Functional insufficiency of the pancreas and the metabolic activity of the microbiota in cystic fibrosis adults patients
- Authors: Vinokurova LV1, Baimakanova GE1, Krasovsky SA2, Silvestrova SY.1, Dubtsova EA1, Varvanina GG1, Bordin DS1
-
Affiliations:
- A.S.Loginov Moscow Clinical Scientific Center, Moscow Healthcare Department
- Research Institute of Pulmonology
- Issue: Vol 90, No 10 (2018)
- Pages: 84-88
- Section: Editorial
- Submitted: 11.04.2020
- Published: 15.10.2018
- URL: https://ter-arkhiv.ru/0040-3660/article/view/32894
- DOI: https://doi.org/10.26442/terarkh201890104-88
- ID: 32894
Cite item
Full Text
Abstract
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
- Robertson M.B, Choe K.A, Joseph P.M. Review of the Abdominal Manifestations of Cystic Fibrosis in the Adult Patient. RadioGraphics. 2006;26:679-690. doi: 10.1148/rg.263055101
- World Health Organization (WHO). The molecular genetic epidemiology of cystic fibrosis. Report of a Joint Meeting of WHO. Genoa, Italy, 19 June 2002. Human genetics programme. 2004; 24 p. http://www.who.int/iris/handle/10665/68702
- Капранов Н.И., Каширская Н.Ю. Муковисцидоз. Москва: Медпрактика-М; 2014. 671 с.
- Coffey M.J, Ooi Ch.Y. Pancreatitis in Cystic Fibrosis and CFTR-Related Disorder. Available at: www.intechopen.com. doi: 10.5772/27861
- Koch C, Cuppens H, Rainisio M, et al. Investigators of the ERCF European Register of Cystic Fibrosis (ERCF): comparison of major disease mainfestations between patients with different classes of mutations. Pediatr Pulmonol. 2001;31(1):1-12. doi: 10.1002/1099-0496(200101)31:1<1::AID-PPUL1000>3.0.CO;2-T
- Boat T.F. Cystic fibrosis. In: Behrman R.E, Kliegman R.M, Jenson H.B, eds. Nelson textbook of pediatrics. 17th ed. Philadelphia, Pa: Saunders; 2004. P. 1437-1450. NLM ID:101555489 [Book].
- Gilljam M, Ellis L, Corey M, Zielenski J, Durie P, Tullis D.E. Clinical manifestations of cystic fibrosis among patients with diagnosis in adulthood. Chest. 2004;126:1215-1224. doi: 10.1378/chest.126.4.1215
- Lugo-Olivieri C.H, Soyer P.A, Fishman E.K. Cystic fibrosis: spectrum of thoracic and abdominal CT findings in the adult patient. Clin Imaging. 1998;22:346-354. PMID: 9755398.
- Agrons G.A, Corse W.R, Markowitz R.I, Suarez E.S, Perry D.R. Gastrointestinal manifestations of cystic fibrosis: radiologic - pathologic correlation. RadioGraphics. 1996;16:871-893. doi: 10.1148/radiographics.16.4.8835977
- Gibson-Corley K.N, Meyerholz1 D.K, Engelhardt J.F. Pancreatic pathophysiology in cystic fibrosis. J Pathol. 2016;238:311-320. doi: 10.1002/path.4634
- Chaun H. Colonic disorders in adult cystic fibrosis. Can J Gastroenterol. 2001;15:586-590. PMID: 11573101.
- Бабин В.Н., Минушкин О.Н., Дубинин А.В. и др. Молекулярные аспекты симбиоза в системе хозяин - микрофлора. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 1998;(6):76-82.
- Ардатская М.Д., Минушкин О.Н., Прихно Н.И., Дубинин А.В. Летучие жирные кислоты и их диагностическое и прогностическое значение в гастроэнтерологической клинике. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2000;Х(5):63-70.
- Borg G.A.V. Psychophysical bases of perceived exertion. Med Sci Sports Exerc. 1982;14(5):377-381. PMID: 7154893.
- American Thoracic Society. Dyspnea: mechanisms, assessment, and management: A Consensus Statement. Am J Respir Crit Care Med. 1999;159:321-340. doi: 10.1164/ajrccm.159.1.ats898
- Иконников Н.С., Ардатская М.Д., Бабин В.Н., Минушкин О.Н. и др. Патент на изобретение РФ № 2145511 «Способ разделения смеси жирных кислот фракции С2-С7 методом газожидкостной хроматографии» от 09.04.1999.
- Sekirov I, Rusel Sh, Caetano L, et al. Gut microbiota in health and disease. Physiol Rev. 2010;90:859-904. doi: 10.1152/physrev.00045.2009.
- De Boeck K, Weren M, Proesmans M, Kerem K. Pancreatitis Among Patients With Cystic Fibrosis: Corellation With Pancreatic Status and Genotype. Pediatrics. 2005;115:e463. doi: 10.1542/peds.2004-1764
- Somaraju U.R, Solis-Moya A. Pancreatic enzyme replacement therapy for people with cystic fibrosis. Cochrane Database Syst Rev. 2016;11:Art. No.: CD008227. doi: 10.1002/14651858.CD008227.pub3
- Hunt B, Geddes D.M. Newly diagnosed cystic fibrosis in middle and later life. Thorax. 1985;40:23-26. doi: 10.1136/thx.40.1.23