The value of mucosal small intestine microbiota in digestion and absorption disorders in metabolic syndrome

Full Text

В последние годы особый интерес вызывает изучение функционального состояния и микробиома тонкой кишки (ТК) у больных с метаболическим синдромом (МС) [1-3]. Однако взаимодействие гидролизно-резорбционной системы и микробиоты ТК при МС остается недостаточно изученным. Это связано с ограниченностью методических подходов в клинических условиях, позволяющих исследовать метаболические функции ТК в ассоциации с интестинальной микробиотой [4, 5]. Используемые в настоящее время методы оценки микробиоценоза кишечника имеют ряд недостатков и ограничений. Основными минусами бактериологического исследования являются высокая себестоимость, продолжительность, низкая информативность, в первую очередь в отношении некультивируемых анаэробов. Иммуносерологический метод является непрямым, так как выявляет иммунный ответ на возбудителя, который может иметь индивидуальные особенности. Молекулярно-биологические методы наряду с преимуществами (высокая чувствительность и специфичность, скорость, универсальность) имеют и недостатки, такие как вероятная возможность ложноположительных результатов и отсутствие достоверной количественной оценки [6, 7]. Надежным количественным экспресс-методом диагностики дисбиозов и определения возбудителей инфекции является хемодифференциация микроорганизмов методом газовой хроматографии, совмещенной с масс-спектрометрией (ГХ-МС), в основе которого лежит количественное определение маркерных веществ микроорганизмов (альдегидов, спиртов, жирных кислот и стеринов). Данная технология позволяет не только проводить мониторинг этих соединений в образцах, но и рассчитывать численность микроорганизмов того или иного таксона в образце. Выявленный в ходе систематических исследований гомеостаз микробных маркеров в крови и соответствие его профиля составу кишечной микробиоты человека обеспечил уникальную возможность мониторировать состояние кишечного микробиоценоза экспрессным методом - по анализу крови [8]. Однако исследований пристеночной микробиоты при МС в научной литературе крайне мало. Цель работы - оценить качественный и количественный состав пристеночной микробиоты ТК и ее значение в нарушении пищеварительной и всасывательной функции ТК при МС. Материалы и методы Обследовано 67 больных с МС. Средний возраст составил 48,62±6,75 года. В верификации МС использованы критерии диагностики, предложенные в Российских клинических рекомендациях по ведению больных с метаболическим синдромом от 2013 г. [9]. Обследование больных проводилось при наличии информированного добровольного согласия (приказ №390н Минздравсоцразвития РФ от 23 апреля 2012 г., зарегистрированный Минюстом РФ 5 мая 2012 г. под №24082). Критерии исключения из исследования: беременность и лактация, заболевания эндокринной системы (установленный сахарный диабет типа 1 и 2, заболевания щитовидной железы и других желез внутренней секреции), туберкулез и онкологические заболевания любой локализации, воспалительные заболевания кишечника, хронические вирусные гепатиты, циррозы печени, применение антибактериальных и слабительных препаратов в течение последних 4 нед. Для исследования процессов всасывания применяли вещества, не подвергающиеся ферментативной обработке в ТК: глюкоза, D-ксилоза. Состояние пристеночного пищеварения оценивали по результатам усвоения в ТК дисахарида сахарозы. Для характеристики полостного пищеварения в ТК использована проба с растворимым крахмалом. Нагрузочные тесты с глюкозой, сахарозой и крахмалом выполнялись у каждого пациента последовательно, с интервалом между пробами в 2-3 дня, аналогично друг другу. Уровень глюкозы в крови определяли натощак, затем оценивали прирост гликемии после перорального приема 50 г глюкозы, сахарозы или крахмала через 30, 60 и 120 мин на анализаторе ЭКСКАН-Г с глюкозооксидазной мембраной МГ-1. При этом диагностическое значение имеет прирост гликемии через 30 и 60 мин. Прирост гликемии через 30 мин после нагрузки глюкозой характеризует всасывание в проксимальных отделах тощей кишки. Недостаточный прирост гликемии через 60 мин после нагрузки полисахаридами (растворимый крахмал) указывает на нарушение процессов полостного пищеварения, а после нагрузки дисахаридами - о нарушении мембранного пищеварения в ТК [10]. Содержание D-ксилозы в моче определяли методом, предложенным Roe и Rice, после приема ее внутрь в количестве 5 г в 5-часовой порции мочи. Определение количественного и качественного состава пристеночной микробиоты кишечника осуществляли на газовом хроматографе Agilent 7890 с масс-селективным и пламенно-ионизационным детекторами (AgilentTechnologies, США). Метод ГХ-МС определения микробных маркеров позволяет получить уникальную информацию о составе особых мономерных химических компонентов микробной клетки, поступающих в плазму крови, характерных для тех или иных таксонов [11]. В ходе исследования определялось наличие и количество 56 микроорганизмов (бактерий, грибов, вирусов) одновременно в одном анализе. На основании полученных результатов рассчитаны объединенные статистические показатели пристеночной микробиоты кишечника - общее количество клеток, полезная микробиота (ПолМ), условно-патогенная микробиота (УПатМ), анаэробы и аэробы, и их соотношения. Результаты специальных лабораторно-инструментальных исследований сравнивали с показателями контрольной группы, которую составили 30 практически здоровых лиц в возрасте от 18 до 62 лет. