Mitä vetykaasulle tapahtuu hengityksen jälkeen?

Kun vetykaasu saavuttaa keuhkot, se kulkeutuu verenkiertoon hetkessä, kiertää elimistössä lyhyen aikaa ja poistuu jälleen samojen keuhkojen kautta uloshengityksessä, koska se on liian pieni ja kemiallisesti liian reagoimaton varastoitavaksi tai hajotettavaksi elimistössä. Tämä ei ole mitenkään ainutlaatuista hengityskerralle: suolistobakteerisi tuottavat jatkuvasti samaa molekyyliä normaalina hiilihydraattien pilkkoutumisen sivutuotteena, ja se poistuu kehostasi samalla tavalla eli hengityksen mukana. Juuri tätä yhteistä poistumisreittiä vetyhengitystestillä mitataan.

• Vety kulkee nopeasti keuhkojen läpi kokonsa ja kemiansa ansiosta, ei minkään erityisen annostelutavan vuoksi — pieni, pooliton ja huonosti liukeneva kaasu diffundoituu nopeasti kalvon läpi alkuperästään riippumatta.
• Varastointivaihetta ei ole. Vetyä ei sulateta, metaboloida eikä pidätetä elimistössä ravintoaineen tavoin, joten hengitys poistaa sitä jatkuvasti niin kauan kuin sitä saadaan elimistöön.
• Suolistosi tuottaa vetykaasua jo päivittäin bakteerikäymisen normaalina tuloksena, ja vetyhengitystesti on suunniteltu nimenomaan havaitsemaan sitä uloshengitysilmasta.
• ml/min ja ppm mittaavat eri asioita. Laitteen virtausnopeus ei ennusta, kuinka paljon vetyä päätyy vereen tai hengitysilmaan, joten näitä kahta lukua ei voi verrata suoraan.

Millaista kaasua oikeastaan hengität sisään?

Vety (H2) on pienin ja kevyin olemassa oleva molekyyli, eikä sen kahden atomin välillä ole varausjakauman epätasapainoa, minkä vuoksi se on pooliton. Nämä kaksi ominaisuutta ratkaisevat lähes kaiken sen suhteen, miten vety käyttäytyy päästyään elimistöön. Se liukenee huonosti veteen ja vereen — kylläisessä liuoksessa sitä on normaaleissa fysiologisissa olosuhteissa vain noin 0,8 mmol/l eli noin 1,6 ppm (lähde: Molecular hydrogen in the treatment of lung diseases). Samassa katsauksessa vetyä kuvataan yleensä nisäkässolujen sisällä reagoimattomaksi: se reagoi pääasiassa harvojen voimakkaiden hapettimien kanssa eikä tavallisen solukemian kanssa.

Pienen koon, poolittomuuden ja kemiallisen reagoimattomuuden yhdistelmä selittää, miksi vety ei käyttäydy kuin ravintoaine, jota elimistö imeyttää ja käsittelee, tai lääke, joka sitoutuu reseptoriin ja metaboloituu. Se käyttäytyy pikemminkin kuin kaasu, joka kulkee kaasujenvaihtoon tarkoitetun järjestelmän läpi — juuri sitä varten keuhkot ovat olemassa.

Nenäkanyylista verenkiertoon: miten hengitetty vety kulkee elimistössä

Pienet, poolittomat molekyylit läpäisevät biologiset kalvot hyvin vähäisellä vastuksella, ja samassa katsauksessa todetaan, että vety ”voi päästä helposti ja nopeasti keuhkosoluihin ja vaikuttaa suoraan keuhkoihin” (lähde: Molecular hydrogen in the treatment of lung diseases). Käytännössä tämä tarkoittaa, ettei hengitetty vety tarvitse ruoansulatuksen vaihetta tai kuljetusmekanismia päästäkseen verenkiertoon, kuten ruoka tarvitsee; se diffundoituu suoraan sen ohuen kalvon läpi, joka erottaa keuhkojen ilman ympäröivien hiussuonten verestä.

Koska mikään ei metaboloi tai varastoi sitä matkan varrella, elimistöön ei kerry vetyvarastoa hengityskertojen välissä. Kaasua joko kulkeutuu jatkuvasti diffuusion mukana sen hetkisen pitoisuuseron ohjaamana hengitysilman ja veren välillä, tai sitä ei ole elimistössä lainkaan. Tämä on huomattavan erilainen tilanne kuin ravintolisällä, joka kertyy kudoksiin päivien kuluessa.

Miksi ”puhdas” ja ”sekoitettu” tila eivät muuta vedyn omaa toimintaa

Hengityslaitteissa on usein tarjolla puhtaan H2:n tila ja sekoitettu H2+O2-tila samalla virtausnopeudella, ja on hyvä täsmentää, mitä tämä valinta oikeastaan muuttaa. Se muuttaa sitä, mitä muuta vedyn mukana kulkeutuu keuhkoihin kullakin hengenvedolla — pelkkää vetyä vai hapen kanssa sekoitettua vetyä. Se ei muuta sitä, miten vetymolekyyli itsessään diffundoituu keuhkojen läpi sinne päästyään. Kyse on laitteen ja sen tuoton asetuksesta, ei biologian perustavanlaatuisesta erosta.

