Kas nutinka vandenilio dujoms jas įkvėpus? Absorbcija, iškvėpimas ir H2, kurį gamina žarnynas

Vandenilio dujos, pasiekusios plaučius, akimirksniu patenka į kraujotaką, trumpai cirkuliuoja organizme ir iš jo pasišalina per tuos pačius plaučius iškvepiant, nes jų molekulės per mažos ir chemiškai per mažai reaktyvios, kad organizmas jas kauptų ar skaidytų. Tai vyksta ne tik įkvėpimo seanso metu: jūsų žarnyno bakterijos nuolat gamina tą pačią molekulę kaip įprastą šalutinį angliavandenių virškinimo produktą, ir ji iš organizmo pasišalina taip pat – su iškvepiamu oru. Būtent šį bendrą pasišalinimo kelią matuoja vandenilio kvėpavimo testas.

• Vandenilis per plaučius patenka greitai dėl savo dydžio ir cheminių savybių, o ne dėl kokio nors specialaus jo tiekimo būdo – maža, nepolinė ir menkai tirpi dujų molekulė greitai difunduoja per membraną, nepriklausomai nuo jos šaltinio.
• Vandenilis nekaupiamas. Jis nėra virškinamas, metabolizuojamas ar organizme sulaikomas taip, kaip maistinė medžiaga, todėl kvėpuojant jis toliau šalinamas tol, kol yra tiekiamas.
• Jūsų žarnynas jau kasdien gamina vandenilio dujas kaip įprastą bakterinės fermentacijos produktą, o vandenilio kvėpavimo testas sukurtas būtent tam, kad aptiktų jas iškvepiamame ore.
• ml/min ir ppm matuoja skirtingus dalykus. Įrenginio nurodytas srauto greitis neparodo, kiek vandenilio patenka į kraują ar iškvepiamą orą, todėl šių dviejų skaičių negalima tiesiogiai palyginti.

Kokias dujas iš tiesų įkvepiate

Vandenilis (H2) yra mažiausia ir lengviausia molekulė, o jos du atomai neturi krūvio disbalanso, todėl ji yra nepolinė. Šios dvi savybės beveik visiškai nulemia, kaip vandenilis elgiasi patekęs į organizmą. Jis menkai tirpsta vandenyje ir kraujyje – įprastomis fiziologinėmis sąlygomis sočiajame tirpale jo būna tik apie 0,8 mmol/l, arba apie 1,6 ppm (šaltinis: Molekulinis vandenilis gydant plaučių ligas). Toje pačioje apžvalgoje teigiama, kad žinduolių ląstelėse vandenilis paprastai yra inertiškas ir reaguoja daugiausia su nedidele grupe stiprių oksidantų, o ne dalyvauja įprastose ląstelių cheminėse reakcijose.

Būtent dėl šio savybių derinio – mažo dydžio, nepolinės struktūros ir cheminio inertiškumo – vandenilis nesielgia kaip maistinė medžiaga, kurią organizmas įsisavina ir apdoroja, ar kaip vaistas, kuris prisijungia prie receptoriaus ir yra metabolizuojamas. Jis labiau primena dujas, keliaujančias per dujų apykaitai skirtą sistemą – būtent tokią funkciją atlieka plaučiai.

Nuo nosies kaniulės iki kraujotakos: kaip juda įkvepiamas vandenilis

Mažos nepolinės molekulės biologines membranas kerta beveik be pasipriešinimo. Toje pačioje apžvalgoje teigiama, kad vandenilis „gali lengvai ir greitai pasiekti plaučių ląsteles ir veikti tiesiogiai plaučius“ (šaltinis: Molekulinis vandenilis gydant plaučių ligas). Praktiškai tai reiškia, kad įkvepiamam vandeniliui nereikia virškinimo etapo ar transportavimo mechanizmo, kad patektų į kraujotaką, kaip maistui; jis difunduoja tiesiai per ploną membraną, skiriančią plaučių orą nuo aplinkiniuose kapiliaruose esančio kraujo.

Kadangi pakeliui vandenilio niekas nemetabolizuoja ir nekaupia, tarp seansų organizme nesusidaro jo atsargų. Dujos arba toliau juda vykstant difuzijai, kurią lemia tuo metu esantis koncentracijų skirtumas tarp įkvepiamo oro ir kraujo, arba jų organizme visai nėra. Tai iš esmės skiriasi nuo maisto papildo, kuris audiniuose kaupiasi dienomis.

Kodėl režimai „grynas“ ir „mišrus“ nekeičia paties vandenilio poveikio

Įkvėpimo aparatuose dažnai siūlomi gryno H2 ir mišinio H2+O2 režimai, veikiantys tuo pačiu srauto greičiu, todėl svarbu aiškiai suprasti, ką iš tiesų pakeičia šis pasirinkimas. Jis pakeičia tai, kas kartu su vandeniliu patenka į plaučius per konkretų įkvėpimą – grynas vandenilis ar vandenilio ir deguonies mišinys. Tačiau jis nekeičia to, kaip pati vandenilio molekulė, patekusi į plaučius, difunduoja per plaučių membraną. Tai įrenginio ir jo išvesties nustatymas, o ne biologinio proceso skirtumas.

