Consilium medicum начало :: поиск :: подписка :: издатели :: карта сайта

ПЕДИАТРИЯ- ПРИЛОЖЕНИЕ К CONSILIUM MEDICUM  
Том 08/N 1/2006 ЧАСТНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕДИАТРИИ / ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЯ

Метаболические критерии дисбактериоза кишечника при острых кишечных инфекциях у детей


Н.О.Ильина* Л.Н.Мазанкова* О.А.Кондракова**А.М.Затевалов**

*Кафедра детских инфекционных болезней ГОУ ДПО РМАПО Росздрава, **НИФ "Ультрасан" ГУ МНИИЭМ им. Г.Н.Габричевского

Одним из факторов, определяющих тяжесть острой кишечной инфекции (ОКИ), ее продолжительность, исход и сроки санации от возбудителя, является состояние микробиоценоза кишечника. Роль нормальной микрофлоры кишечника при ОКИ заключается в поддержании механизмов естественной резистентности за счет конкуренции с патогенами за рецепторы слизистой оболочки кишечника на стадии их первичной адгезии и колонизации. Под влиянием эуфлоры происходит активация системы комплемента и фагоцитоза, усиление выработки IgM и секреторного IgА, что играет важную роль в санации организма от возбудителей ОКИ [1].
   В норме под действием анаэробной индигенной (сахаролитической) микрофлоры кишечника в процессе ферментации углеводов и различных нутриентов образуется целый ряд низкомолекулярных метаболитов – летучих жирных кислот (ЛЖК), выполняющих в организме ряд важных функций, включая стимуляцию жизнедеятельности нормальной микрофлоры.
   ЛЖК – монокарбоновые кислоты с длиной цепи до 8 атомов углерода, в англоязычной литературе их еще называют "short certain fatty acids" (SCFA) – короткоцепочечными жирными кислотами. К ним относят уксусную (С2), пропионовую (С3), масляную (С4), изомасляную (iC4), валериановую (С5), изовалериановую (iC5), капроновую (С6), изокапроновую (iC6) кислоты. Неразветвленные ЛЖК – уксусная, пропионовая и масляная – образуются при анаэробном брожении углеводов, тогда как метаболизация белков ведет к образованию разветвленных кислот: изомасляной (из валина) и изовалериановой (из лейцина) [2]. Основным углеводным субстратом, доступным микрофлоре, служат непереваренные остатки оболочек растительных клеток, обычно называемые пищевыми волокнами. Источником других углеводов, потенциально способных метаболизироваться микрофлорой, служит слизь.
   В табл. 1 приведена характеристика ЛЖК.
   На роль ЛЖК как основных анионов в просвете кишечника указывалось еще в прошлом столетии. Затем ими занимались преимущественно ветеринары, исследуя роль ЛЖК в пищеварении жвачных животных [2]. К настоящему времени накоплено много фактов, свидетельствующих об участии и регулирующей роли ЛЖК в большинстве физиологических эффектов, оказываемых индигенной микрофлорой в организме.
   ЛЖК участвуют в поддержании водно-электролитного баланса в просвете кишки. Вместе с ЛЖК всасываются ионы натрия, калия, хлора и воды. От всасывания ЛЖК зависит содержание карбонатов в просвете кишки и рН кишечного содержимого. У жвачных животных они обеспечивают почти 70% энергопотребности организма. У человека вклад ЛЖК в энергобаланс точно не установлен, однако предполагается, что он составляет не менее 20–25% ежедневной потребности. Особенно велика роль уксусной, масляной и капроновой кислот.
   ЛЖК, особенно масляная кислота, является основным источником питания колоноцитов, обеспечивая их энергией почти на 70%. Они стимулируют пролиферацию кишечного эпителия. Предполагают большую значимость бутирата (масляной кислоты) как источника энергии в дистальном отделе толстой кишки.
   ЛЖК обладают антибактериальной активностью. Благодаря этому они могут служить важным фактором в поддержании баланса микробной экосистемы. Они могут как препятствовать колонизации кишечника патогенными микроорганизмами (например, шигеллами и сальмонеллами), так и служить промоторами роста некоторых анаэробных бактерий.
   Многочисленные исследования показали защитную роль масляной кислоты в отношении появления и роста раковой опухоли толстой кишки.
   У ЛЖК обнаружено еще много других эффектов, таких как поддержание детоксикационной функции печени, участие в энергогепатической циркуляции желчных кислот, участие в регуляции моторики гладкой мускулатуры кишечника и мезентериальных сосудов, влияние на экспрессию различных генов в колоноцитах, влияние на уровень некоторых гормонов гипофиза, антиканцерогенное, противовирусное действие (в частности, подавление репликации вирусов герпеса и цитомегаловируса).
   В последние годы проведено большое количество исследований, показывающих, что ЛЖК – реально активные модуляторы деятельности иммунной системы [2].