Miten vety poistuu elimistöstä: uloshengityksessä

Kaasujenvaihto keuhkoissa tapahtuu jatkuvasti kalvon läpi molempiin suuntiin: happi diffundoituu sisään ja hiilidioksidi ulos jokaisella hengenvedolla. Pieni, huonosti liukeneva kaasu, kuten vety, kulkee samaa kaksisuuntaista reittiä. Kun sisäänhengitetystä lähteestä ei enää tule uutta vetyä, pitoisuusero, joka kuljetti sitä vereen, kääntyy päinvastaiseksi, ja sama diffuusio, joka toi sen sisään, alkaa kuljettaa sitä takaisin ulos uloshengityksen mukana.

Tässä artikkelissa ei anneta tälle prosessille tarkkaa poistumisaikaa, koska yksikään tarkistamistamme lähteistä ei mittaa hengitetyn vedyn poistumisaikaa ihmisillä riittävän tarkasti, jotta sen voisi ilmoittaa vastuullisesti. Mekanismista on kuitenkin vahvaa näyttöä: koska vetyä ei hajoteta aineenvaihdunnassa eikä sille ole varastopaikkaa, se poistuu pääasiassa uloshengityksen mukana. Tämä sopii yhteen kaasun kemiallisen reagoimattomuuden kanssa eikä riipu laitekohtaisista luvuista. Sama poistumisreitti — hengitys — selittää myös, miksi samaa molekyyliä voidaan mitata elimistön tuottaessa vetyä itse. Seuraavaksi tarkastelemme tätä puolta asiasta.

Suolistosi jo tuottama vety — ja miten tiedämme sen olevan siellä

Ihmiskehossa ei ole entsyymiä, joka tuottaisi vetykaasua. Ainoa vedyn lähde elimistössä on bakteerikäyminen: pääasiassa suolistobakteerit hajottavat hiilihydraatteja, jotka eivät aiemmin suolistossa ole täysin pilkkoutuneet tai imeytyneet (lähde: Hydrogen breath test, Wikipedia). Tätä käymistä tapahtuu useimmilla ihmisillä jossain määrin suurimman osan ajasta. Sen tuottama vety diffundoituu vereen ja poistuu hengityksen mukana edellä kuvatulla tavalla. Vetyhengitystesti on kehitetty nimenomaan tämän signaalin havaitsemiseen.

Itse testi on yksinkertainen: ensin otetaan paaston aikainen hengitysnäyte lähtötasoksi, sitten potilas juo testisokerin — laktuloosia, laktoosia tai fruktoosia sen mukaan, mitä tutkitaan — ja sen jälkeen hengitysnäytteitä otetaan määrätyin väliajoin, tavallisesti 15–60 minuutin välein yhdestä useaan tuntiin testistä riippuen. Noin 20 ppm:n tai sitä suurempi nousu edeltävästä alimmasta lukemasta tulkitaan yleensä positiiviseksi tulokseksi. Se tarkoittaa, että bakteerit käyttävät kyseistä sokeria käymisessä jossakin mitattavalla alueella (lähde: Hydrogen breath test, Wikipedia).

Mitä positiivinen hengitystestin tulos oikeastaan mittaa?

Positiivinen tulos kertoo lääkärille, että hiilihydraatti on päätynyt vetyä tuottavaan käymiseen kykenevien suolistobakteerien käsiteltäväksi. Tämä on hyödyllistä esimerkiksi hiilihydraattien imeytymishäiriön tai ohutsuolen bakteerien liikakasvun tutkimisessa. Tulos ei liity hengityskertaan, laitteeseen tai mihinkään, mitä lukija on ostanut — kyseessä on diagnostiikkatyökalu, joka perustuu suolistosi itsenäisesti ylläpitämään biologiseen prosessiin riippumatta siitä, oletko hengittänyt vetyä sisään vai et. Jos haluat tietää, mitä tällainen tulos merkitsee omalle terveydellesi, siitä kannattaa keskustella lääkärin kanssa; tämän artikkelin tarkoituksena ei ole tulkita tuloksia.

Kaikkien suolisto ei tuota samaa kaasua

Suolistofloora vaihtelee ihmisten välillä niin paljon, ettei vetyä tuoteta kaikilla. Noin 35 prosentilla ihmisistä tai suuremmalla osalla heistä on bakteereja, jotka tuottavat metaania vedyn sijaan tai sen lisäksi. Pienempi ryhmä ei reagoi testiin: heidän hengityksessään ei havaita kummankaan kaasun nousevan mitattavasti testin aikana (lähde: Hydrogen breath test, Wikipedia). Ero johtuu siitä, mitkä bakteerilajit sattuvat osallistumaan käymiseen kyseisessä paksusuolessa, ei siitä, toimiiko jonkun ruoansulatus normaalisti. Kyse on suoliston mikrobiyhteisön eroista väestötasolla, ei yksinään terveydentilan mittarista.