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с помощью программы «Statistica 6.1». Для описания количественных признаков (при нормальном распределении исходных данных) использовались средняя арифметическая (М), ошибка репрезентативности (стандартная ошибка) средней арифметической (m). При отклонении от нормального распределения - медиана (Ме) и квартили. Межгрупповые различия считались статистически достоверными при уровне значимости р<0,05. Определение зависимости между изучаемыми количественными признаками проводилось с помощью коэффициента корреляции Пирсона (r). Результаты Основными клиническими симптомами энтерального поражения у больных с МС были метеоризм (74,6% случаев), чувство тяжести в животе после еды (37%) и нарушение стула (53%) в виде запора (28%), полифекалии (45%), диареи (22%), чередования запоров и поносов (14%). В 66,5% случаев отмечен болевой синдром в околопупочной области. При физикальном обследовании выявлены симптомы полигиповитаминоза и качественные расстройства трофики (ломкость ногтей, выпадение волос, сухость кожи, фолликулярный кератоз, ангулярный стоматит, кровоточивость десен, глоссит) у 48% больных. Обложенность языка желтовато-белым налетом выявлена в 96,7% случаев, болезненность в точке Поргеса и околопупочной области - в 62%, болезненность при пальпации отделов толстой кишки - в 35%. У больных с МС наблюдается нарушение мембранного и полостного этапов пищеварения. Так, при проведении нагрузочной пробы с сахарозой прирост уровня глюкозы в течение 30 мин в сравнении с контролем (2,5± 0,14 ммоль/л) существенно не отличался (2,6±0,22 ммоль/л, р>0,05), а через 60 мин был достоверно ниже (1,36±0,26 ммоль/л и 2,7±0,38 ммоль/л соответственно, р<0,05). Несмотря на более высокий уровень гликемии натощак у больных с МС (5,42±0,15 ммоль/л, р<0,05) в сравнении с контролем (4,15±0,36 ммоль/л), прирост после приема крахмала у больных был достоверно ниже как через 30 мин (0,4±0,02 ммоль/л и 1,54±0,31 ммоль/л соответственно, р<0,01), так и через 60 мин (0,36±0,06 ммоль/л и 1,65±0,41 ммоль/л соответственно, р<0,01), что указывает на нарушение полостного пищеварения в ТК при МС. При исследовании резорбционной функции ТК с помощью нагрузочной пробы с глюкозой в течение 30 мин прирост гликемии был сопоставим с контрольной группой (2,68±0,12 ммоль/л и 2,71±0,21 ммоль/л соответственно, р>0,05), а через 60 мин был более выраженным, чем в группе здоровых лиц (3,09±0,15 ммоль/л и 2,87±0,44 ммоль/л, р>0,05). Однонаправленные изменения всасывательной функции ТК установлены при использовании теста с D-ксилозой. У больных с МС отмечено повышение резорбции D-ксилозы в ТК в сравнении с контрольной группой - 2,05±0,05 г/л и 1,82±0,08 г/л соответственно, р<0,05. Методом ГХ-МС определения микробных маркеров в крови оценено количественное содержание микроорганизмов в пристеночном мукозном слое ТК больных с МС и лиц контрольной группы. При проведении описательной статистики выявлены существенные отклонения показателей микроорганизмов от нормальности, в связи с этим в работе в качестве средних величин использованы показатели медианы. Объединенные показатели микробиоты мукозного слоя ТК больных с МС представлены в таблице. По данным таблицы, в слизистой оболочке ТК здоровых лиц резидентная полезная микрофлора примерно в 2 раза превышает условно-патогенную, а количество бактерий-анаэробов существенно превалирует по отношению к аэробам. У больных с МС наблюдается избыточный бактериальный рост (ИБР) в ТК преимущественно за счет условно-патогенных штаммов микробиоты и в сравнении с контрольной группой имеет место значительное увеличение роста аэробов, микроскопических грибов и вирусов. В структуре полезной микробиоты у лиц контрольной группы минимальную долю составляют Propionbacterium, максимально представлены Eubacterium (рис. 1, 2). Бифидо- и лактобактерии представлены в относительно равных пропорциях. У больных с МС в структуре полезной микробиоты наблюдается существенный рост лактобактерий и дефицит бифидобактерий. Основные виды условно-патогенной пристеночной микробиоты ТК у здоровых людей и у больных с МС представлены на рис. 3. У здоровых лиц в структуре условно-патогенной микробиоты ТК основную долю занимают бактерии рода Clostridium. У больных с МС в структуре условно-патогенной микробиоты наряду с бактериями рода Clostridium наблюдается повышение роста бактерий Ruminococcus и Nocardia - представителей типа Firmicutes. При корреляционном исследовании установлена умеренная отрицательная связь между степенью общей бактериальной нагрузки (ОБН) и приростом гликемии через 30 мин после нагрузки крахмалом (r=-0,58, p<0,05), т.