Functional insufficiency of the pancreas and the metabolic activity of the microbiota in cystic fibrosis adults patients

Full Text

ИГКС - ингаляционные глюкокортикостероиды ИМТ - индекс массы тела КЖК - короткоцепочечные жирные кислоты МВ - муковисцидоз ПЖ - поджелудочная железа СГКС - системные глюкокортикостероиды СИБР - синдром избыточного бактериального роста В настоящее время отмечается значительный рост числа взрослых больных муковисцидозом (МВ). По прогнозам, продолжительность жизни рожденных в настоящее время лиц с этим заболеванием будет достигать более 40 лет [1]. Диагностика МВ в настоящее время проводится на основании потовой пробы и результатов генетических исследований. МВ взрослых больных можно разделить на две группы: заболевшие в раннем детстве, дожившие до взрослого возраста и больные с поздней манифестацией. Наиболее распространенной мутацией гена CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) является делеция трех нуклеотидов в 10-м экзоне, приводящая к потере остатка фенилаланина в 508-м положении молекулы белка (F508). Около 45% всех больных МВ в мире являются гомозиготами по мутации F508del. Генетический полиморфизм заболевания обусловливает фенотипическое разнообразие МВ от тяжелых до стертых форм [1, 2]. Основные проблемы расстройства пищеварения у больных МВ связаны с развитием экзокринной недостаточности поджелудочной железы (ПЖ) на фоне хронического панкреатита. Иммуногистологические исследования указывают на локализацию CFTR в апикальной части ацинарных клеток. Установлена четкая зависимость между недостаточностью внешнесекреторной функции ПЖ у больных МВ и мутациями в гене CFTR [4]. Мутации разделены на «тяжелые» и «мягкие» в соответствии со степенью нарушения внешнесекреторной функции ПЖ у больных МВ [5]. К «тяжелым» относятся мутации I, II, III классов, при которых белок CFTR практически полностью отсутствует на апикальной мембране. Мутации V класса относится к «мягким», при которых сохраняется остаточная функция хлорного канала [3]. Экзокринная недостаточность ПЖ развивается у 85-90% у больных МВ и связана с обструкцией протоков, повреждением ацинарной ткани, замещением ПЖ фиброзной и жировой тканью. Экзокринная недостаточность чаще развивается при ранней манифестации заболевания. В этих случаях нередки эпизоды острого панкреатита [6, 7]. Вследствие фиброза и атрофии ткани ПЖ развивается эндокринная недостаточность (30-50%) [8-10]. Частым осложнением МВ является синдром дистальной интестинальной обструкции, обусловленный вязким содержимым илеоцекального отдела кишечника. В развитии синдрома важное значение имеют следующие факторы: дегидратация, панкреатическая недостаточность, сопровождаемая снижением объема панкреатического сока, бикарбонатной секреции, быстрое повышение дозы ферментов, вязкая интестинальная секреция, нарушение интестинального водного и электролитного транспорта, снижение дуоденального рН, нарушение перистальтики кишечника, развитие синдрома избыточного бактериального роста [3]. В связи с тем что больные МВ в настоящее время живут дольше, то и злокачественные новообразования в толстой кишке встречаются чаще [11]. Возникновение синдрома избыточного бактериального роста (СИБР) связано с необходимостью постоянного применения антибактериальных препаратов с последующим назначением про- и пребиотиков. Подобная длительная, а порой и пожизненная терапия не может не сказаться на состоянии кишечного микробиоценоза у этих больных. Как известно, микробы, населяющие пищеварительный тракт человека, наибольшего своего количества достигают на слизистой оболочке толстой кишки. Бактерии, участвуя в пищеварении и обеспечении организма-хозяина веществами, необходимыми для энергетических и пластических процессов, образуют своеобразный метаболический реактор. Среди прочих биологически активных бактериальных метаболитов особое место занимают короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) - главные анионы содержимого толстой кишки. КЖК - это низкомолекулярные насыщенные карбоновые кислоты с длиной цепи от 2 до 6 атомов углерода, такие как уксусная, пропионовая, масляная, валериановая, капроновая, являющиеся метаболитами сахаролитической микрофлоры, и их изоаналоги: изомасляная, изовалериановая, изокапроновая - метаболиты протеолитических бактерий. Доказано, что эти продукты ферментации микрофлоры могут служить интегральной характеристикой ее состояния [12, 13]. Необходимо отметить, что в норме толстокишечная микрофлора продуцирует КЖК в определенных количествах и соотношениях, необходимых для обеспечения процессов, протекающих в макроорганизме. При этом любые количественные и качественные изменения этих параметров будут свидетельствовать о нарушениях