Ляпина М.В., Дороднева Е.Ф., Курмангулов А.А., Петелина Т.И., Валеева Л.Л., Наймушина А.Г. Патогенетические аспекты нарушений метаболома кишечника и эндотоксемии у лиц высокого кардио-метаболического риска. Медицинская наука и образов. Урала.2021;4:25-33.

Авторы: Ляпина М.В. / Дороднева Е.Ф. / Курмангулов А.А. / Петелина Т.И. / Валеева Л.Л. / Наймушина А.Г.

Патогенетические аспекты нарушений метаболома кишечника и эндотоксемии у лиц высокого кардио-метаболического риска

Ляпина М.В., Дороднева Е.Ф., Курмангулов А.А., Петелина Т.И., Валеева Л.Л., Наймушина А.Г.

ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России, г. Тюмень
Тюменский кардиологический научный центр – филиал Томского НИМЦ, г. Тюмень
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», г. Тюмень


Цель. Изучение сопряженности функциональной активности микробиоты кишечника и эндотоксемии с нарушением моторики желудочно-кишечного такта и избыточным бактериальным ростом у пациентов с метаболическим синдромом (МС).

Материалы и методы. Обследовано 64 пациента c МС. Комплексное обследование включало сбор жалоб, анамнеза заболевания и анамнеза жизни, анкетирование по вопросам фактического питания, клинический осмотр, антропометрическое исследование, оценку показателей углеводного и липидного обменов, маркера системной воспалительной реакции организма (СРБ) в крови. Определение уровня эндотоксина крови, количественного и качественного состава пристеночной микробиоты тонкой кишки проводили на газовом хроматографе «Agilent» с масс-селективным и пламенно-ионизационным детекторами («AgilentTechnologies», США). Проводилось хроматографическое исследование метаболитов микроорганизмов (КЦЖК) в копрофильтрате. Двигательную функцию желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) изучали с помощью периферической электрогастроэнтероколографии (ПЭГЭКГ) с использованием прибора «Гастроскан-ГЭМ» (ЗАО НПП «Исток-Система»). Контрольную группу (КГ) составили 30 практически здоровых лиц в возрасте от 18 до 62 лет. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с помощью программы Statistica 6.1.

Результаты. У 82,9% обследованных больных с МС отмечены клинические признаки поражения кишечника. Электрическая активность отделов ТК в постпрандиальном периоде у 70% больных была низкая. Установлено, что при МС со снижением суточного потребления пищевых волокон в составе пищевого рациона повышается значение ИМТ, повышается энергетическая ценность рациона и употребление простых углеводов. В ходе анализа основных биохимических констант крови удалось установить, что МС сопровождается нарушением углеводного и липидного обменов. Уровень СРБ статистически значимо отличался от КГ при МС независимо от степени избытка массы тела, при этом была установлена прямая корреляция умеренной силы между значениями ИМТ и уровнем СРБ. В ходе хроматографического исследования метаболитов микроорганизмов в кале удалось установить статистически значимые различия в профиле и в концентрации короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) лиц с МС как по сравнению с КГ, так и в сравнении с группами с разными значениями ИМТ. Независимо от степени избытка массы тела во всех группах с МС и ожирением установлено статистически значимое (p < 0,01) снижение общего уровня КЦЖК в сравнении с КГ. По результатам исследования уровня эндотоксина крови методом ГХ-МС у пациентов с МС было выявлено достоверное его повышение, более чем в 6 раз, в сравнении с КГ. Электрическая активность толстой кишки натощак была не изменена, а после пищевой нагрузки снижена. Между тонкой кишкой (ТК) и толстой кишкой наблюдается дискоординация моторики, усугубляющаяся после пищевой стимуляции. Значительное снижение ритмичности сокращений наблюдается на частотах тощей, подвздошной и толстой кишки как натощак, так и в постпрандиальном периоде, что указывает на ослабление пропульсивных сокращений кишечника у больных с МС. У больных с МС наблюдается избыточный бактериальный рост в ТК преимущественно за счёт условно-патогенных штаммов микробиоты. Корреляционный анализ показал умеренную отрицательную связь между уровнем эндотоксина и электрической активностью ТК, между уровнем эндотоксина и коэффициентом соотношения толстой к подвздошной кишке.

Заключение. Исследование уровня эндотоксина, метаболитов кишечной микробиоты (КЦЖК), показателей избыточного бактериального роста, моторно-эвакуаторной функций ЖКТ позволило выявить важные патогенетические закономерности, касающиеся способствующей роли последних в развитии эндотоксемии и нарушений метаболома кишечника у больных с МС.

Ключевые слова: метаболический синдром, метаболом микробиоты кишечника, короткоцепочечные жирные кислоты, эндотоксемия, избыточный бактериальный рост, моторно-эвакуаторная функция желудочно-кишечного тракта, пищевые волокна.

The pathogenetic aspects in disorders of intestinal metabolome and endotoxemia in persons of high cardio-metabolic risk

Lyapina M.V., Dorodneva E.F., Kurmangulov A.A., Petelina T.I., Valeeva L.L., Naymushina A.G.

Tyumen State Medical University, Tyumen
Tyumen Scientific Center for Cardiology – Branch of the Tomsk Scientific Research Center of the RAS, Tyumen
Industrial University of Tyumen, Tyumen

Aim. To study the relationship between the functional activity of the intestinal microbiota and endotoxemia with impaired gastrointestinal motility and excessive bacterial growth in patients with metabolic syndrome (MS).