е., чем более выражен ИБР, тем сильнее страдает полостное пищеварение в ТК. Корреляционный анализ между ОБН и мембранным пищеварением также показал умеренную отрицательную связь (r=-0,53, p<0,05), т.е., чем более выражен ИБР, тем меньше прирост гликемии после нагрузки сахарозой. Связь между ОБН и всасывательной функцией ТК положительная (r=0,41, p<0,05), при этом наиболее выраженная положительная корреляция наблюдалась между приростом глюкозы и количеством бактерий рода Ruminococcus (r=0,59, p<0,05) и Nocardia (r=0,62, p<0,05) в ТК. Обсуждение Микробиоту кишечника относят к факторам, определяющим эффективное освоение питательных веществ в желудочно-кишечном тракте. Выделенные и изученные микроорганизмы пищеварительного тракта ферментируют практически все пищевые углеводы, белки и липиды [4]. Бактерии участвуют в синтезе витаминов и усвоении микроэлементов [12]. Полезная микробиота обеспечивает питание эпителиоцитов продуктами метаболизма (короткоцепочечными жирными кислотами) и, следовательно, способствует лучшему всасыванию нутриентов [1]. Микробиота кишечника оказывает влияние и на высшую нервную деятельность, посредством нейромедиаторов регулирует пищевое поведение хозяина [13]. По результатам наших исследований в структуре пристеночной энтеральной микробиоты у больных с МС наблюдается избыточный рост бактерий типа Firmicutes (Lactobacillus, Clostridium, Prevotella, Nocardia, Ruminococcus) и дефицит Bifidobacterium. Бактерии рода Ruminococcus, повышенный рост которых нами выявлен у больных с МС, расщепляют целлюлозу, накапливают в цитоплазме резервный йодофильный полимер глюкозы. Бактерии рода Nocardia также ферментируют различные углеводы, в том числе глюкозу [14]. С другой стороны, при употреблении пищи с большим содержанием устойчивого крахмала уровень Ruminococcus в метагеноме повышается [15]. Снижение ферментативной активности бифидо- и лактобактерий обусловливает замедление процессов утилизации организмом человека биологически активных соединений, усиление бродильных и гнилостных процессов. Условно-патогенные бактерии вызывают нарушение процессов всасывания нутриентов, конкурируют с представителями нормобиоты за участие в процессах ферментации и усвоения питательных веществ, поступающих с пищей [16]. По данным наших исследований, установлена тесная взаимосвязь ИБР и нарушения полостного гидролиза крахмала и пристеночного гидролиза сахарозы у пациентов с МС. Наряду с развитием энтеропатии с нарушением мембранного пищеварения избыточный бактериальный рост в ТК вызывает повышение проницаемости эпителия кишечной стенки, что способствует усилению всасывания моносахаридов в проксимальных отделах ТК [17-19]. Прогрессирование степени нарушений микробиоценоза кишечника сопровождается усугублением инсулинорезистентности, приводящим к развитию дислипидемии, ожирения и сахарного диабета типа 2 [13]. Длительное течение и отсутствие лечения ИБР может приводить к развитию эндогенной интоксикации [20, 21]. Эндотоксинемия оказывает токсическое действие на функцию печени и вследствие этого отражается на метаболизме углеводов и липидов [22]. Микроорганизмы желудочно-кишечного тракта вмешиваются в холестериновый метаболизм, воздействуя непосредственно на ферментные системы клеток хозяина, участвующие в рециркуляции желчных кислот (ЖК) и синтезе эндогенного холестерина. Усиленное размножение бактерий в ТК приводит к повышенной деконъюгации связанных ЖК и образованию токсических эндогенных солей, которые нарушают резорбцию в стенке кишки [23]. Увеличение всасывания до 100% ЖК в ТК приводит к снижению синтеза их из холестерина в печени, что в итоге способствует повышению содержания холестерина в крови. Это приводит к нарушению природного механизма холестеринового гомеостаза с последующим формированием дислипопротеинемии и развитию МС [24]. Заключение По данным ГХ-МС определения микробных маркеров в крови у больных с МС наблюдается избыточный бактериальный рост в ТК за счет условно-патогенной микробиоты (бактерий типа Firmicutes, грибов рода Candida, вирусов Herpes Simplex), который сопровождается характерными субъективными и объективными клиническими симптомами интестинального поражения. ИБР в ТК развивается на фоне угнетения полостного и пристеночного переваривания углеводов, сопровождается повышенным всасыванием глюкозы. Результаты исследований позволяют утверждать, что взаимосвязанное нарушение гидролиза, резорбции и экосистемы в ТК является важным звеном в сложном патогенетическом круге метаболического синдрома. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

M V Lyapina

Tyumen State Medical University

Email: marialyapina@yandex.ru
Tyumen, Russia

Ya M Vakhrushev

Izhevsk State Medical Academy

Izhevsk, Russia

References

Supplementary files