Свойства газовых смесей. Индивидуальная газовая постоянная Ri. — таблицы

Вздутие живота — одна из частых жалоб, предъявляемых пациентами с заболеваниями пищеварительного тракта. Больные часто приписывают разные симптомы повышенному газообразованию, но в клинической практике ни объем, ни скорость экскреции газов измерить нельзя. Единственным ориентиром для врача является субъективное восприятие избытка газов. Разобраться в причинах и механизмах желудочно-кишечных расстройств, найти правильный подход к лечению не так просто. Попробуем рассмотреть проблемы, связанные с нарушениями газового гомеостаза с физиологических и клинических позиций.

Несмотря на большую емкость пищеварительного тракта, в кишечнике содержится в среднем около 200 мл газа [1, 2]. Источниками и одновременно регуляторами содержания газов служат моторика (глотание, отрыжка, пассаж через прямую кишку), диффузия в кровь и/или из кровотока, химические реакции, бактериальная ферментация и поглощение. Основными газами, представленными в вариабельном количестве в различных отделах желудочно-кишечного тракта, являются азот, кислород, углекислый газ, водород и метан. События, связанные с этими газами, существенно отличаются в желудке, тонкой и толстой кишке.

Проглатывание воздуха является главным источником желудочного газа. Измерения, выполненные сверхбыстрой компьютерной томографией, показывают, что с каждой порцией из 10 мл воды проглатывается 17,7 мл атмосферного воздуха [3]. Экстраполирование этих данных на ежедневное потребление 1500 мл жидкости позволяет предположить, что в желудок поступает не менее 2,5 л газов, преимущественно азота. К этому нужно добавить воздух, проглатываемый с пищей и слюной. Если учесть, что из 2 л азота только четверть выделяется с кишечником при низкой абсорбции его в ходе пассажа, становится понятным, что основная часть воздуха срыгивается. Происходит это в среднем 14 раз в сутки, хотя многие здоровые люди этого не ощущают. На состав желудочного газа оказывает влияние их диффузия между просветом и кровью. Газы перемещаются пассивно под воздействием градиента давления. В желудке происходит абсорбция кислорода и небольшой части азота. Взамен им поступает углекислый газ, содержание которого в атмосферном воздухе ниже, чем в венозной крови.

Таким образом, неосознанное и случайное срыгивание после еды — вполне нормальное явление. Ретроградная экспульсия желудочного газа через рот причинно обусловлена растяжением желудка и может усиливаться пищевыми продуктами, снижающими тонус нижнего пищеводного сфинктера. Синдром Magenblase диагностируют уже тогда, когда переполнение эпигастрия и вздутие облегчаются отрыжкой. Манометрические исследования срыгивания показывают снижение тонуса нижнего пищеводного сфинктера вслед за релаксацией верхнего [4]. Аналогичный механизм срыгивания наблюдается при грыже пищеводного отверстия диафрагмы, гастроэзофагеальной рефлюксной болезни, гастропарезе и дуоденально-гастральном рефлюксе. У ряда людей наблюдается повторная, шумная регургитация без вздутия живота. Ее причины иные: так удаляется воздух из заглоточного пространства, который никогда не поступает в желудок. Иногда жалобы на частое непроизвольное срыгивание предъявляют больные, испытывающие эмоциональный стресс или абдоминальный дискомфорт. Это временно помогает облегчить состояние. Хорошо известна аэрофагия. Больные убеждены, что причиной происходящего являются тяжелые пищеварительные нарушения. Эти страхи еще больше усиливают феномен заглатывания [5]. Существуют и обратные ситуации, когда воздушный пузырь желудка отсутствует или срыгивание затруднено. Примером может быть тяжелая ахалазия. Уровень жидкости в пищеводе действует как преграда для газов. Фракция проглоченного воздуха, поступающая в двенадцатиперстную кишку, изменяется положением тела. Если человек находится лежа на спине, срыгивание затрудняется. Газ попадает в ловушку из жидкости в гастроэзофагеальном соединении. Таким образом, большая часть воздуха из желудка поступает в тонкую кишку. Трудности срыгивания демонстрируют больные после фундопликации [6].