Materials and methods. 64 patients with MS were examined. Comprehensive examination included collection of complaints, anamnesis of the disease, questionnaires on actual nutrition, clinical examination, anthropometric study, assessment of indicators of carbohydrate and lipid metabolism, a marker of systemic inflammatory response of the body (CRP) in the blood. Determination of the blood endotoxin level, quantitative and qualitative composition of the parietal microbiota of the small intestine was carried out on an Agilent gas chromatograph with mass selective and flame ionization detectors (Agilent Technologies, USA). A chromatographic study of metabolites of microorganisms (SCFA) in coprofiltrate was carried out. The motor function of the gastrointestinal tract (GIT) was studied using peripheral electrogastroenterocolography using a Gastroscan-GEM device. The control group consisted of 30 apparently healthy individuals aged from 18 to 62 years. Statistical processing of the obtained results was carried out using the Statistica 6.1 software. Results. In 82.9% of the examined patients with MS, clinical signs of intestinal lesions were noted. The electrical activity of the MC departments in the postprandial period was low in 70% of patients. It was found that with MS with a decrease in the daily consumption of dietary fiber in the composition of the diet, the BMI value increases, the energy value of the diet and the use of simple carbohydrates increase. During the analysis of the main biochemical blood constants, it was possible to establish that MS is accompanied by a violation of carbohydrate and lipid metabolism. The CRP level was statistically significantly different from the CG in MS regardless of the degree of excess body weight, while a direct correlation of moderate strength was established between the BMI values and the CRP level. During the chromatographic study of metabolites of microorganisms in feces, it was possible to establish statistically significant differences in the profile and concentration of short-chain fatty acids (SCFA) of persons with MS, both in comparison with CG and in comparison with groups with different BMI values. According to the results of the study of the blood endotoxin level in patients with MS, its significant increase was revealed, more than 6 times, in comparison with the CG. The electrical activity of the colon on an empty stomach was unchanged, but decreased after a food load. Discoordination of motility is observed between the small intestine (SI) and the large intestine, aggravated after food stimulation. A significant decrease in the rhythm of contractions is observed at the frequencies of the jejunum, ileum, and colon both on an empty stomach and in the postprandial period, which indicates a weakening of propulsive bowel contractions in patients with MS. In patients with MS, excessive bacterial growth in MC is observed mainly due to opportunistic microbiota strains. Correlation analysis showed a moderate negative relationship between endotoxin levels and MC electrical activity, between endotoxin levels and the colon-to-ileum ratio.

Conclusion. The study of the level of endotoxin, intestinal microbiota metabolites (SCFA), indicators of bacterial overgrowth, motor-evacuation functions of the gastrointestinal tract made it possible to identify important pathogenetic patterns concerning the contributing role of the latter in the development of endotoxemia and intestinal metabolic disorders in patients with MS.

Keywords: metabolic syndrome, intestinal microbiota metabolome, short-chain fatty acids, endotoxemia, bacterial overgrowth, motor-evacuation function of the gastrointestinal tract, dietary fiber.


Актуальность. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), в основе которых лежит атеросклероз сосудов, продолжают занимать первое место среди причин смерти и инвалидизации населения в индустриально развитых странах. Частое сочетание таких состояний, как ожирение, нарушения липидного, углеводного обменов и повышение артериального давления, а также обоснование патогенетической взаимосвязи между ними, привело к созданию полезной клинической концепции с объединением их в синдром, получивший название метаболического (МС) [1]. МС обусловливает чрезвычайно высокий суммарный риск развития ишемической болезни сердца и других заболеваний, связанных с атеросклерозом [24]. В настоящее время ведется активный поиск общих патогенетических детерминант между МС и различными функциональными и органическими патологиями пищеварительной системы – заболеваниями печени, желчного пузыря, поджелудочной железы, опухолями различных отделов кишечника и др. [2, 5]. Накопленные данные об участии микробиоты кишечника (МК) во многих метаболических процессах в организме человека позволяют предположить наличие взаимосвязи изменений МК с развитием и/или прогрессированием патологических состояний, в том числе и МС. Взаимосвязь кишечной микробиоты и ССЗ объясняется многими патогенетическими звеньями, вклад которых нуждается в дальнейшем изучении [13, 28]. Важное направление – влияние различных низкомолекулярных метаболитов МК на нарушение обмена липидов и углеводов в организме лиц высокого кардио-метаболического риска [7, 17]. Изучение стойких метаболитов микроорганизмов, среди которых короткоцепочные жирные кислоты (КЦЖК) занимают особое место, дает новые возможности количественной и качественной оценки МК [19]. КЦЖК могут являться эффекторами, кофакторами и сигнальными молекулами, регулирующими скорость и выраженность протекания метаболических реакций как в норме, так и при МС. Кишечник нередко имеет пусковое значение в развитии многих компонентов МС, в том числе эндотоксемии [12, 23]. Одним из эндотоксинов является бактериальный липополисахарид (ЛПС), входящий в состав внешней мембраны клеточной стенки грамотрицательных бактерий. У здоровых людей из кишечника в кровоток пронкает лишь незначительное количество ЛПС. Хроническая эндотоксемия способствует развитию метаболических нарушений, в том числе ожирения, инсулинорезистентности, сахарного диабета, неалкогольной жировой болезни печени [4, 15, 20].

Цель исследования. Изучение сопряженности функциональной активности микробиоты кишечника и эндотоксемии с нарушением моторики желудочно-кишечного такта и избыточным бактериальным ростом у пациентов с МС.

Материалы и методы. Обследовано 64 пациента c МС. Средний возраст составил 49,74 ± 5,62 лет. МС подтверждался с помощью критериев диагностики, предложенных Всероссийским научным обществом кардиологов в клинических рекомендациях по ведению больных с метаболическим синдромом от 2013 года [10]. Все наблюдаемые пациенты с МС были разделены на 4 группы: 1-я группа – пациенты с МС в сочетании с избыточной массой тела (ИМТ = 25,0-29,9 кг/м²) по ВОЗ, n = 12 человек; 2-я группа – пациенты с МС в сочетании с ожирением 1-й степени (ИМТ = 30,0-34,9 кг/м²) по ВОЗ, n = 18 человек; 3-я группа – пациенты с МС в сочетании с ожирением 2-й степени (ИМТ = 35,0-39,9 кг/м²) по ВОЗ, n = 20 человек; 4-я группа – пациенты с МС в сочетании с ожирением 3-й степени (ИМТ ≥ 40,0 кг/м²) по ВОЗ, n = 14 человек.