полостного пищеварения. Цель исследования - изучить состояние экзокринной и эндокринной функций ПЖ и особенности метаболической активности микрофлоры толстой кишки у взрослых больных МВ для определения дальнейшей тактики их ведения. Материалы и методы Обследовано 14 больных МВ в возрасте от 20 до 34 лет, средний возраст - 27,1±4,6 года, 7 мужчин и 7 женщин. У 8 пациентов диагноз подтвержден в первый год жизни на основании клинических данных, положительной потовой пробы, у 5 имелось генетическое подтверждение. У 4 больных диагноз установлен в возрасте 8-13 лет и у двух пациентов - в возрасте 18 и 27 лет. В этой группе генетическое подтверждение имелось у 4 человек. Исследование носило открытый одномоментный характер. Критериями включения стали подтвержденный диагноз МВ на основании характерной клинической картины, положительного потового теста и/или обнаружения двух мутаций в гене МВ. Критериями исключения явились нежелание пациентов участвовать в исследовании, не подтвержденный диагноз МВ. Все больные получали базисное лечение МВ согласно современным рекомендациям: муколитики, гепатопротекторы, по показаниям - панкреатические ферменты, поливитамины, противовоспалительные препараты, такие как макролиды в субтерапевтических дозах, ингаляционные глюкокортикостероиды (ИГКС) и/или системные глюкортикостероиды (СГКС). Системные и ингаляционные антибиотики получали 11 (78,6%) и 10 (71,4%) пациентов соответственно. Небольшая часть пациентов принимали кардиотропные препараты, антациды, гемостатики. Большинство больных занимались кинезитерапией. По показаниям ряду пациентов проводились кислородотерапия и неинвазивная вентиляция легких. У всех больных оценивались демографические показатели, индекс массы тела (ИМТ), симптомы и физикальные признаки, общая тяжесть состояния, общий и биохимический анализ крови, функция внешнего дыхания (петля поток-объем), сопутствующие заболевания, объем предшествующей терапии. Оценка диспноэ проводилась по русскоязычным версиям шкал Borg и MRC [14, 15]. Всем больным выполняли компьютерную томографию легких и органов брюшной полости. В первые сутки нахождения больных в стационаре проводили бактериологическое исследование мокроты, исследование панкреатической эластазы в кале, определение уровня С-пептида. Определение панкреатической эластазы кала проводилось иммуноферментным методом с помощью стандартных наборов реактивов фирмы ScheBo Biotech (Германия), Уровень С-пептида исследовался иммунохемилюминесцентным методом с помощью стандартных наборов реактивов фирмы Siemens (Германия). Исследовалась метаболическая активность микрофлоры толстой кишки. В содержимом толстой кишки пациентов определялись концентрации КЖК: уксусной, пропионовой, маслянoй, валериановой, капроновой кислот и их изопроизводных (изомасляной, изовалериановой, изокапроновой) методом газо-жидкостной хроматографии [16]. Статистическая обработка результатов проведена при помощи пакета прикладных программ SPSS 13. Все численные данные представлены как среднее ± стандартное отклонение (M ± SD) или медиана (Me) c 25-75% интерквартильным размахом (IQR). Достоверность различий одноименных количественных показателей между группами определялись при помощи непарного критерия Манна-Уитни (U-test), качественные различия между группами - при помощи Fisher’s exact test. Различия считались статистически достоверными при р<0,05. Результаты Обследовано 14 госпитализированных больных с тяжелым течением МВ (табл. 1). Определена частота легочных и внелегочных осложнений (табл. 2). Уровень С-пептида колебался от 0,7 до 2,39 нг/мл, среднее значение - 1,30±0,72 нг/мл (табл. 3). Развернутая клиническая картина сахарного диабета наблюдалась только у трех больных. Концентрация эластазы кала у 9 больных колебалась от 0 до 12,5 мкг/г, среднее значение - 5,5±4,7 мкг/г, т. е. выявлялась тяжелая экзокринная недостаточность ПЖ. У 5 пациентов уровень эластазы составил 402±124 мкг/г. Величина суммарной продукции КЖК (ΣCn) колебалась в диапазоне 1,47-12,07 мг/г, составив в среднем 6,03±4,11 мг/г при норме 10,61±5,11 (р<0,05). Столь широкий ареал значений ΣCn объясняется тем, что части обследованных больных назначались про- и пребиотические препараты для компенсации негативных последствий применения антибиотиков. Учитывая последнее обстоятельство, все больные разделены на две группы: группа 1 - больные, находящиеся на антибиотикотерапии (n=9); группа 2 - пациенты, получавшие про- и пребиотики после лечения антимикробными препаратами (n=5). У пациентов, находящихся на антибиотикотерапии (группа 1), отмечалось значительное снижение суммарной концентрации КЖК по сравнению с нормой: 3,32±0,31 мг/г vs 10,61±5,11 мг/г (p<0,001). В структуре бактериальных метаболитов