   Доказано, что все эффекты нормальной и изоформ ЛЖК концентрационно зависимы и их гиперпродукция, так же как и недостаток, может оказывать отрицательное воздействие на организм.
   Следовательно, ЛЖК в зависимости от ситуации способны играть как физиологическую, так и патофизиологическую роль в организме.
   При различных заболеваниях и патофизиологических состояниях желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), в том числе и при острых кишечных инфекциях, процесс образования всасывания и утилизации ЛЖК нарушается, поэтому концентрации и особенно соотношения отдельных ЛЖК в фекалиях меняются. Следовательно, разнонаправленные отклонения от физиологической нормы уровней и спектров этих метаболитов могут служить биохимическими маркерами структурных и функциональных нарушений кишечного микробиоценоза. Информация об интегральном количестве ЛЖК может иметь диагностическое и прогностическое значение.
   Для оценки метаболической активности кишечной микрофлоры помимо абсолютных концентраций отдельных ЛЖК используется такой показатель, как их суммарная концентрация – общий уровень метаболитов (ОУМ), отображающий метаболическую активность как просветных, так и пристеночных популяций. При этом низкий общий уровень метаболитов свидетельствует о понижении метаболической активности нормальной микрофлоры, возможном снижении моторики толстой кишки, а также о дефиците пищевых субстратов. Повышение общего уровня метаболитов может отмечаться в случае гиперколонизации толстой кишки отдельными представителями анаэробной микрофлоры, усилении ее метаболической активности, при ферментативной недостаточности, нарушении всасывания.
   Анаэробный индекс (АИ) рассматривается как отношение концентраций всех ЛЖК, кроме уксусной, к концентрации уксусной кислоты. Определение АИ позволяет судить об инфраструктуре микробиоценоза, степени анаэробиоза (отношении строгих анаэробов к аэробам и факультативно анаэробным популяциям). Его повышение свидетельствует об угнетении популяций строго анаэробной микрофлоры [3].
   Современные приемы микробиологического исследования, общепринятый анализ на дисбактериоз позволяет выявить лишь те или иные отклонения в количественном составе некоторых популяций микрофлоры, оставляя неучтенными пристеночные более значимые в функциональном плане популяции микрофлоры. Классический микробиологический метод диагностики состояния и нарушения микробиоценоза – достаточно трудоемкий, дорогостоящий и длительный (не менее 7 дней) лабораторный анализ. Являясь количественным методом, он не позволяет оценить метаболическую активность анаэробной микрофлоры и тем самым не дает возможности оценивать взаимосвязанные микроэкологические и функциональные нарушения пищеварительного тракта.
   Поэтому в последние годы приобрели большую актуальность поиски экспрессных методов диагностики, позволяющих в короткие сроки достоверно оценить состояние кишечной микрофлоры путем исследования биохимической активности соответствующих групп микроорганизмов.
   Одним из таких перспективных направлений изучения микроэкологии кишечника в норме и при патологии является метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ), основанный на определении метаболической активности микрофлоры по спектрам и уровням ЛЖК. Этот метод позволяет в режиме реального времени (30–40 мин) выявить интегральную метаболическую активность микрофлоры кишечника, структурный и метаболический дисбаланс анаэробных популяций микрофлоры, а также суммарное количество бактериальных метаболитов, способных оказывать как физиологические, так и патофизиологические эффекты в организме. Последнее имеет и диагностическое, и прогностическое значение, особенно у детей [3].
   При ОКИ возникают реальные условия для микроэкологических нарушений, поэтому особенно актуальной является количественная и качественная оценка состава микрофлоры, необходимая для выбора оптимальной тактики лечения.
   В силу незрелости ферментативных и барьерных систем у детей, особенно у детей раннего возраста, не только образование, но и метаболизация, и усвоение продуктов жизнедеятельности нормальной микрофлоры несовершенны. Вследствие этого у детей в раннем возрасте подверженность слизистых оболочек колонизации условнопатогенной флорой особенно выражена. Помимо прочего в детском возрасте более очевидна взаимосвязь функциональных и микроэкологических нарушений, поэтому дополнительное использование копрологического анализа с известным набором признаков (физические параметры, степень гидролиза поступающих в толстую кишку нутриентов, желчеотделение, всасывательная способность слизистых оболочек, скорость транзита и др.) дает более полное представление о процессах микробного пищеварения в толстой кишке.