Комплексное обследование включало сбор жалоб, анамнеза заболевания и анамнеза жизни, анкетирование по вопросам фактического питания (метод общей полуколичественной оценки потребления групп пищевых продуктов, пищевых веществ и энергии, научно-исследовательского института питания Российской академии наук), клинический осмотр, исследование антропометрических показателей (рост, масса тела, ИМТ, ОТ, окружность бедер (ОБ), индекс талия-бедро (ИТБ), показателей углеводного (глюкоза крови натощак) и липидного (общий холестерин (ОХ), липопротеины низкой плотности (ЛПНП), ЛПВП, ТГ, расчет коэффициента атерогенности (КА)) обменов и маркера системной воспалительной реакции организма (СРБ) в крови.

Определение уровня эндотоксина крови, количественного и качественного состава пристеночной микробиоты тонкой кишки проводили на газовом хроматографе «Agilent» с масс-селективным и пламенно-ионизационным детекторами («AgilentTechnologies», США). Хроматографическое исследование метаболитов микроорганизмов (КЦЖК) в копрофильтрате проводилось с образцом фекалий весом 1 г, помещенным в пробирку с коническим дном, с добавлением 2 мл дистиллированной воды и 1 мл раствора альфа-диметилмаслянной кислоты (в качестве «внутреннего» стандарта). Центрифугирование пробы осуществлялось при 5000 об/мин в течение 10 мин. Полученную надосадочную жидкость объемом около 1 мкл микрошприцем вводили в испаритель хроматографа с дефектором ионизации, снабженным кварцевой капиллярной колонкой длиной 36 м с внутренним диаметром 0,32 мм с неподвижной фазой в виде пленки толщиной 0,33 мкм. Режим работы хроматографа был изотермический, с температурой термостата 150 °С, температурой испарителя и детектора 230 °С. Газ-носитель – азот, с давлением на входе в колонку 1,8 атм. Расход газа-носителя – 2 мл/мин, воздуха 300 мл/мин. Соотношение потоков газа-носителя на сброс и в колонку – 50:1. Время хроматографирования одной пробы – около 8 минут.

Двигательную функцию желудочно-кишечного тракта изучали с помощью периферической электрогастроэнтероколографии (ПЭГЭКГ) с использованием прибора «Гастроскан-ГЭМ» (ЗАО НПП «Исток-Система»). Данный прибор позволяет определить электрическую активность и моторно-эвакуаторную функцию желудка, двенадцатиперстной, тощей, подвздошной и толстой кишки. Исследование проводили в два этапа: I – натощак в течение 40 минут; II – после пищевой стимуляции (200 мл чая, 4 г сахара, 100 г белого хлеба) в течение 40 минут. Оценивали показатели, характеризующие энергию (суммарную (Pi) и по частотным спектрам (Ps)), процентный вклад каждого отдела желудочно-кишечного тракта в суммарную мощность (Pi/Ps)), ритмичность сокращений отделов пищеварительного тракта (Kritm) и коэффициент соотношения (Pi/P (i+1)) – отношение электрической активности вышележащего отдела к нижележащему, характеризующего эвакуаторную функцию. При стимуляции адекватным по силе считается увеличение электрической активности органов ЖКТ в 1,5-2 раза, по отношению к тощаковому исследованию.

Контрольную группу (КГ) 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 (Q). 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 исследования. В ходе анализа клинических проявлений нарушенного пищеварения удалось установить, что исследуемые с МС независимо от значений ИМТ имеют более выраженную симптоматику нарушенного пищеварения по сравнению с КГ (p < 0,05). У большинства обследованных больных с МС (82,9%) отмечены клинические признаки поражения кишечника. Так, констатированы следующие проявления местного энтерального синдрома: поносы – у 33,3% больных, полифекалия – у 47,6%, урчание в животе – у 82,9%, метеоризм – у 82,9%, боли в околопупочной области – у 66,7%. При описании своих жалоб 63% пациентов отмечали чередование поносов и запоров, сопровождающихся чувством тяжести и распирания в животе, быстрой насыщаемостью. Наиболее измененные характеристики (распространенность, степень выраженности, характер и др.) субъективных ощущений по сравнению с КГ отмечены при МС с ожирением 3-й степени – дискомфорт в животе у 62%, метеоризм и флатуленцию у 48%, запор у 43% (p < 0,05). МС с выраженным ожирением (ИМТ ≥ 40 кг/м²) характеризуется болезненностью отделов толстого кишечника (57%), урчанием живота (48%) и уплотнением петель кишечника (62%), что превышает соответствующие значения из ГК (p < 0,05). Установление прямых корреляционных связей различной силы выраженности между значением ИМТ и частотами встречаемости признаков нарушенного пищеварения (дискомфорт в области живота (r = 0,278, p < 0,01), запор (r = 0,345, p < 0,001), болезненность отделов толстой кишки (r = 0,448, p < 0,001), уплотнений петель кишечника (r = 0,509, p < 0,001); метеоризм и флатуленция (r = 0,246, p < 0,05) и вздутия кишечника (r = 0,233, p < 0,05) может свидетельствовать о прогрессировании нарушений собственного и симбионтного пищеварения с увеличением значений ИМТ при МС.

Суточное употребление пищевых волокон (ПВ) во всех группах с МС (15,4 ± 6,1 г) оказалось ниже референсных значений (31,6 ± 4,9 г), рассчитанных по методике Американского Института Медицины (AIM), с достижением максимальных различий при МС и ожирении 3-й степени (p < 0,001). Установлено, что при МС со снижением суточного потребления ПВ в составе пищевого рациона повышается значение ИМТ (r = –0,283; p < 0,01), повышается энергетическая ценность рациона (r = –0,188; p < 0,05) и повышается употребление простых углеводов (r = –0,228; p < 0,05).

