Газы в пищеварительном тракте

Часть I. ФИЗИОЛОГИЯ

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 [1] ) 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.

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 [2]. По мере приближения к слепой кишке численность микробов в подвздошной кишке увеличивается. При этом преимущественно грамположительная флора сменяется грамотрицательной, а облигатные анаэробы [3] начинают преобладать над аэробами. Однако у 50% здоровых людей содержимое тощей кишки стерильно. Обнаружение в верхних отделах тонкой кишки более 105 микроорганизмов в 1 мл рассматривают как патологический показатель. Состав микрофлоры пищеварительного тракта представлен на рисунке 2.

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 [4], 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 [5].
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 [6]. 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 [7]. 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 ответстия 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.

В. Газ и абдоминальный дискомфорт
Ощущения, поступающие из внешнего мира (экстрацептивные), первично вызваны воздействием факторов внешней среды на анализаторы (зрения, слуха, вкуса, запаха, равновесия и т. д. ). Внутри нас имеются также механорецепторы (проприорецепторы), расположенные в тканях мышечно-суставного аппарата, они воспринимают их растяжение или сокращение. В отличие от ощущений, получаемых с этих анализаторов и рецепторов, внутренние (интероцептивные) ощущения характеризуются низкой степенью осознания и неопределенной локализацией [8]. Интерорецепторы были открыты В. Н. Черниговским в 1941 г. Классификация сенсорных рецепторов пищеварительного тракта:
по расположению и функции
-- Рецепторы слизистых оболочек
- Механорецепторы (прикосновение, давление, растяжение)
- Хеморецепторы
- Осморецепторы
- Терморецепторы
- Рецепторы боли (ноцицепторы)
- Рецепторы гладких мышц
- Рецепторы напряжения
- Ноцицепторы
- Рецепторы серозной оболочки и брыжейки
- Чувствительные к давлению (пластинчатые тельца Пачини)
- Ноцицепторы
по специфичности
- Унимодальные (т. е. селективно активируемые специфическим сенсорным стимулом)
-Мультимодальные (т. е. активируемые многими стимулами; большинство ноцицепторов являются мультимодальными)
Растяжение и / или спазм любого участка пищеварительного тракта может вызвать спектр ощущений от легкого дискомфорта до боли. Болевая (афферентная) иннервация органов пищеварения тракта хорошо известна, она представлена на рисунке 3. По этой проводящей системе первичная информация через спинной мозг, последовательно преобразуясь, поступает в высшие отделы мозга головного.
Рис. 3. Схема афферентной иннервации органов пищеварения.

Проводящие боль висцеральные афферентные волокна идут в составе симпатических нервов; афферентные волокна от тазовых органов являются парасимпатическими (штриховые линии).
Условные обозначения. А. Спинной мозг. Б. Симпатический ствол. 1. Чревный нервный узел (ганглий). 2. Верхний брыжеечный ганглий. 3. Нижний брыжеечный ганглий. 4. Тазовые внутренностные нервы.
Боль изучена гораздо лучше, чем дискомфорт, обусловленный сигналами с разных типов рецепторов. Висцеральная боль обычно ощущается около срединной линии, т. к. внутренние органы получают сенсорные волокна одновременно с обеих сторон спинного мозга и иннервируются из нескольких его сегментов. Кроме того, число нервных окончаний во внутренних органах значительно меньше, чем в коже. Как правило, боль тупая и нечетко локализована. Клинические наблюдения, имеющиеся в отношении локализации и качества ощущений, возникающих в разных отделах пищеварительной системы, были сопоставлены со сведениями, полученными на людях в экспериментах с инфузией газа в разные отделы пищеварительного тракта (см. рисунок 4).
Область желудка и двенадцатиперстной кишки. Экспериментальная и спонтанная висцеральная боль отсюда ощущаются по средней линии надчревья. Патология в луковице двенадцатиперстной кишки может давать дискомфорт отчасти и справа в эпигастрии. Стимуляция более удаленного участка кишки дает боль ниже, но также в эпигастрии. Часто бывает иррадиация в спину.
Тощая кишка. Боль локализуется в чревной области вокруг пупка. Иррадиация может быть в середину спины, если стимул достаточно интенсивный или если низок индивидуальный порог чувствительности.
Подвздошная кишка. Болезнь или стимулы обычно дают боль возле пупка, но иногда и в подчревье или справа от срединной линии.
Толстая кишка. Боль неопределенно локализуется в нижней части чревной области, стимуляция прямой кишки создает дискомфорт в районе крестца.

Рис. 4. Локализация висцеральной боли.

Боль, исходящая из органов, изображенных на рисунках 1, 2 и 3, ощущается соответственно в надчревье, чревной области и подчревье.
Большей частью кишечные боли зависят либо от растяжения (дистензионные боли) либо от спазма - судорожного сокращения гладкой мускулатуры кишок (спастические боли). Нередко оба механизма болей сочетаются. Дистензионные боли, возникающие вследствие растяжения кишечника газами и связанные с натяжением и раздражением брыжейки, отличаются от спастических болей двумя главными признаками: 1) отсутствием периодичности - они длительны и постепенно притупляются при продолжительном существовании вздутия; 2) довольно точной их локализацией. Иррадиирующая боль ощущается в участках тела иных, чем висцеральная, но иннеривируемых теми же нейросегментами спинного мозга, что и вовлеченный в процесс орган. Боли, вызванные растяжением кишечника, первоначально воспринимаются как висцеральные, но могут иррадиировать в спину по мере увеличения растяжения. Следствием ирадиирующей боли может быть гиперестезия кожи и повышенная чувствительность к боли (гипералгезия) мышц.

[1] Гидролиз - реакция разложения вещества с участием воды; является одной из основных реакций обмена жиров, белков и углеводов.
[2] Датский врач Грам (1853-1938) предложил дифференциально-диагностический метод окраски бактерий определенными красителями, который используется и поныне; бактерии, окрашивающиеся в фиолетовый цвет, относятся к грамположительным, в красный - к грамотрицательным.
[3] Анаэробы - микроорганизмы, способные существовать и размножаться при отсутствии в окружающей среде свободного кислорода; облигатные А. - А., погибающие при наличии свободного кислорода в окружающей среде; факультативные А. - А., способные существовать и размножаться как при отсутствии, так и при наличии свободного кислорода в окружающей среде. Аэробы нуждаются для своей жизнедеятельности в наличии свободного кислорода.
[4] В идеальных условиях мультипликация микроорганизмов происходит удивительно быстро, один микроб в течение суток превращается примерно в 1 миллиард организмов.
[5] Так, у Bacteroides clostridiformis, Butirivibrio fibrisolvens, Eubacterium limosum, Fusobacterium necrophorum, Ruminicoccus albus, R. flavefaciens образование Н2 происходит в результате окисления пирувата; у Е. limosum, F. necrophorum, В. clostridiformis Н2 может образовываться и в результате окисления формиата.
[6] Наиболее часто из метанобактерий встречаются Methanobrevibacter smithii; образование СН4 также связывают с Methariosphaera stadmaniae и Methanobrevibacter oralis spp.
[7] До 90% штаммов Bacteroides fragilis, обнаруживаемых в фекалиях, являются активными продуцентами NH3. Способность к продукции аммиака выявлена также у других микроорганизмов. Bifidobacterium bifidum не образуют этот газообразный продукт.
[8] Великий физиолог И. М. Сеченов (1829-1905) называл их "системными", или "темными чувствами", внутренних органов.
В. В. Василенко

Доктор.Ру