Как учёные измеряют кишечный газ
Измерение кишечного газа — задача нетривиальная: он образуется глубоко внутри тела, меняется от минуты к минуте, а состав его сложен. Тем не менее наука разработала примечательные методы, чтобы делать именно это. От классического сбора газа ректальными катетерами до электронных капсульных сенсоров, плывущих по кишечнику: технология измерений в кишечнике увлекательна — и имеет важные медицинские применения.
Классические методы: ректальные катетеры и газовые мешки
Классический метод исследования газов настолько же неудобен, насколько клиничен: испытуемым вводят ректальный катетер, соединённый с другого конца с мешком для сбора газа. Все выходящие газы улавливаются, измеряются, а затем анализируются газовой хроматографией. Этот метод даёт крайне точные данные о составе газа, но, очевидно, непрактичен для повседневного применения и едва ли осуществим для эпидемиологических исследований с большим числом участников. Тем не менее многое из фундаментальных научных знаний о кишечных газах происходит именно из таких исследований, особенно из работ Майкла Левитта, проведшего десятки таких экспериментов в Университете Миннесоты в 1970–90-х.
Дыхательные тесты: косвенное измерение газа
Более элегантный метод — дыхательный тест. Водород и метан, произведённые в толстой кишке бактериями, частично всасываются в кровь и выдыхаются через лёгкие. Простой дыхательный тест — пациент дует в трубку — таким образом может косвенно измерить газообразование в кишечнике. Лактулозный и лактозный дыхательные тесты клинически используются для диагностики непереносимости лактозы, избыточного бактериального роста в тонком кишечнике (СИБР) и мальабсорбции фруктозы. Дыхательный тест измеряет не все газы (азот, CO₂ и соединения серы так уловить нельзя), но он неинвазивен и клинически хорошо зарекомендован.
Будущее: умная капсульная эндоскопия
Самая захватывающая современная область исследований — электронная таблетка: проглатываемая капсула со встроенным газовым сенсором, которая проходит через весь пищеварительный тракт и передаёт измерения газа в реальном времени. Исследователи из Университета RMIT в Мельбурне разработали такую капсулу с сенсорами водорода, CO₂ и кислорода, а также датчиками давления и температуры. Капсула передаёт данные по Bluetooth на внешний приёмник. В клинических исследованиях капсула показала, что состав газа радикально различается между желудком, тонким кишечником и толстой кишкой — сведения, которые нельзя получить никаким другим методом. Планируемые будущие разработки включают сенсоры сероводорода и автоматическое высвобождение лекарств, реагирующее на локальные газовые условия.
Почему измерение газа важно медицински
Понимание кишечного газообразования медицински значимо для: диагностики нарушений всасывания; мониторинга здоровья кишечника у пациентов после химиотерапии или антибиотикотерапии; разработки новых пробиотиков (чья эффективность проявляется в изменённых газовых профилях); исследования связи между микробиомом и такими состояниями, как диабет 2 типа, ожирение и колоректальный рак. В нутрициологии измерения газа используют для сравнения ферментируемости разных пищевых волокон — и тем самым для понимания, как продукты влияют на микробиом.
А вы знали?
- Майкла Левитта из Университета Миннесоты считают пионером современной флатологии — он десятилетиями научно анализировал кишечные газы.
- Умная кишечная капсула из Университета RMIT меньше стандартной медицинской капсулы и передаёт данные из кишечника в реальном времени.
- Дыхательные тесты для диагностики непереносимости лактозы используют принцип, что кишечный газ всасывается в кровь и выдыхается через лёгкие.
- Кишечные газы более чем на 99 % состоят из газов без запаха (N₂, H₂, CO₂, CH₄) — запах исходит исключительно от следов соединений серы.
Интересный факт
Австралийский гастроэнтеролог Питер Гибсон — тот самый исследователь, что разработал диету Low-FODMAP, — посвятил карьеру тому, чтобы кормить людей контролируемой едой в исследованиях, а затем собирать и анализировать их газы. Его лабораторию считают одной из самых продуктивных в мире в этой области, и его команда относится к своей работе с примечательной научной серьёзностью.
Источники
- 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.