В ходе анализа основных биохимических констант крови удалось установить, что МС сопровождается нарушением углеводного и липидного обменов. Уровень СРБ статистически значимо отличался от КГ при МС независимо от степени избытка массы тела, при этом была установлена прямая корреляция умеренной силы между значениями ИМТ и уровнем СРБ (r = 0,486, p < 0,001). Учитывая природу СРБ и его патофизиологическую функцию можно констатировать, что у людей с МС при повышении массы тела возрастает системный воспалительный процесс, достигая максимальных значений при ожирении 3-й степени. Значения мочевой кислоты также имели корреляцию средней силы со значениями ИМТ (r = 0,320, p < 0,001). Значения уровня глюкозы крови закономерно повышались с увеличением значений ИМТ (r = 0,418, p < 0,001), достигая в когорте с МС в целом 6,3 [5,8-6,8] ммоль/л, что укладываются в патогенетическую концепцию МС с наличием нарушений углеводного обмена в критериях постановки диагноза МС. Нарушения липидного обмена при МС проявлялись в увеличении ОХ, ЛПВП, ЛПНП, ТГ в группах с ожирением (ИМТ ≥ 30 кг/м²) (p < 0,05). При этом статистически значимую корреляцию со значениями ИМТ удалось установить только с показателями ЛПВП (r = –0,198, p < 0,05), ТГ (r = 0,255, p < 0,01) и ИА (r = 0,259, p < 0,01). У исследуемых с МС с избытком массы тела (ИМТ = 25-30 кг/м²) различия в липидограмме от КГ оказались статистически не значимы (p > 0,05).

Рис. 1. Распределение значений общего содержания КЖК в кале в зависимости от ИМТ

В ходе хроматографического исследования метаболитов микроорганизмов в кале удалось установить статистически значимые различия в профиле и в концентрации КЦЖК лиц с МС как по сравнению с КГ, так и в сравнении с группами с разными значениями ИМТ. Независимо от степени избытка массы тела во всех группах с МС и ожирением установлено статистически значимое (p < 0,01) снижение общего уровня КЦЖК в сравнении с КГ. Уровень абсолютного содержания всех КЦЖК (С2-С6) при МС по экспоненциальной функции прогрессивно снижался с увеличением значений ИМТ (r = –0,712; p < 0,001) с достижением минимальных значений в группе МС с ожирением 3-й степени ( 3,51 ± 1,66 мг/г) (рисунок 1).

Анализ относительной концентрации отдельных КЦЖК (С₂, С₃, С₄) показал изменения профиля кислот по сравнению с КГ при МС с ожирением 2-й степени (p < 0,05) и с ожирением 3-й степени (p < 0,001). С помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена установлено, что с увеличением значений ИМТ при МС относительная концентрация пропионовой (r = –0,577; p < 0,001) и масляной (r = –0,558; p < 0,001) кислот корреляционно снижается, а уксусной (r = 0,602; p < 0,001) – увеличивается (таблица 1). Окислительно-восстановительный потенциал внутрипросветной среды кишечника при МС с ожирением 2-й (-0,502 ± 0,11 ЕД) и 3-й (-0,426 ± 0,10 ЕД) степеней смещен в сторону слабо отрицательных значений. Подобные изменения концентрации как суммарных, так и отдельных КЦЖК характерны при комбинированных изменениях МК, включающие уменьшение активности облигатных доминирующих анаэробных микроорганизмов (род Lactobacillius, род Bifidobacterium), уменьшение активности транзиторных анаэробных микроорганизмов (род Bacteroides, род Prevotella, род Fusobacterium, род Butyrivibrio, род Eubacterium) и увеличение активности аэробных микроорганизмов (сем. Enterobacteriacea, род Enterococcus, род Coprococcus, род Streptococcus и др.). Изолированное повышение (p < 0,05) уровня изокислот (изоС₄ + изоС₅ + изоС₆) при МС с выраженным избытком массы тела (ИМТ ≥ 40 кг/м²) свидетельствует об увеличении протеолитического потенциала внутрипросветной среды кишечника за счет повышения активности микроорганизмов родов Staphylococcus, Escherichia, Klebsiella, Proteus и Yersinia, являющихся либо минорными компонентами МК, либо условно-патогенными микроорганизмами. В качестве дополнительного причинного фактора появления изоформ КЦЖК в 4-й группе может выступать повышение времени транзита кишечного содержимого, приводящего к более длительной экспозиции с МК белковых структур.

Таблица 1
Общее содержание и профиль КЦЖК в кале у лиц с МС, M ± SD

Показатель	Контроль (n = 30)	МС (n = 64)	1-я группа (n = 12)	2-я группа (n = 18)	3-я группа (n = 20)	4-я группа (n = 14)
Общее содержание £ (С2+… С6), мг/г	8,77±1,83	5,63±2,56***	8,46±1,64	7,32±0,59**	4,9±2,24***	3,51± 1,66***
Уксусная кислота (С2), ЕД1	0,633±0,02	0,664±0,05*	0,627±0,04	0,638±0,03	0,669±0,05*	0,704 ±0,04***
Пропионовая кислота (С3), ЕД1	0,188±0,01	0,174±0,02*	0,183±0,01	0,187±0,02	0,175±0,02*	0,157 ±0,01***
Масляная кислота (С4), ЕД1	0,179±0,02	0,161±0,04*	0,191±0,04	0,175±0,02	0,156±0,03*	0,139 ±0,04***
ИзоСп Σ (изоС4+ изоС5+изоС6), ЕД	0,056±0,015	0,065±0,019	0,062±0,01	0,059±0,02	0,065±0,02	0,071±0,02*
ИзоСn/Сn, ЕД	0,260±0,08	0,297±0,142	0,295±0,071	0,281±0,101	0,304±0,192	0,302±0,117
Анаэробный индекс (-) (С3+С4/С2), ЕД	(-)0,581 ±0,05	(-)0,514 ±0,12*	(-)0,603 ±0,02	(-)0,571 ±0,06	(-)0,502 ±0,11*	(-)0,426 ±0,10***

Примечание: * – р < 0,05 по сравнению с КГ, ** – р < 0,01 по сравнению с КГ, *** – р < 0,001 по сравнению с КГ, непарный двухвыборочный U-критерий Mann-Whitney; 1 – относительная концентрация кислоты в пуле кислот С2-С4: рСп = Cn/Ci + Сз + Сі.