имело место преобладание уксусной кислоты и изомеров КЖК (табл. 4). Повышение доли уксусной кислоты может свидетельствовать об увеличении количества микроорганизмов рода Clostridium difficile, которые часто высеваются у лиц, прошедших курс лечения антибиотиками. Рост относительных концентраций изомасляной и изовалериановой кислот у 7 из 10 больных этой группы является результатом усиления протеолитической активности микробиоты. Метаболическая активность микрофлоры толстой кишки у больных группы 2 находилась в пределах нормы: 9,26-12,07 мг/г (11,03±2,01 мг/г, норма - 10,61±5,11 мг/г; р=0,91). В копрофильтратах этих пациентов концентрации метаболитов строго анаэробной части сахаролитической микрофлоры - пропионата (С3) и бутирата (С4) - выше нормы в 1,5 раза, тогда как концентрация ацетата (С2) снизилась в 1,4 раза по сравнению с нормальными значениями, что отразилось и на величине анаэробного индекса: 1,54±0,17 (норма - 0,75±0,15), который характеризует степень выраженности дисбиотических изменений. Уровни изокислот в копрофильтратах больных этой группы превышали норму в 1,5-2 раза (см. табл. 4). Обсуждение Выявленное в этом исследовании усиление активности условно-патогенной протеолитической микрофлоры может иметь целый ряд причин. В случае больных МВ повышение активности протеолитической части микрофлоры толстой кишки может быть следствием развития мальабсорбции белка и/или повреждения, десквамация эпителия. Белок, образующийся в результате этих процессов, попадает в дистальный отдел толстой кишки, где и разлагается сначала на пептиды и аминокислоты, а затем процесс бактериального расщепления приводит к образованию изопроизводных КЖК (i-Сn) [17]. Наличие синдрома избыточного бактериального роста у большей части больных МВ, развивающегося вследствие затруднений двигательной функции кишечника с формированием стаза его содержимого, который имеет в своем составе большое количество муцина, слизи, также вносит свой вклад в усиление протеолитической активности фекальной микрофлоры. В профиле микробных метаболитов это обстоятельство отразилось в том, что относительное содержание изокислот в копрофильтратах у 87% больных (12 из 14) превышали норму в 1,2-3,5 раза. Попытки проведения корреляционного анализа величины превышения нормальных значений активности протеолитической микрофлоры по данным отношения суммарной доли изокислот у больных МВ к показателям в норме (Σ%iCМВ/Σ%iCнорма) и уровня фекальной эластазы (Е1) показали наличие умеренной корреляции (r=-0,46, p=0,049; см. рисунок). Наличие выявленной корреляции свидетельствует о взаимосвязи нарушения внешнесекреторной функции ПЖ и особенностей бактериального метаболизма. Известно, что ферментозаместительная терапия у больных МВ должна проводиться современными микрокапсулированными препаратами [18-20]. В нашем исследовании у 5 пациентов уровень фекальной эластазы находился в пределах референсных значений, и ферментные препараты в виде микросфер они получали в дозах 50-100 тыс. ЕД в сутки непостоянно. Этим больным диагноз МВ поставлен в возрасте 10 лет и старше. У остальных 9 больных с тяжелой экзокринной недостаточностью дозы ферментных препаратов колебалась от 300 тыс. до 500 тыс. ЕД в сутки, которые они принимали постоянно. Уровень С-пептида составил в среднем 1,3±0,7 нг/мл, т. е. соответствовал нормальным значениям. Развернутая клиническая картина сахарного диабета развилась у трех больных МВ из 14. Все эти больные получали инсулин. В зависимости от длительности применения антибиотиков проводилась постоянно или курсами пре- и пробиотическая терапия в дозах, превышающих рекомендуемые производителями, в два раза. Заключение У большинства обследованных больных МВ (64%) диагностирована внешнесекреторная недостаточность ПЖ тяжелой степени по данным анализа эластазы кала. Показано, что активность фекальной эластазы в целом по всей группе исследования коррелирует с показателями микробиоценоза. Последнее обстоятельство указывает на необходимость коррекции не только функциональной недостаточности ПЖ, но и состояния микробиоты. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

L V Vinokurova

A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department

Email: vinokurova52@mail.ru

G E Baimakanova

A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department

S A Krasovsky

Research Institute of Pulmonology

S Yu Silvestrova

A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department

E A Dubtsova

A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department

G G Varvanina

A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department

D S Bordin

A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department

References

Supplementary files