8 липня, 2015
Бактериальная транслокация и заболевания печени у детей: механизмы реализации и возможности профилактики
В последние годы многие традиционные представления о причинах возникновения, механизмах развития и сущности заболеваний внутренних органов подвергаются переосмыслению и пересмотру, и одним из оснований для такого пересмотра становятся новые сведения о взаимодействии и роли микробиома в жизнедеятельности макроорганизмов. Ученые всего мира получают все больше подтверждений тому, что микрофлора кишечника выполняет функции, далекие от простого поддержания кишечного гомеостаза. Получены новые доказательства влияния нарушений кишечной микробиоты на риск развития хронических воспалительных заболеваний кишечника (язвенного колита, болезни Крона), с позиций доказательной медицины обосновано влияние нарушения кишечной микробиоты на риск развития атопии, получены новые данные о тесной взаимосвязи микробиоты с нарушением ретикулоэндотелиальной системы и экстраинтестинальных участков.
На сегодняшний день стало понятно, что микрофлора ребенка обладает огромным биологическим потенциалом, способным обеспечить полную защиту организма и его метаболическую поддержку. С одной стороны, такая защита обеспечивается благодаря наличию надэпителиального защитного слоя, который представлен сапрофитной микрофлорой, слоем слизи, иммуноглобулинами, – такой слой обеспечивает защиту от физической и химической агрессии, патогенных микроорганизмов, токсинов и паразитов. С другой стороны, защитные функции микробиоты не исчерпываются только лишь механическими функциями надэпителиального слоя – низкомолекулярные метаболиты сахаролитической микрофлоры (короткоцепочные жирные кислоты) сами по себе способны ингибировать рост условно-патогенной флоры, предотвращать адгезию патогенных бактерий к эпителию, возможность заселять индигенной микрофлорой экологические ниши.
Однако самым важным открытием последних лет, по всей видимости, следует считать данные, явившиеся результатом пятилетней работы над международным проектом национальных институтов здоровья «Human microbiome project» и опубликованные Консорциумом американских ученых в 2012 году [13]. В работе над проектом «Human microbiome project» приняли участие около 200 ученых из 80 мультидисциплинарных исследовательских институтов, которые занимались изучением микробных ассоциаций (микробиома) у здоровых и больных людей с выделением соответствующего энтеротипа и расшифровкой микробного генома методами секвенирования. В результате этого проекта удалось доказать влияние метагенома (генов микробиоты) на экспрессию генов человека с формированием тех или иных позитивных влияний микробиома на состояние здоровья.
Таким образом, сейчас ни у кого не вызывает сомнения факт, что свойства, которыми обладает микробиом кишечника, уникальны. Одной из особенно значимых функций, выполняемых кишечной микробиотой, является ее детоксикационная способность, которая по своим возможностям в какой-то степени даже сопоставима с детоксикационной способностью печени: оба органа участвуют в процессах печеночно-кишечной циркуляции различных органических и неорганических соединений, при этом процессы печеночного метаболизма протекают с доминированием реакций окисления и синтеза, с образованием водорастворимых продуктов, тогда как процессы кишечного метаболизма протекают с доминированием реакции гидролиза и восстановления. При снижении детоксикационной функции кишечной микрофлоры часто развивается целый ряд патологических процессов, из которых наиболее выраженным является феномен бактериальной транслокации.
Суть этого явления заключается в пассаже жизнеспособных бактерий (чаще всего представителей резидентной флоры) через слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) в экстраинтестинальные, обычно стерильные ткани макроорганизма – мезентериальные лимфоузлы, кровоток, селезенку, где часть бактерий подвергается лизису макрофагами, а часть через воротную вену попадает в печеночные синусы и лизируется макрофагами печени. Наряду с бактериями во внутреннюю среду проникают эндотоксины и частицы микробных клеток.
В зарубежной литературе начиная с 80-х годов ХХ века стали появляться сведения о феномене проникновения бактерий через неповрежденную стенку ЖКТ во внутреннюю среду организма, причем при наличии микроорганизмов в ЖКТ в относительно небольшом количестве, исключающем развитие инфекции. Этот феномен назвали «бактериальной транслокацией». Впервые детально его описал американский ученый R.D. Berg в 1985 году [2]. Данное явление было обнаружено при травмах, ожогах, связанных с хирургическим вмешательством стрессах [4-6].