Материал и методы
   
Проводилось изучение метаболизма кишечной микрофлоры у детей младшего возраста при ОКИ по количественному содержанию и спектрам ЛЖК методом ГЖХ в комплексе с микробиологическим и копрологическим исследованием. Выборочно обследованы 60 детей от 1 года до 3 лет с легким и среднетяжелым течением заболевания, госпитализированных в инфекционные отделения Тушинской ДГБ (главный врач В.Ф.Смирнов). В основу деления на группы положена этиопатогенетическая классификация ОКИ по типам диареи [4]. Осмотический тип диареи, ассоциированный с ротавирусом, был установлен у 30 (50%) детей, составивших 1-ю группу, инвазивный тип – у 28 (46,7%) детей и секреторный – у 2 (3,3%) детей. Случаи инвазивных и секреторных диарей (30 детей) были объединены во II группу бактериальных ОКИ для удобства сравнения. Все дети в обеих группах были сопоставимы для статистической обработки данных по возрасту (1–3 года), тяжести (легкие и среднетяжелые формы) и срокам исследования (1–2-й день болезни, 1-е сутки госпитализации). Из исследования были исключены больные, получавшие на догоспитальном этапе этиотропную терапию.
   Всем детям исследуемой группы в 1–2-е сутки пребывания в стационаре проводили комплекс лабораторной диагностики, включающий общеклинические анализы, бактериологическое исследование кала на наличие патогенных энтеробактерий, определение антигена ротавирусов в фекалиях методом ИФА в условиях клинической и бактериологической лаборатории стационара. Одновременно производили забор проб фекалий в стерильную пластиковую и стеклянную посуду для проведения комплексного анализа кала, включающего микробиологическое, копрологическое исследование по стандартным методикам и определение уровней ЛЖК методом ГЖХ.   

