Megbeszélés
A hidrogéntermelők és -fogyasztók (metanogének és szulfát-redukáló baktériumok) hatását a kilélegzett levegőben lévő hidrogén elérhetőségének változására eddig nem vették megfelelően figyelembe és nem értékelték megfelelően. Az LBT-eredmények értelmezése viszont egy hiányos képen alapult. Ahogy a hidrogénfogyasztók a hidrogént metánná és hidrogén-szulfiddá alakítják, a visszamaradó és a keringésbe kerülő, valamint a kilélegzett légzésben megjelenő H2 mennyisége csökken. Mivel a kereskedelemben kapható gázkromatográfok csak H2-t és CH4-et mérnek, lehet, hogy a kilégzési gázeredmények értelmezésének jelenlegi megközelítése hibás, amikor a gázcserének csak egy részét látjuk?
A hidrogén koncentrációja a 3 órás időszak alatt folyamatosan emelkedett (1. ábra), míg a H2S koncentrációja ugyanebben az időszakban folyamatosan csökkent a kiindulási értékhez képest (3. ábra). Mivel a hidrogén-szulfid hidrogénből alakul át, arra lehetett volna számítani, hogy a hidrogén emelkedésével arányosan emelkedik a hidrogén-szulfid.3, 10 Tekintettel a hidrogén-szulfid erősen toxikus természetére, egy ilyen arányos emelkedés káros lehet az emberi gazdaszervezetre. Így a hidrogén és a hidrogén-szulfid közötti közvetlen, arányos kapcsolat hiánya összhangban van azzal, hogy ismert, hogy létezik egy hatékony gazdaszervezeti mechanizmus e gáz eltávolítására és felhalmozódásának megelőzésére a méregtelenítés révén.11 A H2S-t a vastagbél nyálkahártyája oxidáció útján,11, 12 a hepatociták oxidatív metabolizmus útján,13 és a vér a tiol-metil-transzferáz enzim segítségével méregteleníti.14 A H2S-ről ismert, hogy méregteleníti azt, 15 A méregtelenítés további mechanizmusai közé tartozik a bélgáz kiürítése a flatus ürítésével, valamint a gázok kiválasztása tüdő és nem tüdő útján, például a bőrön keresztül.12, 15 Mivel a hidrogénkoncentráció a 3 órás időszak alatt tovább emelkedik, miközben a kénhidrogén koncentrációja csökken, az egyik lehetséges értelmezés az, hogy a hidrogén kénhidrogénné történő átalakítására szolgáló szulfátredukció telítődik, de a kénhidrogén méregtelenítése nem. Ez a magyarázat megmagyarázná a kénhidrogén koncentrációjának folyamatos csökkenését, miközben a hidrogén koncentrációja emelkedik, és megmagyarázná az átlagos H2S-koncentráció 90 percnél tapasztalt hirtelen csökkenését (3. ábra). A kezdő és befejező átlagos H2S-koncentrációkban megfigyelt különbség (2. táblázat) szintén arra utal, hogy a méregtelenítő mechanizmus nem telítődik a 3 óra alatt.
Levitt arról számolt be, hogy az egészséges egyénekben termelődő mikrobiális gázok többsége vastagbél eredetű.16 Régóta várható, hogy a légzési hidrogén emelkedésének ideje az LBT során egybe kell esnie a laktulóz vastagbélbe (cecum) való megérkezésével. Ez vezetett ahhoz, hogy az LBT-t az orocekális tranzitidő mérésére használták, arra az elképzelésre alapozva, hogy a belélegzett hidrogén koncentrációjának emelkedése a laktulóznak a cecumba való megérkezéséhez van időzítve, ahol a fermentáció megkezdődik, amint az erjeszthető szubsztrát találkozik a vastagbél mikrobiális közösségével. Számos olyan eredmény van azonban, amely ellene szól ennek a hagyományos értelmezésnek. Például gyakran megmagyarázhatatlan eltérés mutatkozik a feltételezett orocekális tranzitidő között, amelyet a “belélegzett hidrogénkoncentráció emelkedési ideje” és a radioaktív nyomjelző cecalis érkezése között.4 Ezeknek a megfigyeléseknek lehet egy alternatív értelmezése, amely a metanogenezis vagy a szulfátredukció által termelt és felhasznált hidrogén dinamikus egyensúlyán alapul. A szcintigráfiai cecalis érkezés jelezheti a laktulóz bólus fejének a cecumba való megérkezését. A kilélegzett hidrogén azonban csak akkor emelkedne, ha a hidrogéntermelés meghaladta a hidrogénfogyasztó folyamatokat. Így a kilélegzett hidrogén emelkedésének ideje mindig később lenne, mint a szcintigráfiás cecalis belépésé.