Kaip vandenilis pasišalina iš organizmo: iškvepiant

Dujos plaučiuose nuolat juda abiem kryptimis per tą pačią membraną: su kiekvienu kvėpavimu deguonis difunduoja į vidų, o anglies dioksidas – į išorę. Mažos ir menkai tirpios dujos, tokios kaip vandenilis, juda tuo pačiu abipusiu keliu. Kai įkvepiamų dujų šaltinis nustoja tiekti naują vandenilį, koncentracijų gradientas, kuris traukė jį į kraują, apsiverčia, ir ta pati difuzija, kuri jį atnešė, ima grąžinti jį atgal – jis pasišalina su iškvepiamu oru.

Šiame straipsnyje nenurodysime konkretaus šio proceso trukmės laiko, nes nė vienas mūsų patikrintas šaltinis jo neįvertino pakankamai tiksliai, kad būtų galima atsakingai pateikti trukmę, per kurią įkvėptas vandenilis pasišalina iš žmogaus organizmo. Gerai pagrįstas yra pats mechanizmas: kadangi vandeniliui skaidyti nėra metabolinio kelio, o jam sulaikyti – kaupimo vietos, pagrindinis jo pasišalinimo būdas yra iškvėpimas. Tai atitinka dujų cheminį inertiškumą, o ne kokį nors konkretaus įrenginio skaičių. Šis bendras pasišalinimo kelias – kvėpavimas – taip pat paaiškina, kodėl ta pati molekulė aptinkama kaip išmatuojamas signalas, kai organizmas pats gamina vandenilį. Tai – kita paveikslo dalis.

Vandenilis, kurį jau gamina jūsų žarnynas, ir kaip žinome, kad jo ten yra

Žmogaus organizme nėra fermento, kuris gamintų vandenilio dujas. Vienintelis jų šaltinis organizme yra bakterinė fermentacija, kurią daugiausia vykdo žarnyno bakterijos, skaidydamos angliavandenius, kurie anksčiau žarnyne nebuvo visiškai suvirškinti ar įsisavinti (šaltinis: Vandenilio kvėpavimo testas, Vikipedija). Daugumos žmonių organizme ši fermentacija tam tikru mastu vyksta didžiąją laiko dalį, o jos pagamintas vandenilis difunduoja į kraują ir pasišalina su iškvepiamu oru tuo pačiu anksčiau aprašytu keliu. Vandenilio kvėpavimo testas sukurtas būtent šiam signalui aptikti.

Pats testas nesudėtingas: pirmiausia paimamas bazinis iškvėpto oro mėginys nevalgius, tada pacientas išgeria tiriamąjį cukrų – laktuliozę, laktozę arba fruktozę, atsižvelgiant į tai, kas tiriama, – o vėliau iškvėpto oro mėginiai imami nustatytais intervalais, paprastai kas 15–60 minučių nuo vienos iki kelių valandų, priklausomai nuo konkretaus testo. Maždaug 20 ppm ar didesnis rodmens padidėjimas, palyginti su mažiausiu ankstesniu rodmeniu, paprastai laikomas teigiamu rezultatu. Tai reiškia, kad tiriamo cukraus bakterinė fermentacija vyksta vietoje, iš kurios imamas matavimas (šaltinis: Vandenilio kvėpavimo testas, Vikipedija).

Ką iš tiesų matuoja teigiamas kvėpavimo testo rezultatas

Teigiamas rezultatas gydytojui parodo, kad angliavandeniai pasiekė žarnyno bakterijas, galinčias juos fermentuoti į vandenilį. Tai naudinga tiriant, pavyzdžiui, angliavandenių malabsorbciją arba plonosios žarnos bakterijų išvešėjimą. Tai nėra komentaras apie įkvėpimo seansą, įrenginį ar ką nors, ką skaitytojas nusipirko – tai diagnostikos priemonė, paremta biologiniu procesu, kuris vyksta žarnyne savaime, nepriklausomai nuo to, ar apskritai įkvepiamas vandenilis. Jei norite sužinoti, ką toks rezultatas reiškia jūsų sveikatai, aptarkite tai su gydytoju – šis straipsnis nėra skirtas rezultatams aiškinti.

Ne visų žmonių žarnynas gamina tas pačias dujas

Žarnyno mikroflora tarp žmonių skiriasi tiek, kad vandenilis nėra visuotinai gaminamos dujos. Maždaug 35 % ar daugiau žmonių turi bakterijų, gaminančių metaną vietoj vandenilio arba kartu su juo, o mažesnė grupė yra „nereaguojantieji“ – jų iškvepiamame ore tyrimo metu neaptinkama nei vandenilio, nei metano padidėjimo (šaltinis: Vandenilio kvėpavimo testas, Vikipedija). Šis skirtumas priklauso nuo to, kurios bakterijų rūšys konkretaus žmogaus storojoje žarnoje vykdo fermentaciją, o ne nuo to, ar jo virškinimas veikia normaliai. Tai žarnyno mikrobų bendrijos skirtumas tarp žmonių, o ne savaiminis sveikatos rodiklis.

