Metan kontra wodór: dwa główne gazy jelitowe
Gdy bakterie jelitowe fermentują niestrawione węglowodany, wytwarzają przede wszystkim dwa palne gazy: wodór (H₂) i metan (CH₄). Oba są bezwonne, oba mogą teoretycznie palić się — ale ich produkcja, rozmieszczenie i wpływ na ciało znacznie się różnią. I nie każdy produkuje oba: mniej więcej jedna trzecia populacji ledwie wytwarza metan — różnica zakorzeniona głęboko w mikrobiomie.
Wodór: pierwotny gaz fermentacyjny
Wodór to pierwotny produkt fermentacji w okrężnicy. Gdy bakterie rozkładają błonnik, oligosacharydy i inne niestrawione węglowodany, wodór zawsze powstaje jako pierwszy. Wytwarzają go tak zwane bakterie sacharolityczne (trawiące cukry), w tym Bacteroides, Clostridia i Bifidobacterium. Wodór jest bardzo lekki i szybko dyfunduje przez ścianę jelita do krwi, jest transportowany do płuc i wydychany — dlatego można go wykryć w testach oddechowych. Ilości produkcji silnie zależą od diety: posiłek bogaty w błonnik może zwiększyć produkcję H₂ dziesięciokrotnie. Wodór stanowi ponad połowę całkowitej zawartości gazu palnego w wiatrach jelitowych.
Metan: gaz archeonów
Metan w ludzkim jelicie wytwarzają nie bakterie, lecz archeony — zupełnie inna domena życia. Najważniejszym gatunkiem wytwarzającym metan w ludzkim jelicie jest Methanobrevibacter smithii. Te archeony używają wodoru jako substratu: „zjadają” wodór wytworzony przez bakterie i łączą go z dwutlenkiem węgla, tworząc metan (CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O). Tylko około 30–50% ludzi ma dość Methanobrevibacter w jelicie, by produkować mierzalne ilości metanu — reszta ledwie go wydala. Ta cecha wydaje się częściowo uwarunkowana genetycznie i występuje rodzinnie.
Różnice zdrowotne: producenci metanu kontra nieproducenci
To, czy jelitowa produkcja metanu ma konsekwencje zdrowotne, jest przedmiotem aktywnych badań. Niektóre badania pokazują, że producenci metanu skłaniają się bardziej ku zaparciom: metan spowalnia pasaż jelitowy, hamując motorykę jelit. U pacjentów z przewlekłymi zaparciami częściej mierzono podwyższoną produkcję metanu. Z drugiej strony metanogenne archeony zużywają wodór wytworzony przez bakterie fermentacyjne — obniżając ciśnienie cząstkowe H₂ w jelicie i czyniąc fermentację przez inne bakterie efektywniejszą. Ludzie bez metanogenów wytwarzają zamiast tego więcej wodoru i CO₂ — ich bąki mogą być częstsze, ale rzadziej wiążą się z zaparciami.
Czy bąk naprawdę się pali? Chemia za tym stojąca
Tak — ale w normalnych warunkach bez realnego ryzyka. Zapłon gazów jelitowych wymaga wystarczającego stężenia gazów palnych (wodoru i metanu), źródła zapłonu i dość tlenu. W samym jelicie tlenu prawie nie ma, więc gazy nie mogą się tam palić. Po uwolnieniu do powietrza stężenia gazu są silnie rozcieńczone. Mimo to istnieją udokumentowane przypadki, gdy podczas operacji jelit z elektrokoagulacją dochodziło do deflagracji, jeśli przygotowanie jelita nie zostało wykonane odpowiednio. W takich przypadkach krytyczne stężenie metanu lub wodoru w jelicie może faktycznie stanowić zagrożenie bezpieczeństwa — dlatego niektóre przygotowania chirurgiczne całkowicie opróżniają jelito.
Czy wiesz, że?
- Tylko 30–50% ludzi produkuje znaczące ilości metanu w jelicie — kluczem jest obecność archeona Methanobrevibacter smithii.
- Metan jest 28 razy silniejszym gazem cieplarnianym niż CO₂ w horyzoncie 100 lat — ale ilości z ludzkich gazów jelitowych są klimatycznie nieistotne.
- Wodór dyfunduje przez ściany jelit tak szybko, że duża część jest wydychana przez płuca jeszcze przed pierdnięciem.
- W chirurgii istnieją udokumentowane przypadki deflagracji jelit z powodu nadmiernych stężeń gazu podczas elektrokoagulacji.
Ciekawostka
Archeon Methanobrevibacter smithii odpowiada nie tylko za metan w ludzkim jelicie — to również jeden z najlepiej przystosowanych organizmów do skrajnych środowisk. Spokrewnione metanogenne archeony występują w gorących źródłach, osadach głębinowych i arktycznej wiecznej zmarzlinie. Wytwarzające gaz stworzenie w twoim jelicie należy do jednej z najstarszych form życia na Ziemi.
Źródła
- Levitt, M.D. et al. (1998). Evaluation of an extremely flatulent patient: case report and proposed diagnostic and therapeutic approach. American Journal of Gastroenterology, 93(11), 2276.
- Sahakian, A.B. et al. (2010). Methane and the gastrointestinal tract. Digestive Diseases and Sciences, 55(8), 2135–2143.
- Pimentel, M. et al. (2006). Methane, a gas produced by enteric bacteria, slows intestinal transit and augments small intestinal contractile activity. American Journal of Physiology, 290(6), G1089–G1095.