A Yu és munkatársai által végzett vizsgálatban az orocekális szcintigráfiát hasonlították össze az LBT eredményeivel; ezek a szerzők azt találták, hogy az esetek többségében a légzési hidrogén emelkedésének ideje a szcintigráfiás cecalis beérkezés után következett be.17 Ez a vizsgálat arra a következtetésre jutott, hogy a szcintigráfia és a légzési vizsgálat közötti időbeli kapcsolat miatt az LBT nem megbízható a SIBO diagnózisában.17 Ez az eltérés a hidrogénfogyasztó mikrobák munkájával magyarázható. Mivel a hidrogéngázt a hidrogénfogyasztók gyorsan elhasználják a metanogenezis vagy a szulfátredukció során, a kilélegzett hidrogén “késleltetett” emelkedési idejét a szcintigráfiás cecalis érkezéshez képest a következőképpen lehetne magyarázni: a cecumba való belépéskor a laktulóz fermentálódik, és hidrogén keletkezik, de a kilélegzett légzésben nem jelenik meg hidrogén, amíg a hidrogénfogyasztó útvonalak nem telítődnek. Az energiacserének ezt a dinamikus folyamatát még inkább elrejti az értelmezés elől, ha a hidrogén-szulfidot nem mérik a szulfátredukciótól mint hidrogénfogyasztó útvonaltól függő betegeknél. A szcintigráfia során az orocecális tranzitidő végpontját a radionuklid markerek cecumba való megérkezésekor mérik.7, 9, 18, 19 Ezzel szemben a kilélegzett hidrogén emelkedéséhez szükséges idő mind az erjeszthető szubsztrátnak a hidrogéntermelő mikrobákkal való érintkezésétől, mind a hidrogénfogyasztó mikrobákkal való kölcsönhatásától függ a teljes bélrendszerrel együtt. Ezért a belélegzett hidrogén mérése, a radioaktív nyomjelzőanyagnak a cecumba való megérkezése és a belélegzett hidrogén emelkedése között késleltetni kell.17, 20-23 Nincs ok arra, hogy a szcintigráfiai tranzit és az LBT időzítése tökéletesen egyezzen. További vizsgálatokra van szükség a H2S hatásának értékeléséhez az orocekális tranzitidővel kapcsolatban, tekintettel a H2S-koncentrációban a 90 perces jelzésnél észlelt jelentős változásokra (3. ábra).
Az LBT értelmezésekor gyakran használják a “hidrogént nem termelő” kifejezést a “lapos vonalú” hidrogénkoncentrációs profilra.7, 18, 22, 24-28 Ez az elképzelés, miszerint egyes egyének hidrogént nem termelő egyedek lehetnek, ellentmond a közzétett tanulmányoknak, amelyek leírják a Bacteroidetes, a hidrogéntermelő fajok törzsének általános jelenlétét az emberi bél mikrobiótában.3 , 5 Amikor olyan alanyokat értékeltünk, akiknek “lapos” hidrogén-időjárása volt, metán és hidrogén-szulfid egyidejű jelenlétét találtuk a kilélegzett légzésben, ami arra utal, hogy a hidrogént a mikrobák a fermentáció kezdeti részeként termelték, de az teljesen átalakult ezekké a más mikrobiális gázokká (4. ábra). Eredményeink alátámasztják, hogy a hidrogénfogyasztók viszonylag alacsony telítettségi ponttal rendelkeznek, és gyorsan elérik a határértéküket. A hidrogéngáz csak ezután kezd el felhalmozódni és belépni a keringésbe, ami a kilélegzett légzésben való megjelenéséhez és a légzési H2-koncentráció LBT-n történő emelkedéseként történő regisztrálásához vezet. Értelmezésünk alapján, ha a hidrogéntermelés nem haladja meg a hidrogénfogyasztók hidrogénfelhasználási telítettségi küszöbértékét a 3 órás LBT alatt, előfordulhat, hogy nem jut mérhető hidrogén a kilélegzett légzésbe, ami “lapos vonalú” hidrogénprofilhoz vezet. A légzésvizsgálat önmagában azonban nem ad részletes képet a gázkinetikában részt vevő telítési pontokról, hanem inkább mérhető végső gázkoncentrációkat biztosít.
