Метан против водорода: два главных кишечных газа
Когда кишечные бактерии сбраживают непереваренные углеводы, они производят прежде всего два горючих газа: водород (H₂) и метан (CH₄). Оба без запаха, оба теоретически могут гореть — но их производство, распределение и влияние на тело заметно различаются. И не все производят оба: примерно треть населения почти не производит метан — различие, коренящееся глубоко в микробиоме.
Водород: первичный ферментационный газ
Водород — первичный продукт ферментации в толстой кишке. Когда бактерии расщепляют клетчатку, олигосахариды и другие непереваренные углеводы, водород всегда образуется первым. Его производят так называемые сахаролитические (переваривающие сахар) бактерии, включая Bacteroides, Clostridia и Bifidobacterium. Водород очень лёгок и быстро диффундирует через стенку кишечника в кровь, транспортируется к лёгким и выдыхается — поэтому его можно обнаружить в дыхательных тестах. Количества производства сильно зависят от питания: богатая клетчаткой еда может увеличить выработку H₂ в десять раз. На водород приходится более половины всего горючего газа в кишечных ветрах.
Метан: газ архей
Метан в кишечнике человека производят не бактерии, а археи — совершенно иной домен жизни. Важнейший метанообразующий вид в кишечнике человека — Methanobrevibacter smithii. Эти археи используют водород как субстрат: они «поедают» произведённый бактериями водород и соединяют его с углекислым газом, образуя метан (CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O). Лишь около 30–50 % людей имеют достаточно Methanobrevibacter в кишечнике, чтобы производить измеримые количества метана, — остальные почти не выделяют метан. Этот признак, по-видимому, отчасти определён генетически и передаётся в семьях.
Различия для здоровья: производители метана против непроизводителей
Имеет ли кишечное производство метана последствия для здоровья — предмет активных исследований. Некоторые исследования показывают, что производители метана более склонны к запору: метан замедляет кишечный транзит, подавляя моторику кишечника. У пациентов с хроническим запором чаще измеряли повышенное производство метана. С другой стороны, метанообразующие археи используют водород, произведённый ферментационными бактериями, — тем самым снижая парциальное давление H₂ в кишечнике и делая ферментацию другими бактериями эффективнее. Люди без метаногенов вместо этого производят больше водорода и CO₂ — их газы могут быть чаще, но реже связаны с запором.
Действительно ли пук горит? Химия за этим
Да — но в обычных условиях без реального риска. Для воспламенения кишечных газов нужны достаточная концентрация горючих газов (водорода и метана), источник зажигания и достаточно кислорода. В самом кишечнике кислорода почти нет, поэтому газы там гореть не могут. При выходе в воздух концентрации газа сильно разбавляются. Тем не менее есть задокументированные случаи, когда при операциях на кишечнике с электрокоагуляцией происходили вспышки, если подготовка кишечника не была выполнена адекватно. В таких случаях критическая концентрация метана или водорода в кишечнике действительно может представлять угрозу безопасности — поэтому некоторые хирургические подготовки полностью опорожняют кишечник.
А вы знали?
- Лишь 30–50 % людей производят заметные количества метана в кишечнике — ключ в присутствии археи Methanobrevibacter smithii.
- Метан как парниковый газ в 28 раз мощнее CO₂ на 100-летнем горизонте — но количества из кишечных газов человека климатически незначимы.
- Водород так быстро диффундирует через стенки кишечника, что большая часть выдыхается через лёгкие ещё до пука.
- В хирургии есть задокументированные случаи вспышек кишечных газов из-за избыточных концентраций при электрокоагуляции.
Интересный факт
Архея Methanobrevibacter smithii отвечает не только за метан в кишечнике человека — это и один из наиболее приспособленных организмов для экстремальных сред. Родственные метаногенные археи встречаются в горячих источниках, глубоководных отложениях и арктической вечной мерзлоте. Газообразующее существо в вашем кишечнике принадлежит к одной из древнейших форм жизни на Земле.
Источники
- 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.