Результаты и обсуждение
   
Полученные в ходе анализа данные свидетельствуют о том, что при всех ОКИ вне зависимости от этиологии имеет место угнетение и снижение метаболической активности нормальной микрофлоры, что выражается снижением уровня как отдельных ЛЖК, так и их суммарного общего уровня.
   В табл. 2 представлены абсолютные концентрации отдельных ЛЖК в группах вирусных и бактериальных диарей относительно диапазона норм этих показателей для детей от 1 года до 3 лет.
   Так, концентрации уксусной кислоты (С2) при всех ОКИ были снижены, не достигая ни у одного ребенка нижней границы нормы. Однако более низкие показатели уксусной кислоты отмечены в группе бактериальных диарей [Ме=2,1976 мг/мл (1,3734:2,7404) против Ме=2,6886 мг/мл (2,1616:3,0763) в группе вирусных ОКИ], что объясняется более выраженным угнетением продуцентов этого метаболита (большинство анаэробных популяций E. coli), за счет инвазии и развития воспалительного процесса в слизистой оболочке толстой кишки.
   Особенно выраженные и статистически достоверные (p=0,02) различия между группами получены в показателях масляной кислоты (С4). При этом концентрация С4 у большинства детей в группе вирусных диарей практически не отличалась от нормы [Ме=0,6648 мг/мл (0,4634:1,0428)], а при бактериальных ОКИ была в 2–3 раза ниже [Ме=0,2438 мг/мл (0,0787:0,4621)]. Данный метаболит, как известно, является энергосубстратом для эпителиоцитов толстой кишки, и его показатели характеризуют состояние слизистой оболочки.
   Показатели концентраций пропионовой кислоты (С3), продуцентами которой являются Veilonella, Propionobacterium, Bacteroides, Fusobacterium, у большинства детей обеих групп были снижены или имели тенденцию к снижению относительно нормы [Ме=0,5647 мг/мл (0,3597:0,8878) – в группе вирусных ОКИ и Ме=0,4258 мг/мл (0,2476:0,9906) – в группе бактериальных, при норме для детей этого возраста – от 0,8408 до 1,108 мг/мл]. При этом межгрупповые различия в концентрациях С3 были недостоверными (p>0,05).
   Показатели валериановой кислоты (С5), продуцируемой клостридиями, пептококками и пептострептококками, были ниже возрастной нормы у 87% детей в группе бактериальных диарей и у лишь у 7% детей в группе вирусных. При этом концентрация С5 при бактериальных ОКИ была более чем в 2 раза ниже таковой при вирусных [Ме=0,0243 мг/мл (0,0125:0,0683) против Ме=0,0497 мг/мл (0,0270:0,1127) соответственно], что является статистически достоверным (p=0,042) и свидетельствует об угнетении продуцентов этого метаболита, а также о дефиците сбраживаемых ими субстратов.
   Концентрации изокислот: изомасляной (iC4) и изовалериановой (iC5) как конечных продуктов микробной ферментации у большинства детей с бактериальными диареями – были снижены относительно нормы, а в группе вирусных ОКИ от нормы практически не отличались. Межгрупповые различия в концентрациях изокислот были статистически недостоверными (p>0,05). Капроновая (С6) и изокапроновая кислоты (iC6) ни в одном случае обнаружены не были.
   Исходя из концентраций отдельных кислот, определялась их суммарная концентрация – общий уровень метаболитов (ОУ), который у всех детей был ниже возрастной нормы (рис. 1, а). Однако в группе бактериальных ОКИ он был на 20–30% ниже, чем в группе вирусных [Ме=3,33 мг/мл (1,95:4,58), против Ме=4,28 мг/мл (3,54:5,64) соответственно], что можно объяснить селективным угнетением нормальной микрофлоры, в особенности анаэробных популяций приэпителиальной зоны, патогенной бактериальной флорой с инвазивными свойствами.

Таблица 1. Характеристика ЛЖК

ЛЖК Продуценты ЛЖК Сбраживаемые субстраты
Уксусная (С2) Большинство анаэробных видов, многие аэробные (E. coli, Staphylococcus, Proteus и др.) Сахара, аминокислоты, нуклеиновые основания, непереваримые полисахариды
Пропионовая (С3) Veilonella, Propionibacterium, Bacteroides, Fusobacterium, Clostridium, Gaffkya и др. Сахара, крахмал (a-гликаны), пектины (легко гидролизуемые b-гликаны)
Масляная (С4) Fusobacterium, Eubacterium, Coprococcus, Bacteroides, Megasphaera, Clostridium, Peptococcus Сахара, полисахариды (полуфабрикаты непереваримой клетчатки), белки растительного происхождения
Валериановая и капроновая(С5 и С6) C5 Clostridium, Мegasphaera, PeptoStreptococcus, Peptococcus; С6 Мegasphaera, Eubacterium, Peptococcus Сахара, полисахариды, белки растительного происхождения
Изокислоты (iC4, iC5, iC6) iC4 и iC5, Bacteroides, Megasphaera, Peptostreptoсoccus, Clostridium, iC6, PeptoStreptococcus, Clostridium, Candida Белки животного происхождения, аминокислоты

Таблица 2. Концентрации ЛЖК (в мг/мл) при ОКИ различной этиологии в сравнении с нормой

ЛЖК

Вирусные ОКИ (n=30)

Бактериальные ОКИ (n=30)