Таблица 2
Объединённые показатели пристеночной микробиоты тонкой кишки

Показатели	Численность, кл/г ×105
	Больные МС		Контрольная группа
	Медиана	50% интервал	Медиана	50% интервал
Полезная микробиота	11887	7048-14264	11456	8426-16728
Условно патогенная микробиота	12950	8143-16857	5754	3798-6649
ПолМ/УПатМ	0,92	0,78-1,3	1,99	1,42-2,98
Анаэробы	20995	17886-29569	16228	11667-18177
Аэробы	3842	2599-5837	982	775-1283
Анаэробы/Аэробы	5,46	4,22-8,14	16,5	12,52-19,89
Общая бактериальная нагрузка	24837	20649-35482	17210	11562-23887
Микроскопические грибы	4490	3176-5762	1299	761-1962
Вирусы (у. к. Ед)	4816	2110-6605	631	287-884

Рис. 2. Периферическая электрогастроэнтероколография: спектр, Pi/Ps, %. Исследование натощак (А) – электрическая активность желудка снижена, двенадцатиперстной и тощей кишки – повышена; исследование после пищевой стимуляции (Б) – двигательная активность желудка повышается, двенадцатиперстной и тощей кишки – снижена, электрическая активность подвздошной кишки повышена

Методом ГХ-МС микробных маркеров крови оценено количественное содержание микроорганизмов в пристеночном мукозном слое тонкой кишки (ТК) больных с МС и лиц КГ. При проведении описательной статистики выявлены существенные отклонения показателей микроорганизмов от нормальности, в связи с чем в работе в качестве средних величин использованы показатели медианы. Объединенные показатели микробиоты мукозного слоя тонкой кишки больных МС, представлены в таблице 2. 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 тонкой кишке преимущественно за счёт условно-патогенных штаммов микробиоты и в сравнении с КГ имеет место значительное увеличение роста аэробов, микроскопических грибов и вирусов. По результатам исследования уровня эндотоксина крови методом ГХ-МС у пациентов с МС было выявлено достоверное его повышение, более чем в 6 раз, в сравнении с контрольной группой (2,73 ± 0,69 нмоль/мл и 0,42 ± 0,03 нмоль/мл, соответственно, р < 0,05).

Как следует из таблицы 3, у большинства больных с МС (70%) электрическая активность желудка в I фазу исследования не нарушена, но во II фазу у 60% больных в ответ на пищевую стимуляцию она была снижена. Электрическая активность ДПК, тощей и подвздошной кишки натощак была повышена по сравнению с контрольной группой. В пищевую фазу электрическая активность тощей и подвздошной кишки сопоставима с контролем. Электрическая активность ДПК в постпрандиальном периоде у 70% больных была низкая, что свидетельствует о недостаточном ответе ДПК на пищевую стимуляцию при МС. Электрическая активность толстой кишки у больных с МС натощак была не изменена, а после пищевой нагрузки снижена (рисунок 2). Дискоординация моторики между желудком и ДПК усугубляется в постпрандиальном периоде (таблица 4), при этом у 40% больных появляется дуодено-гастральный рефлюкс (ДГР), который не наблюдался в тощаковую фазу исследования. Несмотря на то, что коэффициент соотношения ДПК/тощая кишка натощак у большинства больных (70%) не изменён, в пищевую фазу у 60% имеет низкие значения, что указывает на снижение эвакуации из ДПК в тощую кишку в постпрандиальном периоде (рисунок 3). Между подвздошной и толстой кишками наблюдается дискоординация моторики, усугубляющаяся после пищевой стимуляции У 60% больных ритмичность сокращений желудка натощак была снижена, но после пищевой стимуляции у 70% сопоставима с контролем (таблица 5). Коэффициент ритмичности ДПК у 40% больных был снижен в обе фазы исследования, у 50% – не изменён и лишь в 10% случаев повышен. Значительное снижение ритмичности сокращений наблюдается на частотах тощей, подвздошной и толстой кишки как натощак, так и в постпрандиальном периоде, что указывает на ослабление пропульсивных сокращений кишечника у больных с МС.

Таблица 3
Показатели миоэлектрической активности различных отделов ЖКТ у больных с МС, Me (Q₁; Q₃)

Отделы ЖКТ	Электрическая активность (Pi/Ps),%
	Больные с МС		Контрольная группа		P
	Натощак	После пищевой нагрузки	Натощак	После пищевой нагрузки
Желудок	23,85 (13,21;36,39)	29,00* (15,42;43,38)	21,9 (14,23;35,17)	40,7 (23,81;55,62)	p<0,01
ДПК	4,24 (2,23;5,91)	2,17* (1,14;4,23)	2,1 (0,95;3,44)	4,5 (3,81;7,75)	p<0,05
Тощая кишка	9,08* (3,99;11,40)	5,61 (4,21;9,57)	3,4 (2,17;6,87)	5,12 (3,31;8,46)	p<0,01
Подвздошная кишка	15,26* (9,97;20,18)	12,49 (7,87;20,11)	7,19 (4,36;12,46)	12,1 (8,64;23,81)	p<0,01
Толстая кишка	47,71 (23,31;60,55)	37,82* (18,43;56,25)	52,16 (29,97;77,29)	76,2 (41,72;101,09)	p<0,01

Примечание: * – достоверные изменения по отношению к КГ. ЖКТ – желудочно-кишечный тракт, МС – метаболический синдром, ДПК – двенадцатиперстная кишка.

Таблица 4
Коэффициент соотношения различных отделов ЖКТ у больных с МС, Me (Q₁; Q₃)

Отделы ЖКТ	Коэффициент соотношения (Pi/P(i+1))
	Больные с МС		Контрольная группа	P
	Натощак	После пищевой нагрузки
Желудок/ ДПК	12,84 (9,53; 27,34)	23,24* (10,52; 44,88)	10,4 (7,11; 12,7)	p < 0,01
ДПК/тощая кишка	0,57 (0,16; 1,45)	0,18* (0,06; 0,32)	0,62 (0,13; 2,17)	p < 0,05
Тощая/подвздошная кишка	0,40 (0,23; 1,19)	0,45 (0,19; 1,30)	0,42 (0,21; 1,97)	p > 0,05
Подвздошная/толстая кишка	0,43* (0,14; 1,78)	0,54* (0,28; 1,12)	0,13 (0,09; 0,38)	p < 0,01

Примечание: * – достоверные изменения по отношению к КГ. ЖКТ – желудочно-кишечный тракт, МС – метаболический синдром, ДПК – двенадцатиперстная кишка.