Hengitetty vety ja suolistosta peräisin oleva vety: sama molekyyli, eri lähde ja mittakaava

Kemiallisesti kanyylista peräisin olevan vedyn ja paksusuolesta peräisin olevan vedyn välillä ei ole eroa. Kalvon läpi tapahtuva diffuusio ei tarkista, mistä kaasumolekyyli on peräisin, joten keuhkot käsittelevät niitä samalla tavalla, kun ne ovat päätyneet hengitysteihin tai verenkiertoon.

Ne eroavat toisistaan aidosti siinä, miten ja mitä tarkoitusta varten niitä mitataan. Hengitystesteissä ilmoitetaan uloshengitysilmasta havaittu kaasupitoisuus miljoonasosina, ja luku liittyy tiettyyn diagnostiseen menetelmään. Hengityslaitteet määritellään virtausnopeuden perusteella millilitroina minuutissa. Tämä luku kertoo laitteen tuotosta, ei kehon kaasupitoisuudesta. Lukuja ei voi muuntaa toisikseen, eikä laitteen suurempi ml/min-lukema kerro, kuinka paljon vetyä päätyy vereen tai hengitysilmaan — se kertoo vain, kuinka paljon kaasua laite tuottaa minuutissa.

Mittakaava auttaa asettamaan asian oikeisiin mittasuhteisiin. Levossa oleva aikuinen hengittää tavallisesti noin 5–8 litraa ilmaa minuutissa, ja kevyessä liikunnassa määrä nousee noin 12 l/min:iin (lähde: Respiratory minute volume, Wikipedia). Hengityskerran virtausnopeus — oli se muutamia satoja millilitroja minuutissa tai moninkertainen määrä — on pieni lisä jatkuvaan ilmanvaihtoon, ei sen korvike.

Mikä on vahvistettu ja mikä ei?

Kaikki edellä kuvattu — diffuusio keuhkokalvon läpi, heikko liukoisuus, bakteerikäyminen ja sen havaitseva hengitystesti — on hyvin dokumentoitua fysiologiaa ja kemiaa. Se vastaa tämän artikkelin varsinaiseen kysymykseen: mitä vedylle tapahtuu, kun hengität sitä sisään, ja miten suolistosi tuottama vety sopii samaan kokonaisuuteen.

Se, tuottaako vedyn hengittäminen tietyn terveysvaikutuksen, on eri kysymys kuin se, miten kaasu fyysisesti kulkee elimistössä, eikä tämä artikkeli esitä siitä väitteitä. Nykyisissä tutkimuskatsauksissa todetaan, ettei vetyhoidon kliinistä tehoa ole vielä vahvistettu ja että optimaalinen annostus ja kohteet ovat edelleen epäselviä (lähde: Hydrogen therapy, Wikipedia). Jos haluat lukea mekanismia laajemman tutkimuskatsauksen, erillinen artikkeli molekyylivedystä käsittelee aihetta perusteellisemmin. Vedessä liuenneena olevan vedyn toimintaa koskevaan kysymykseen, joka poikkeaa hengitetystä kaasusta, vastataan erikseen artikkelissa kuinka kauan vety säilyy vedessä.

Kun mekanismi on tiedossa, hengityslaitteen lukemat on helpompi ymmärtää laitteen teknisinä tietoina biologisten tietojen sijaan. Hydrion Zenith tarjoaa seitsemän tehotasoa 300–1 800 ml/min, ja jokaisella tasolla voi valita puhtaan H2:n tai sekoitetun H2+O2-seoksen. Lukemat kertovat, kuinka paljon kaasua laite tuottaa minuutissa, eivätkä ne kerro, miten määrä vertautuu suolistosi jo tuottamaan vetyyn tai kuinka nopeasti kumpikaan poistuu hengityksen mukana.

Hydrion Titan yltää vielä suurempaan virtausnopeuteen, jopa 3 000 ml/min. Kyseessä on vain saman ml/min-määrityksen suurempi lukema, ei näyttö erilaisesta biologisesta vaikutuksesta. Jos haluat arvioida ilmanvaihtoa ja turvallisia huonetilavuuksia hengityskerran aikana, aihetta käsitellään erillisessä artikkelissa. Jos taas mittayksiköt — ml/min, LPM, PPM ja PEM — kaipaavat määrittelyä, hengityksen sanasto on oikea paikka aloittaa. Käytännön ensiesittelyyn siitä, mitä hengityskerta sisältää, sopii seuraavaksi aloittelijan opas vetyhengityshoitoon.