Разные меры рекомендуются при этих состояниях. При хроническом срыгивании следует использовать дробное питание, исключение пищевых продуктов, требующих длительной переработки в желудке, снижающих тонус нижнего пищеводного сфинктера, принимать прокинетики. К больным с аэрофагией применимы психотерапевтические воздействия. Для уменьшения поступления воздуха им рекомендуется медленно пить и принимать пищу, тщательно ее пережевывать, глотать с закрытым ртом, отказаться от жевательной резинки.

В верхних отделах кишечника углекислый газ высвобождается благодаря взаимодействию ионов водорода и бикарбоната. В среднем после еды в желудке выделяется около 30 мэкв/ч соляной кислоты [7]. К этому добавляются жирные кислоты, полученные в ходе пищеварения триглицеридов. Их количество достигает 100 мэкв на 30 г жира. Нейтрализация бикарбонатом дает почти 22,4 мл углекислого газа в расчете на 1 ммоль вещества. Обычно углекислый газ составляет около 40% объема газов двенадцатиперстной кишки, но у больных язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки он выше (70%), и его давление в 2 раза превышает показатели в норме [8]. Газ хорошо растворим, быстро абсорбируется, замещаясь азотом. Тем не менее очевидно, что вздутие живота, обусловленное избыточной секрецией соляной кислоты у больных язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки, будет успешно купироваться ингибиторами водородной помпы.

В тощей и подвздошной кишке изменения газового состава возникают вследствие избыточного бактериального роста. Традиционно он характеризуется симптомами диареи, вздутия и иногда признаками нарушенного всасывания. Избыточный бактериальный рост устанавливается при обнаружении в аспиратах тонкой кишки бактерий больше 10⁵ колоний образующих единиц на 1 мл содержимого [9]. Это состояние привычно диагностируется у больных с уже существующими нарушениями функций тонкой кишки. Например, к этому может привести сниженная моторика тонкой кишки, гипохлоргидрия или резецированный илеоцекальный клапан. Избыточный бактериальный рост часто присутствует при синдроме раздраженного кишечника (СРК). В зависимости от причин обильная колонизация микроорганизмами может отмечаться в проксимальных отделах тонкой кишки с преобладанием грамположительных бактерий [10]. Однако чаще мы наблюдаем избыточный бактериальный рост дистально. И здесь он представлен грамотрицательной флорой — строгими анаэробами и энтерококками. Для того чтобы устранить вздутие живота, нужно правильно выбрать антибактериальный препарат. При дистальном варианте избыточного бактериального роста, очевидно, преимущества будут на стороне метранидазола, воздействующего на анаэробные микроорганизмы. Может помочь и изменение в рационе питания. Поскольку подвздошная кишка заполняется водородпродуцирующими бактериями [11], их можно лишить ферментируемых экзогенных субстратов, прежде всего не полностью абсорбируемых углеводов. Сюда следует отнести молочные продукты, мед, бобовые, хлебные злаки и картофель. Большинство лиц с дефицитом лактазы сохраняют небольшую энзимную активность. Так, йогурт с активной культурой может переноситься лучше благодаря бактериальной бета-галактозидазе. Молочные продукты с лакто- и бифидобактериями снижают вздутие у ряда больных с непереносимостью лактозы [12]. Склонность к продукции газа можно уменьшить и кулинарной обработкой. Замачивание гороха и фасоли в течение 12 ч и варка в течение 30 мин удаляют большую часть не абсорбируемых олигосахаридов — раффинозы и стахиозы [13]. Ускоряет транзит газов по тонкой кишке умеренная физическая нагрузка [14].

Действия по снижению бактериальной ферментации с образованием газов в тонкой и толстой кишке во многом совпадают.