Таблица 5
Коэффициент ритмичности сокращений различных отделов ЖКТ у больных с МС, Me (Q₁; Q₃)

Отделы ЖКТ	Коэффициент ритмичности (Kritm)
	Больные с МС		Контрольная группа	P
	Натощак	После пищевой нагрузки
Желудок	3,12 (2,15; 7,86)	3,91 (2,01; 8,57)	4,85 (3,10; 10,63)	p > 0,05
ДПК	0,88 (0,28; 1,74)	1,12 (0,16; 2,86)	0,9 (0,43; 2,16)	p > 0,05
Тощая кишка	1,13* (0,76; 2,67)	1,28* (0,83; 2,86)	3,43 (2,05; 6,22)	p < 0,05
Подвздошная кишка	1,33* (0,67; 3,17)	1,59* (0,82; 3,66)	4,99 (2,34; 9,76)	p < 0,01
Толстая кишка	4,93* (3,12; 10,53)	6,12* (3,75; 15,80)	22,85 (14,46; 34,68)	p < 0,01

Примечание: * – достоверные изменения по отношению к КГ. ЖКТ – желудочно-кишечный тракт, МС – метаболический синдром, ДПК – двенадцатиперстная кишка.

Рис. 3. Периферическая электрогастроэнтероколография: спектр, Pi/P(i+1). Исследование натощак (А) – коэффициент соотношения двенадцатиперстная кишка/тощая кишка понижен; исследование после пищевой стимуляции (Б) – коэффициенты соотношения желудок/двенадцатиперстная кишка, двенадцатиперстная кишка/тощая кишка снижены, дискоординация моторики подвздошной и толстой кишки

При исследовании корреляции выявлена умеренная отрицательная связь (r = –0,68, p < 0,05) между общей бактериальной нагрузкой (ОБН) и коэффициентом соотношения (Pi/P (i+1)) подвздошной кишки к толстой кишке, умеренная отрицательная связь (r = –0,57, p < 0,05) между коэффициентом ритмичности (Kritm) подвздошной кишки и ОБН, то есть чем более выражено нарушение пропульсивной моторики кишечника, тем активнее ИБР в ТК. Проведённый корреляционный анализ показал умеренную отрицательную связь между уровнем эндотоксина и электрической активностью (Pi/Ps) тощей и подвздошной кишки, между уровнем эндотоксина и коэффициентом соотношения (Pi/P (i+1)) толстой к подвздошной кишке (r = –0,59, r = –0,45, соответственно), характеризующие замедление эвакуации химуса из ТК и возникновению цеко-илеального рефлюкса.

Обсуждение. Известно о немаловажной роли в сложном многоуровневом процессе пищеварения микроорганизмов, заселяющих различные отделы желудочно-кишечного тракта. С конца XX века происходит смена микробиологической парадигмы – одноклеточные микроорганизмы стали рассматриваться не как отдельные клетки, а как целостные микробные ассоциации, выполняющие в организме человека функции отдельного органа – микробиома [6]. При условии нормального физиологического состояния взаимоотношения «организм человека – микробиом кишечника» имеют симбиотический характер и представляют единую макроэкологическую систему организма, которая сформировалась в процессе филогенетического развития самого человека и его микробиоты, и включает разнообразные по количественному и качественному составу ассоциации микроорганизмов.

Полученные нами данные, согласующиеся с ранее проведенными исследованиями, показали, что кишечник выполняет не только пищеварительную и всасывательную функции, но и эндокринную, иммунную, метаболическую и механическую барьерную, целостность которых является обязательным для сохранения гомеостаза внутренней среды организма. Угнетение одной из них способствует избыточному бактериальному росту в кишечнике, транслокации микробиоты и развитию эндотоксемии [18].

Нами показано, что у больных с МС на фоне нарушений пропульсивной моторики кишечника наблюдается избыточный бактериальный рост в тонкой кишке, сопровождающийся характерными клиническими симптомами интестинального поражения. При гипокинезии тонкой кишки в постпрандиальном периоде происходит более длительная экспозиция нутриентов в энтеральной среде, что способствует прогрессированию бактериальной транслокации. В формировании ИБР определенную роль играет дислокация толстокишечной микробиоты в ТК вследствие цекоилеального рефлюкса [3, 9, 14]. При ретроградной колонизации толстокишечной микробиоты в ТК некоторые микроогранизмы (кишечные палочки, бактероиды и клостридии) могут приобретать свойства условно-патогенной флоры [9]. В последующем это способствует повышению энтеральной бактериальной нагрузки, что является источником увеличенного образования токсинов.

В замедлении двигательной способности ТК у больных МС существенная роль принадлежит эндотоксинам. Так, при экспериментальной эндотоксемии, вызванной внутривенным введением ЛПС E. сoli наблюдаются существенные нарушения электрической активности ТК. В работе J.J. Cullen и соавт [27] показано, что введение ЛПС E. сoli (0,2 мг/кг, в/в) приводило к исчезновению мигрирующих моторных комплексов в течение двух суток. В настоящее время накоплено достаточное количество фактов, свидетельствующих о том, что в механизмах нарушения моторики ТК при эндотоксемии принимают участие NO-зависимые процессы: NO – как ключевой фактор в генерации воспалительного ответа и NO – как основной тормозной нейротрансмиттер в кишечнике. Внутривенное введение ЛПС вызывает усиление генерации NO активированными макрофагами в мышечной оболочке кишечника, что приводит к подавлению сократительной активности гладких мышц [16, 21].