Норма для детей1–3 лет
Me + Me +
Уксусная (С2) 2,6886 2,1616 3,0763 2,1976 1,3734 2,7404 3,6069–4,767
Пропионовая (С3) 0,5647 0,3597 0,8878 0,4258 0,2476 0,9906 0,8408–1,108
Изомасляная (iC4) 0,0511 0,0238 0,0995 0,0348 0,0104 0,0963 0,0492–0,130
Масляная (C4) 0,6648 0,4634 1,0428 0,2438 0,0787 0,4621 0,6235–1,092
Изовалериановая (iC5) 0,0872 0,0591 0,1245 0,0526 0,0154 0,1190 0,0871–0,224
Валериановая (C5) 0,0497 0,0270 0,1127 0,0243 0,0125 0,0683 0,0454–0,160
Изокапроновая (iC6) 0 0 0,0000
Капроновая (C6) 0 0 0,0000
Примечание. Показатели концентраций ЛЖК сравнивали при помощи вычисления медианы (Ме) с указанием доверительного интервала [-, +] и оценивали по критерию Манна–Уитни. Достоверными считали различия между показателями при p<0,05*.

Рис.1. Биохимические показатели (ГЖХ-анализ) при ОКИ бактериальной и вирусной этиологии. a – общий уровень метаболитов (p=0,087); б – анаэробный индекс (p=0,115); в – индекс изокислот (p=0,21); г – концентрация масляной кислоты (p=0,02).

Рис. 2. Копрологические показатели при ОКИ бактериальной и вирусной этиологии.

Рис. 3. Биохимический анализ кала пациента с ротавирусной инфекцией.

Примечание. Несколько пониженный общий уровень ЛЖК (угнетение и снижение активности нормальной микрофлоры кишечника). По
данным копрологического анализа наличие функциональных нарушений верхних отделов ЖКТ (в том числе, недостаточность желчеотде-
ления). Недостаточность и нарушение микробного пищеварения в толстой кишке. По данным микробиологического анализа, энтерококк
108 КОЕ/мл, клебсиелла 108 КОЕ/мл.

Рис. 4. Биохимический анализ кала пациента с шигеллезом Флекснера.

Примечание. Низкий общий уровень ЛЖК (значительное угнетение и снижение метаболической активности нормальной
шечника, особенно анаэробных популяций, выраженный энергодефицит колоноцитов). Выраженная недостаточность
робного пищеварения в толстой кишке. По данным микробиологического анализа клебсиелла 108 КОЕ/мл.