В толстой кишке бактериальная флора утилизирует не переваренные остатки пищи — лактозу, фруктозу, мелитозу, стахиозу, сорбитол, резистентный крахмал и волокна. Особенности распределения бактериальной флоры таковы, что в правых отделах ободочной кишки находятся бактерии — продуценты водорода, а в левых — метана. Водород абсорбируется в кровь, но большая его часть используется теми же бактериями для восстановления сульфата в сульфид и конвертации углекислого газа в ацетат. В дополнение в левых отделах толстой кишки водород потребляется метаногенами для восстановления углекислого газа в метан. Азот и кислород поступают диффузией из крови в просвет кишки, снижая градиент, создаваемый бактериальной продукцией газов. Скорость газовой экскреции через прямую кишку у здоровых людей варьирует от 400 до 1500 мл/сут и в среднем составляет 705 мл/сут [15]. При этом пассаж газов осуществляется от 10 до 20 раз в сутки [16, 17]. Ни возраст, ни пол не оказывают на это влияния. Метаболизм газов в толстой кишке регулируется соотношением сульфидпродуцирующих бактерий и метаногенов. Основной путь поглощения водорода, как правило, не изменяется в течение жизни. Поэтому на «выходе» у ¹/3 людей будут заметные концентрации метана [18]. Клинически это легко можно распознать по плотности фекалий. Включение метана в их состав приводит к тому, что каловые массы становятся легче воды и всплывают на поверхность. Ни один из количественно важных газов не обладает запахом. Неприятный запах фекалий дают следовые количества серосодержащих газов — сульфида водорода и метантиола [19]. Они высвобождаются в ходе бактериального метаболизма сульфатов, цистеина и муцинов. Помимо ядовитого запаха, эти газы токсичны, и толстая кишка обладает развитой системой детоксикации. Она действует практически без сбоев, защищая слизистую оболочку от повреждающих эффектов этих соединений. Серосодержащие газы быстро метаболизируются в тиосульфат [20]. Таким образом, практически не поступают в кровь и не выделяются с дыханием. Исключением является лишь один «пахучий» серосодержащий газ — аллил гистил сульфид, производное чеснока. Он не подвергается превращениям в слизистой оболочке, абсорбируется и присутствует в выдыхаемом воздухе [21].

Рассмотрим клинические проблемы, связанные с газами в толстой кишке. Вздутие — спутник многих заболеваний, но этот симптом может возникать вследствие разнообразных причин. Это не всегда избыточная продукция. Ощущение вздутия может возникать из-за нарушенного транзита газов с генерацией замедленных образцов моторики, повышенной перцепции нормальных количеств газа в кишечнике и измененной соматической мышечной активности в брюшной стенке. Изолированно или в сочетании эти причины вздутия наблюдаются при СРК. Задержка кишечного содержимого и газов в тонкой кишке в результате замедления моторики или толстокишечного рефлюкса ответственна за генерацию абдоминального растяжения у многих больных синдромом раздраженного кишечника. Локализованная воздушная ловушка у больных с высоким селезеночным изгибом служит причиной вздутия и болевых ощущений в левом подреберье. Однако и в первом и во втором случаях общее количество газов может быть нормальным. Вздутие живота при отсутствии избыточной продукции газов возникает из-за висцеральной гиперчувствительности [22]. Вздутие и увеличение в размерах живота не обязательно взаимно связаны [23]. Тщательное изучение абдоминального растяжения позволило установить его возникновение лишь у больных с извращенным висцеро-соматическим рефлексом, идущим от кишечника. Вместо нормального напряжения мышц передней брюшной стенки и релаксации диафрагмы отмечалось обратное действие, и газ распределялся не в вертикальном, а горизонтальном направлении [24, 25]. Увеличение живота нарастало после еды, уменьшалось при перемещении пациента в горизонтальное положение и во время сна. Таким образом, вздутие — гетерогенное состояние, вызываемое комбинацией патофизиологических механизмов, которые различны у индивидуумов и в большинстве случаев не устанавливаются традиционными методами. С клинических позиций важно отметить, что при повышенной перцепции и нарушении висцеро-соматических рефлексов нельзя ожидать успеха от диеты, регуляторов моторики, антибактериальных препаратов. Здесь полезны методы психотерапии и антидепрессанты. Точно также следует рекомендовать биофидбэк-терапию больным с диссинергией мышц тазового дна. Обструкция выхода ведет не только к запорам, но и нарушению эвакуации газов. Весьма скептически нужно рассматривать роль некоторых пока еще популярных лекарственных препаратов для лечения вздутия живота. Это относится к абсорбентам и агентам, снижающим поверхностное натяжение пузырьков газа. Симетикон облегчает разрыв толстой пенистой пленки, но его влияние на продукцию водорода спорное. Результаты хорошо контролируемого исследования свидетельствуют о том, что симетикон не облегчает симптомы газообразования, индуцированные лактулозой [26]. Также ведет себя и активированный уголь. Наряду с исследованиями, в которых продемонстрирована его польза, есть много работ, не подтвердивших изменения общего объема газов при его применении [27, 28]. Отсутствует серьезная доказательная база для применения с целью уменьшения вздутия ферментных и антихолинергических препаратов. Быстрая экспульсия газов после приема неостигмина у больных с СРК всегда сочеталась с усилением абдоминального дискомфорта, т.е. ускорение моторики приводило к еще более интенсивным болям, чем сама аккумуляция газа [29].