Как известно, при ожирении отмечается хроническое системное воспаление, которое связывают с секрецией провоспалительных цитокинов (интерлейкины – ИЛ, С-реактивной белок, α-фактор некроза опухоли – α-ФНО и др.) из висцеральной жировой ткани. Нарушения в составе кишечной микрофлоры приводят к усилению эффекта системного воспаления. Хроническая эндотоксемия связана с увеличением концентрации бактериальных ЛПС, которые способствуют продукции провоспалительных цитокинов: ИЛ-1, ИЛ-6, α-ФНО. ЛПС связываются с рецепторами 4-го типа CD14 и Toll-like (TLR4) макрофагов, что приводит к выделению провоспалительных цитокинов из макрофагов. Провоспалительные цитокины способствуют снижению чувствительности к инсулину, усилению липогенеза, инсулинорезистентности (ИР), воспалению в жировой ткани [5]. Доказано, что диета с высоким содержанием жиров приводит к увеличению концентрации ЛПС [20]. ЛПС поступает из кишечника в кровь в составе хиломикронов (интрацеллюлярно). Второй путь поступления ЛПС в кровь – через межклеточные промежутки (парацеллюлярно). Парацеллюлярный транспорт ЛПС усиливается при хроническом воспалении и нарушении защитного кишечного барьера [15]. Воспаление способствует развитию ИР за счет фосфорилирования инсулинорецептора 1-го типа при активации посредством α-ФНО протеинкиназы JNK1 и, возможно, IκB-киназы-β, протеинкиназы-С и mTOR [8].

В результате употребления жирной пищи, увеличения количества протеолитических бактерий, снижения концентрации КЦКЖ моторика кишки подавляется. Замедление кишечного транзита увеличивает способность кишечной микрофлоры из класса Firmicutes извлекать больше энергии из питательных веществ и ее запасание, что вносит дополнительный вклад в развитие ожирения [19]. Кишечный микробиом влияет на энергобаланс за счет не только эффективного извлечения энергии из питательных веществ, но и воздействия на гены, регулирующие ее расход и запасание. В исследовании MetaHIT project изучался генный состав кишечной микрофлоры. Доказано, что у лиц с избыточной массой тела отсутствуют гены 6 видов бактерий (low gene), которые ответственны за развитие ИР и дислипидемии [11]. Низкое содержании генов данных микроорганизмов приводит к повышению уровня глюкозы, инсулина, индекса ИР, общего ХС, ТГ и снижению концентрации липопротеидов высокой плотности. Причем речь идет об уменьшении количества сахаролитических бифидо- и лактобактерий. Известно, что снижение содержания сахаролитических бактерий уменьшает выработку КЦЖК, обеспечивающих почти 20% ежедневной энергетической потребности организма, в том числе трофику эпителия, стимулируют деление эпителиальных клеток и регулируют их созревание, обеспечивают антимикробное действие, защитное действие, регулируют обмен ионов, липидов и др. При СД 2-го типа снижается количество Clostridium coccoides, бактерий видов Roseburia и Faecalibacterium prausnitzii, Lactobacillus spp. и Bifidobacteria spp., которые производят КЦЖК – бутират. Это имеет большое значение, так как бутират является основным энергетическим субстратом для колоноцитов, играет защитную роль и участвует в репаративных процессах клеток кишечника [22]. Следует отметить, что систематические изменения в составе рациона могут приводить к изменению кишечного микробиома. Состав кишечной микрофлоры меняется очень быстро. Уже через 24 ч отмечается выраженные изменения в микробиоте – увеличение количества Bacteroidetes при переходе с высокожирового рациона с низким содержанием клетчатки на гиполипидемическую диету с высоким содержанием клетчатки [26]. При назначении диеты с низким содержанием углеводов наблюдается рост численности Bacteroidetes, причем эти изменения коррелируют со степенью снижения массы тела [25].