Įkvepiamas vandenilis ir žarnyne gaminamas vandenilis: ta pati molekulė, skirtingi šaltiniai ir mastas

Chemiškai vandenilis, kuris iš pradžių buvo nosies kaniulėje, niekuo nesiskiria nuo vandenilio, kuris iš pradžių buvo jūsų storojoje žarnoje. Dujų molekulėms difundavus per membraną, jų kilmė neturi reikšmės, todėl patekusios į kvėpavimo takus ar kraujotaką, plaučiai su jomis elgiasi vienodai.

Esminis šių dviejų atvejų skirtumas – kaip ir kokiu tikslu jie matuojami. Kvėpavimo testų rezultatuose nurodomos milijoninės dalys dujų, aptiktų iškvepiamame ore. Tai koncentracijos rodiklis, susietas su konkrečiu diagnostiniu protokolu. Įkvėpimo aparatai apibūdinami pagal srauto greitį mililitrais per minutę – šis rodiklis nusako įrenginio išvestį, o ne koncentraciją organizme. Vieno rodiklio negalima perskaičiuoti į kitą, o didesnis įrenginio ml/min rodiklis nereiškia, kad daugiau vandenilio patenka į kraują ar iškvepiamą orą – jis tik parodo, kiek dujų įrenginys tiekia per minutę.

Mastas padeda tai suprasti. Ramybės būsenoje suaugęs žmogus įprastai kvėpuodamas per plaučius per minutę perleidžia maždaug 5–8 litrus oro, o lengvai judant – apie 12 l/min (šaltinis: Minutinis kvėpuojamasis tūris, Vikipedija). Įkvėpimo seanso srauto greitis, nesvarbu, ar tai keli šimtai mililitrų per minutę, ar kelis kartus daugiau, yra nedidelis priedas prie nuolatinės oro apykaitos, o ne jos pakaitalas.

Kas nustatyta, o kas – ne

Visa tai, kas aprašyta pirmiau – difuzija per plaučių membraną, menkas tirpumas, bakterinė fermentacija ir ją aptinkantis kvėpavimo testas, – yra gerai dokumentuota fiziologija ir chemija. Tai atsako į fizinį klausimą, į kurį siekia atsakyti šis straipsnis: kas iš tiesų nutinka vandeniliui jį įkvėpus ir kaip į šį paveikslą įsilieja jūsų žarnyno gaminamas vandenilis.

Ar įkvėptas vandenilis lemia konkrečius sveikatos rezultatus, yra atskiras klausimas nuo to, kaip dujos fiziškai juda organizme, ir šiame straipsnyje į jį neatsakoma. Dabartinėse mokslinių tyrimų apžvalgose teigiama, kad vandenilio terapijos klinikinis veiksmingumas dar nėra nustatytas, o optimali dozė ir tikslai tebėra neaiškūs (šaltinis: Vandenilio terapija, Vikipedija). Jei norite susipažinti su platesne mokslinių tyrimų apžvalga, o ne su čia aptartu mechanizmu, daugiau apie tai rašoma specialiame straipsnyje apie tai, kas yra molekulinis vandenilis. Atskirame straipsnyje apie tai, kiek laiko vandenilis išlieka vandenyje aptariama vandenyje ištirpinto vandenilio versija – ji elgiasi kitaip nei įkvepiamos dujos.

Žinant šį mechanizmą, įkvėpimo aparato skaičius lengviau suprasti kaip įrenginio, o ne biologines specifikacijas. „Hydrion Zenith“ siūlo septynis išvesties lygius nuo 300 iki 1 800 ml/min; kiekvieną jų galima pasirinkti gryno H2 arba mišraus H2+O2 derinio režimu. Šis diapazonas parodo, kiek dujų įrenginys tiekia per minutę, o ne tai, kaip šis kiekis palyginamas su jūsų žarnyno jau gaminamu vandeniliu ar kaip greitai kuris nors iš jų pasišalina su iškvepiamu oru.

„Hydrion Titan“ tiekia dar daugiau – iki 3 000 ml/min. Tai tiesiog didesnis to paties ml/min rodiklio dydis, o ne kitokio biologinio poveikio įrodymas. Jei norite sužinoti apie ventiliaciją ir saugų patalpos tūrį seanso metu, apie tai rašoma atskirame straipsnyje. Jei reikia paaiškinti pačius vienetus – ml/min, LPM, PPM ir PEM, – tam skirtas įkvėpimo terminų žodynėlis. O norint praktiškai susipažinti, kas vyksta seanso metu, verta pradėti nuo vandenilio įkvėpimo terapijos vadovo pradedantiesiems.