Пассаж зловонных газов может стать серьезной проблемой для многих больных. Тем не менее этот вопрос в научном плане мало изучен. Хотя можно считать доказанной роль серосодержащих газов, что именно происходит в кишечнике, доподлинно неизвестно: имеется ли избыток серосодержащих субстратов, ускорен ли их транзит или флора ориентирована на продукцию таких газов. Значение различных серосодержащих субстратов никогда не оценивалось, но существуют устойчивые рекомендации избегать употреблять в пищу капусту, пиво и сыры. Были разрекламированы специальные импрегнированные углем прокладки. Однако они оказались не практичны и адсорбировали менее 10% газов [30]. Не помогал активированный уголь. Единственным препаратом, элиминирующим сульфид водорода, оказался субсалицилат висмута (8-262 мг/сут) [31]. Висмут связывал сульфид и устранял запах, но как долго его можно применять, остается неясно.

Два газа, образующиеся в толстой кишке, — водород и метан — являются горючими и могут воспламениться. Такие вспышки, приводящие к тяжелым ожогам и перфорации, описаны при электрокоагуляции полипов через ректо- и колоноскоп [32], а также после очищения толстой кишки с помощью маннитола [33]. Он служил субстратом для бактерий, продуцирующих водород. Используемые в настоящее время очищающие растворы на основе полиэтиленгликоля не ферментируются бактериальной флорой, а значит безопасны. Измерения показывают, что при их использовании внутрипросветная концентрация водорода и метана намного ниже «взрывного» уровня.

Особое заболевание, связанное с кишечными газами, — это кистозный пневматоз кишечника, состояние, характеризующееся присутствием кист, заполненных газом в стенке тонкой и толстой кишки. Они могут быть бессимптомными или сопровождаться болью, диареей и вздутием. Еще в конце 1970-х годов было установлено, что больные с пневматозом кишечника имеют очень высокие концентрации водорода в выдыхаемом воздухе [34]. Это происходило потому, что бактерии продуцировали, но не утилизировали водород [35]. Неадекватное потребление водорода можно спровоцировать клизмами хлоралгидрата, но как происходит формирование кист, пока не понятно. Было высказано предположение о том, что в этом виновна контрперфузия — процесс, ответственный за тканевое скопление газа у ныряльщиков. Возможно, что мелкие интрамуральные скопления газа встречаются с определенной частотой и в норме, но они быстро абсорбируются в циркуляцию. У больных пневматозом очень высокие просветные концентрации водорода путем диффузии будут поддерживать давление газа в кистозных образованиях, поэтому они персистируют. Единственной возможностью влиять на течение болезни стало применение в ингаляциях кислорода в высоких концентрациях. Этот маневр снижает напряжение азота в крови и тем самым извлекает газы из кист в кровоток [36]. Такое лечение сочетают с диетой и ципрофлоксацином, чтобы уменьшить продукцию водорода кишечными бактериями.

Целью данной публикации не было обсуждение всех возможных клинических проблем, связанных с газами. Скорее, хотелось подчеркнуть их сложность и многогранность. Не может быть единственного подхода к ведению больных со вздутием живота, и поэтому поиск оптимальных решений должен основываться как на понимании механизмов развития болезни, так и представлениях о газовом гомеостазе.