Jelenleg a 20 ppm-et meghaladó csúcshidrogén-koncentrációt gyakran használják küszöbkritériumként a kóros LBT meghatározásához. Eszerint a lapos hidrogénprofil nem tekinthető rendellenesnek. A hidrogénfogyasztókat érintő energiacsere alapján azonban a magas hidrogénkoncentrációnak nem kell mindig jelen lennie még a rendellenesen túlzott mikrobiális fermentáció és a rendellenesen magas hidrogéntermelés esetén sem, ha a hidrogénfogyasztási kapacitás meghaladná a hidrogéntermelését. A hidrogénnek a metánnal és a hidrogén-szulfiddal egyidejűleg történő mérése az LBT-n szükséges lehet a hidrogéntermelők és a hidrogénfogyasztók kölcsönhatásában szerepet játszó energiacsere megfigyeléséhez. A hidrogéngáz hiánya a kilélegzett légzésben nem értelmezhető a hidrogéntermelés hiányaként.
Az LBT-n gyakran megfigyelhető minta a kettős csúcs jelensége, amikor a légzés hidrogénkoncentrációjának két különböző emelkedő és csökkenő mintázata van, ahol az első emelkedés a vékonybélfermentációt, a második emelkedés pedig a vastagbélfermentációt képviseli.29 Ezt a mintát a SIBO diagnózisának kritériumaként használták.4 Az átlagos hidrogénprofilunk a kettős csúcsnak megfelelő mintázatot mutat, a két csúcsnál magasabb SEM-et észlelve (5. ábra). A légzési hidrogén folyamatos emelkedését találtuk a teljes vizsgálati időszak alatt, ami arra utal, hogy a kettős csúcs jelenséget jobban meg lehet magyarázni egy olyan dinamikus folyamat alapján, amelyben a fermentáció által termelt hidrogén mennyisége időnként meghaladja a hidrogén-fogyasztási kapacitást, ami a hidrogénkoncentráció kiugrását eredményezi. Így a lehelet hidrogénkoncentrációja emelkedik, amikor a hidrogén mennyisége meghaladja a hidrogénfogyasztási kapacitást, de csökken, amikor a termelt hidrogén elfogy, mivel a rendelkezésre álló hidrogén mennyisége a metánná vagy kénhidrogénné történő átalakulás telítési pontja alá csökken. Emellett nem meglepő, hogy arról számoltak be, hogy a “vékonybél” és a “vastagbél” légúti hidrogéncsúcsok nem egyeztek meg a szcintigráfiai radionuklidok helyével.4
Ez a tanulmány egy alternatív értelmezést elemzett, amely az LBT-n alapul, egyidejűleg rendelkezésre álló hidrogén-, metán- és hidrogén-szulfid-koncentrációs eredményekkel, amelyek ugyanattól a betegtől származnak. Az az elképzelés, hogy a lehelet hidrogénkoncentrációja a hidrogéntermelők és -fogyasztók kölcsönhatásától függhet, újszerű koncepcionális keretet biztosít a laktulóz-légzési teszt során és számos közzétett, LBT-t és egyidejű szcintigráfiát tartalmazó tanulmányban megfigyelt néhány rejtélyes eredmény megértéséhez. A hidrogén-szulfid hozzáadását a kilégzési gázmérésekben nemcsak a szulfátredukáló baktériumok által végzett szulfátredukció befolyásolja, hanem a gazdaszervezet többféle méregtelenítő mechanizmusa is. A metángáz mint a hidrogénfogyasztás egyetlen útvonala LBT-n történő rögzítése az érintett összetett kölcsönhatások hiányos értelmezéséhez vezet. Reméljük, hogy ennek a dinamikus rendszernek a megbecsülése és jobb megértése, figyelembe véve a hidrogéntermelést, valamint a hidrogénfogyasztás több útvonalát, teljesebb megközelítést biztosít a kutatók számára a laktulóz kilégzési tesztek felülvizsgálatához, és a laktulóz kilégzési tesztek helyes értelmezéséhez szükséges eszközöket kell nyújtania az olyan betegségek, mint a SIBO és az irritábilis bél szindróma esetén.