   Уровень АИ (рис. 1, б) был подвержен значительным колебаниям в группе вирусных диарей (Ме=0,65 [0,35:0,97]) в большей степени, чем при бактериальных ОКИ, превышая возрастную норму, отражая тем самым угнетение в основном продуцентов уксусной кислоты (E. coli и анаэробных популяций). При ОКИ бактериальной этиологии АИ был ближе к возрастной норме [Ме=0,56 (0,39:0,71)], что объясняется одновременным угнетением продуцентов всех ЛЖК, т.е. структурным и метаболическим дисбалансом внутри популяций.
   Для бактериальных ОКИ были характерны более высокие значения индекса изокислот (ИИ), который отображает отношение суммы изомасляной и изовалериановой кислот к сумме нормальных масляной и валериановой кислот (рис. 1, в), что свидетельствует, во-первых, о повышенной ферментации гликопротеидов слизистой оболочки в условиях дефицита субстрата сбраживания из-за угнетения нормальной микрофлоры, а во-вторых, о снижении утилизации изокислот в условиях патологического состояния слизистой оболочки. При этом межгрупповые различия в показателях ИИ (Ме=0,46 [0,33:0,68] – в группе бактериальных ОКИ и [Ме=0,18 (0,14:0,39)] – в группе вирусных) были достоверными (p=0,021).
   Анализ копрологических показателей в исследуемых группах (рис. 2), позволяет отметить наличие более выраженных функциональных нарушений верхних отделов ЖКТ у детей с вирусными ОКИ, у которых в 2 раза чаще, чем у детей с бактериальными диареями (52% против 26%) обнаруживался нейтральный жир в большом количестве, почти в 5 раз чаще (19% против 4%) – жирные кислоты в большом количестве и в 3 раза чаще (22% против 7%) – соли жирных кислот. Данные нарушения объясняются ферментативной недостаточностью как одним из звеньев патогенеза диарей осмотического типа, характерных для всех вирусных ОКИ.
   В группе бактериальных диарей отмечена тенденция к росту частоты обнаружения в кале воспалительного белка (у 59% детей этой группы против 41% детей группы вирусных ОКИ).
   По данным микробиологического анализа, выраженные изменения в количественном составе микрофлоры отсутствовали. Количество бифидобактерий у большинства детей обеих групп оставалось на уровне 107–109 КОЕ/мл. Условно-патогенная флора в обеих исследуемых группах определялась практически с одинаковой частотой, за исключением стафилококка, который при бактериальных ОКИ выявлялся почти в 4 раза чаще, чем при вирусных (15% против 4% соответственно).
   В качестве демонстрации типичных изменений хроматограмм и копрограмм, характерных для ОКИ различной этиологии, на рис. 3, 4 приводим результаты биохимического анализа микрофлоры двух пациентов: с ротавирусным гастроэнтеритом (пациент К., 2 года) и шигеллезом Флекснера (пациент Л., 1 год 5 мес).
   Таким образом, данные анализа микробиологических исследований свидетельствуют лишь о количественных изменениях в составе нормальной и условно-патогенной микрофлоры и не позволяют судить о функциональном состоянии и метаболической активности микрофлоры при ОКИ различной этиологии. Быстро и комплексно оценить структурные и функциональные нарушения внутри популяций микрофлоры (особенно обитающих в преэпителиальной зоне), состояние слизистой оболочки помогает проведение в режиме реального времени биохимического анализа кала. Дополняет данные этого исследования копрологический анализ, позволяющий оценить в первую очередь функциональное состояние верхних отделов ЖКТ, нарушение которых часто является одной из причин микробного дисбаланса.
   Полученные в ходе комплексной оценки микрофлоры с использованием ГЖХ данные коррелируют с патогенетически обусловленными особенностями клинической картины вирусных и бактериальных кишечных инфекций. Так, при бактериальных ОКИ вследствие инвазии возбудителя возникает воспалительный процесс в слизистой оболочке толстой кишки с угнетением метаболической активности большинства микроорганизмов – продуцентов ЛЖК (особенно обитающих в преэпителиальной зоне), в результате чего отмечается снижение как общего уровня, так и отдельных концентраций ЛЖК (в первую очередь масляной кислоты, сниженной более чем в 3 раза). Клинически это проявляется развитием диареи инвазивного типа с патологическим характером стула (слизь, зелень, кровь), сопровождающейся в большинстве случаев выраженными симптомами интоксикации, абдоминальным синдромом и иногда – рвотой. В отличие от бактериальных при вирусных ОКИ патологический процесс захватывает верхние отделы ЖКТ и тонкую кишку с развитием ферментопатии (дисахаридазная недостаточность) и дисхолии, отражением чего являются изменения в копрограмме. Метаболические нарушения кишечной микрофлоры при этом возникают вследствие ускоренного транзита содержимого и изменения состава сбраживаемых субстратов без развития воспаления в слизистой оболочке толстой кишки. Поэтому снижение уровней ЛЖК при вирусных ОКИ менее значительно, и в ряде случаев они практически не отклоняются от нормы, что свидетельствует о стабильности функциональной активности микрофлоры кишечника.

Литература
1. Новокшонов А.А. Учайкин В.Ф., Соколова Н.В. Роль иммуномодулятора Гепон в комплексной терапии ОКИ у детей. Лечащий врач. 2003; 6: 76–8.
2. Комплексная оценка микроэкологических и функциональных нарушений толстого кишечника для обеспечения этиотропной терапии. Кондракова О.А. Бабин В.Н., Грубова Е.А. и др. Пособие для врачей. М., 2003.
3. Белобородова Н.В. Белобородов С.М. Метаболиты анаэробных бактерий (летучие жирные кислоты) и реактивность макроорганизма. Антибиотики и химиотер. 2000; 2: 28–35.
4. Учайкин В.Ф., Мазанкова Л.Н. Острые кишечные инфекции у детей (диагностика, классификация, лечение). Пособие для врачей. М., 2003.



В начало
/media/pediatr/06_01/89.shtml :: Sunday, 22-Oct-2006 20:12:42 MSD
© Издательство Media Medica, 2000. Почта :: редакция, webmaster