i wydychane przez płuca. Prosty test oddechowy — pacjent dmucha w rurkę — może więc pośrednio zmierzyć produkcję gazu w jelicie. Wodorowy test laktulozowy i laktozowy są klinicznie stosowane do diagnozy nietolerancji laktozy, zespołu rozrostu bakteryjnego jelita cienkiego (SIBO) i złej absorpcji fruktozy. Test oddechowy nie mierzy wszystkich gazów (azotu, CO₂ i związków siarki nie da się tak wychwycić), ale jest nieinwazyjny i klinicznie dobrze ugruntowany.
Przyszłość: inteligentna endoskopia kapsułkowa
Najbardziej ekscytującym obecnym obszarem badań jest elektroniczna pigułka: połykalna kapsułka z wbudowanym czujnikiem gazu, która przemierza cały przewód pokarmowy i przesyła pomiary gazu w czasie rzeczywistym. Badacze z Uniwersytetu RMIT w Melbourne opracowali taką kapsułkę z czujnikami wodoru, CO₂ i tlenu oraz czujnikami ciśnienia i temperatury. Kapsułka przesyła dane przez Bluetooth do zewnętrznego odbiornika. W badaniach klinicznych kapsułka pokazała, że skład gazu dramatycznie różni się między żołądkiem, jelitem cienkim a okrężnicą — wgląd, którego nie da się uzyskać żadną inną metodą. Planowane przyszłe rozwiązania obejmują czujniki siarkowodoru i automatyczne uwalnianie leków reagujące na lokalne warunki gazowe.
Dlaczego pomiar gazu ma znaczenie medyczne
Zrozumienie produkcji gazu jelitowego jest istotne medycznie dla: diagnozy zaburzeń wchłaniania; monitorowania zdrowia jelit u pacjentów po chemioterapii lub antybiotykoterapii; opracowywania nowych probiotyków (których skuteczność ujawnia się w zmienionych profilach gazowych); badania związku między mikrobiomem a chorobami takimi jak cukrzyca typu 2, otyłość i rak jelita grubego. W badaniach żywieniowych pomiary gazu służą do porównywania fermentowalności różnych błonników pokarmowych — a tym samym do zrozumienia, jak produkty wpływają na mikrobiom.
Czy wiesz, że?
- Michaela Levitta z Uniwersytetu Minnesoty uważa się za pioniera nowoczesnej flatologii — przez dziesięciolecia naukowo analizował gazy jelitowe.
- Inteligentna kapsułka jelitowa z Uniwersytetu RMIT jest mniejsza niż standardowa kapsułka medyczna i przesyła dane z wnętrza jelita w czasie rzeczywistym.
- Testy oddechowe do diagnozy nietolerancji laktozy wykorzystują zasadę, że gaz jelitowy jest wchłaniany do krwi i wydychany przez płuca.
- Gazy jelitowe składają się w ponad 99% z gazów bezwonnych (N₂, H₂, CO₂, CH₄) — zapach pochodzi wyłącznie ze śladów związków siarki.
Ciekawostka
Australijski gastroenterolog Peter Gibson — ten sam badacz, który opracował dietę Low-FODMAP — poświęcił karierę temu, by karmić ludzi kontrolowanymi posiłkami w badaniach, a następnie zbierać i analizować ich gazy. Jego laboratorium uchodzi za jedno z najbardziej produktywnych na świecie w tej dziedzinie — a jego zespół traktuje swoją pracę z niezwykłą naukową powagą.
Źródła
- Levitt, M.D. (1969). Production and excretion of hydrogen gas in man. New England Journal of Medicine, 281(3), 122–127.
- Kalantar-Zadeh, K. et al. (2018). A human pilot trial of ingestible electronic capsules capable of sensing different gases in the gut. Nature Electronics, 1(1), 79–87.
- Pimentel, M. et al. (2020). ACG Clinical Guideline: Small Intestinal Bacterial Overgrowth. American Journal of Gastroenterology, 115(2), 165–178.