Заключение. У больных с МС выявлены клинические симптомы энтерального поражения, которые находятся в тесной зависимости от характера нарушений двигательной функции желудочно-кишечного тракта. Полученные с помощью периферической ЭГЭКГ данные свидетельствуют о том, что на фоне гипомоторной дискинезии тонкой кишки в постпрандиальном периоде создаются условия для более длительной экспозиции питательных веществ и избыточному бактериальному росту. Исследование уровня ЛПС с одной стороны и показателей моторно-эвакуаторной функций ТК с другой позволило выявить важные патогенетические закономерности, касающиеся роли последних в развитии эндотоксемии у больных с МС. Можно полагать, что изменения функционального состояния кишечника, выявленные при МС, занимают важное место в механизме развития эндотоксемии и нарушений метаболома микробиоты кишечника при МС. Обогащение рациона питания пищевыми волокнами, в том числе в составе функциональных пищевых продуктов, открывает новые перспективы немедикаментозной коррекции как функциональной активности МК, так и компонентов МС. Управление кишечной микробиотой представляет собой новый подход к снижению риска развития ССЗ и ожирения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бойцов С.А., Баланова Ю.А., Шальнова С.А., Деев А.Д., Артамонова Г.В., Гатагонова Т.М. и др. Артериальная гипертония среди лиц 25-64 лет: распространенность, осведомленность, лечение и контроль. По материалам исследования ЭССЕ // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2014. № 13 (4). С. 4-14. doi:10.15829/1728-8800-2014-4-4-14.
2. Вахрушев Я.М., Ляпина М.В. Энтеральная недостаточность и метаболический синдром: общие нейрогормональные механизмы развития, возможности рациональной их терапии // Терапевтический архив. 2017. № 10. С. 91-97.
3. Вахрушев Я.М., Ляпина М.В., Лукашевич А.П. Интестинальные аспекты метаболического синдрома. Ижевск: «Шелест», 2018.
4. Драпкина О.М., Корнеева О.Н. Кишечная микробиота и ожирение. Патогенетические взаимосвязи и пути нормализации кишечной микрофлоры // Терапевтический архив. 2016. № 9. С. 135-142.
5. Драпкина О.М., Корнеева О.Н., Ивашкин В.Т. Микрофлора кишечника и ожирение // Российские медицинские вести. 2014. № 19 (2). С. 12-16.
6. Захаренко С.М. Роль микробиоты в жизни человека и перспективы профилактического применения пробиотиков // Медицинский совет. Гастроэнтерология. 2017. № 15. С. 61-67.
7. Кашух Е.А., Ивашкин В.Т. Пробиотики, метаболизм и функциональное состояние сердечно-сосудистой системы // Российский журнал гастроэнтерологии гепатологии и колопроктологии. 2016. № 25 (1). Р. 8-14. doi: h ttp://w ww.gastro-j.ru/files/8_14_1458841626.pdf.
8. Корниенко Е.А., Нетребенко О.К. Ожирение и кишечная микробиота: современная концепция взаимосвязи // Педиатрия. 2012. № 91 (2). С. 110-122.
9. Мартынов В.Л., Хайрдинов А.Х., Казарина Н.В. Недостаточность баугиниевой заслонки как причина синдрома избыточного бактериального роста тонкой кишки // Медицинский Альманах. 2015. Том 36. № 1. С. 46-50.
10. Рекомендации по ведению больных с метаболическим синдромом (клинические рекомендации). Министерство здравоохранения Российской Федерации. Москва, 2013.
11. Arumugam M., Raes J., Pelletier E. et al. Enterotypes of the human gut microbiome // Nature. 2011. № 473. Р. 174-180. doi:10.1038/nature09944.
12. Camilleri M., Acosta A. Gastrointestinal traits: individualizing therapy for obesity with drugs and devices // Gastrointest. Endosc. 2016. vol. 83. № 1. Р. 48-56. DOI: 10.1016/j.gie.2015.08.007.
13. Cani P.D., Delzenne N.M. Gut microflora as a target for energy and metabolic homeostasis // Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2007. № 10 (6). Р. 729-734. doi:10.1097/MCO.0b013e3282efdebb.
14. Chen C.Y., Fujimiya M.J., Laviano A. et al. Modulation of ingestive behavior and gastrointestinal motility by ghrelin in diabetic animals and humans // Chin. Med. Assoc. 2010. № 73. Р. 225-229.
15. Clemente Postigo M., Queipo Ortuño M.I., Murri M., Boto Ordoñez M., Pérez Martínez P., Andres Lacueva C. et al. Endotoxin increase after fat overload is related to postprandial hypertriglyceridemia in morbidly obese patients // J Lipid Res. 2012. № 53. Р. 973-978. doi:10.1194/jlr.P020909.
16. Cullen J.J., Caropreso D.E., Hemann L.L. et al. Pathophysiology of adinamic ileus // Dig. dis. Sci. 1997. Vol. 42. № 4, Р. 731-737.
17. Delzenne N.M., Neyrinck A.M., Cani P.D. Gut microbiota and metabolic disorders: How prebiotic can work? // Br J Nutr. 2013. Vol. 109. № 2, Р. 81-85. DOI:10.1017/S0007114512004047.
18. Egshatyan L., Kashtanova D., Popenko A. et al. Gut microbiota and diet in patients with different glucose tolerance // Endocrine Connections. 2016. vol. 5. № 1. Р. 1-9. DOI.org/10.1530/ec-15-0094.
19. Erejuwa O. O., Sulaiman S. A., Wahab M. Modulation of gut microbiota in the management of metabolic disorders: the prospects and challenges // Int J Mol Sci. 2014. № 15. Р. 4158-4188. doi:10.3390/ijms15034158.
20. Erridge C., Attina T., Spickett C. M., Webb D. J. A high-fat meal induces low-grade endotoxemia: evidence of a novel mechanism of postprandial inflammation // Am J Clin Nutr. 2007. № 86. Р. 1286-92. doi:10.1016/s0084-3741 (08) 79070-x.
21. Eskandari M.E., Ealff J.C., Billiar T.R. et al. LPS-induced muscularis macrophage nitric oxide suppresses rat jejunal circular muscle activity // Am. J. Physiol. gastrointest. liver physiol. 1999. vol. 277. № 2. Р. 478-486.
22. Karlsson F.H., Tremaroli V., Nookaew I., Bergström G., Behre C.J., Fagerberg B. et al. Gut metagenome in European women with normal, impaired and diabetic glucose control // Nature. 2013. № 498. Р. 99-103. doi:10.1038/nature12198.
23. Petta S., Valenti L., Bugianesi E. et al. A “systems medicine” approach to the study of non-alcoholic fatty liver disease // Dig. Liver Dis. 2016. vol. 48. № 3. Р. 333-42. DOI: 10.1016/j. dld.2015.10.027.
24. Tappy L. Metabolic consequences of overfeeding in humans // Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2004. № 7 (6). Р. 623-628. doi:10.1097/00075197-200411000-00006.
25. Walker A.W., Ince J., Duncan S.H., Webster L.M., Holtrop G., Ze X. et al. Dominant and diet-responsive groups of bacteria within the human colonic microbiota // ISME J. 2011. № 5. Р. 220-230. doi:10.1038/ismej.2010.118.
26. Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Chen Y.Y., Keilbaugh S.A. et al. Linking long-term dietary patterns with gut microbial enterotypes // Science. 2011. № 334. Р. 105-108. doi:10.1126/science.1208344.
27. Zeidel O., Lin H.C. Univited Guests: The Impact of Small Intestinal Bacterial Overgrowth on Nutritional Status // Practical Gastroenterology. 2003. № 4. Р. 27-34.
28. Zhang C., Zhang M., Wang S., Han R., Cao Y., Hua W et al. Interactions between gut microbiota, host genetics and diet relevant to development of metabolic syndromes in mice // ISME J. 2010. № 4. Р. 232-241. doi:10.1038/ismej.2009.112.

Контактная и нформация и сведения об авторах

E-mail: marialyapina@ yandex.ru.

Ляпина Мария Витальевна, к.м.н., доцент кафедры пропедевтической и факультетской терапии ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России, г. Тюмень.

Дороднева Елена Феликсовна, д.м.н., профессор кафедры госпитальной терапии с курсами эндокринологии и клинической фармакологии ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России, г. Тюмень.

Курмангулов Альберт Ахметович, к.м.н., доцент кафедры общественного здоровья и здравоохранения института НПР ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России, г. Тюмень.

Петелина Татьяна Ивановна, д.м.н., заместитель директора по научной работе Тюменского кардиологического научного центра – филиала ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук», г. Тюмень.

Валеева Лиана Леонидовна, клинический ординатор Тюменского кардиологического научного центра – филиала ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук», г. Тюмень.

Наймушина Алла Геннадьевна, д.м.н. профессор кафедры физического воспитания ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», г. Тюмень.

Назад в раздел