В настоящее время бактериальная транслокация рассматривается большинством ученых как общебиологический феномен – бактериальная транслокация характерна и для здорового человека, при этом она не приводит ни к каким клинически значимым последствиям, даже является своего рода защитным механизмом [17], однако при определенном стечении обстоятельств физиологический процесс транслокации может принимать патологический характер и приводить к осложнениям. Подавляющее большинство зарубежных авторов, описывающих транслокацию, считали и считают ее патологическим явлением, которое усиливается при различного рода повреждениях из-за ослабления защитных сил организма. Риск развития осложнений, связанных с бактериальной транслокацией, многократно повышается при заболеваниях печени (особенно наглядно это выражено в случаях развития цирроза печени), поскольку в этом случае задействованными оказываются одновременно несколько механизмов одного процесса: и изменения проницаемости сосудистой стенки, и синдром избыточного бактериального роста, и иммуносупрессия.
В патогенезе заболеваний печени, вызванных бактериальной транслокацией, как и в патогенезе любых других инфекционных процессов, ведущую роль играет взаимодействие трех факторов: болезнетворных качеств микроба, количества микробов, ослабление защитных механизмов организма вследствие нарушения работы иммунной системы. Каждый из этих факторов заслуживает пристального врачебного внимания.
В литературе имеются описания феномена бактериальной транслокации, вызванного почти всеми известными бактериями. Особое значение в развитии болезни играют факторы патогенности и вирулентности аэробных и анаэробных микроорганизмов. Резидентную флору традиционно относят к слабопатогенной и допускают, что в определенных количествах микробная транслокация даже может являться естественным защитным механизмом. Известно, что входящие в состав нормальной микрофлоры бактерии продуцируют антибиотики широкого спектра действия, лизоцим, иммуномодуляторы, различные ферменты, другие биологически активные вещества, и, как показывает клиническая практика, именно транслокация «полезных» микробов способствует более быстрому заживлению ран и снижению риска послеоперационных осложнений [1, 11].
Однако при повреждении слизистой оболочки, синдроме избыточного бактериального роста, дефектах иммунной системы бактериальная транслокация увеличивается во много раз и может приобретать патогенный характер. Последствия бактериальной транслокации напрямую зависят как от видового, так и от количественного состава транслоцируемых бактерий. Так, согласно многочисленным клиническим микробиологическим исследованиям наиболее часто в асцитической жидкости выявляются: Escherichia coli (по данным ряда авторов – до 70% случаев), Streptococci, Staphylococci, Klebsiella oxytoca, Salmonella enteritidis, Enterococcus faecium, Acinectobacter anitratus [7].
Следующим не менее важным патогенетическим фактором развития бактериальной транслокации является количество микроорганизмов, необходимых для развития заболевания – так называемое «критическое число». К сожалению, в педиатрической практике данные о «критическом числе» как при клинически выраженных проявлениях, так и при невыраженных инфекциях отсутствуют, но на сегодняшний день доказана прямая зависимость уровня транслокации бактерий от уровня их популяции в кишечнике. С этой точки зрения особенно велика роль синдрома избыточного бактериального роста. Под синдромом избыточного бактериального роста в тонкой кишке, известным в англоязычной литературе как «bacterial overgrowth», понимают увеличение количества бактерий в тонкой кишке, обусловливающее нарушение кишечного гомеостаза. Как правило, синдром избыточного бактериального роста принято определять, используя также количественные критерии. Поскольку в норме количество бактерий в начальных отделах тонкой кишки <103 КОЕ/мл (КОЕ – колониеобразующие единицы), то синдром избыточного бактериального роста обычно обозначается как состояние, при котором в просвете проксимального отдела тонкой кишки обнаруживается >105 КОЕ/мл. Однако это определение варьирует в зависимости от места получения материала для количественного исследования или от методик получения культуры с последующим подсчетом количества. Часть специалистов придерживаются диагноза синдрома избыточного бактериального роста при наличии более низкого количества бактерий (103 КОЕ/мл). В этом случае полученные культуры аспирата тощей кишки содержат бактерии, живущие в нормальных условиях в толстой кишке, а также, если они (бактерии) отсутствуют в образцах, полученных у тех же больных из слюны или желудочного сока [18].
Вышеописанные факторы могут реализоваться только при наличии третьего фактора – наличия несостоятельности слизистой оболочки кишечника ребенка. Состоятельность защитного барьера слизистой оболочки кишечника зависит, в первую очередь, от количества Goblet (бокаловидных клеток), продуцирующих муцин, состав которого меняется в зависимости от флоры и который защищает гликокаликс слизистой оболочки от механических и химических повреждений. Мембраны неповрежденных энтероцитов с достаточным содержанием гликокаликса формируют плотные соединения клеток (окклюдин, клаудин), образующие своего рода физический барьер, препятствующий выходу и проникновению микробов, а также дополнительно секретирующий антимикробные факторы [3]. В случае, если энтероциты имеют поврежденную мембрану, которая содержит недостаточное количество гликокаликса (так называемые М-клетки) – путь для проникновения и транспорта микробов оказывается открытым, что создает дополнительные возможности для реализации механизма бактериальной транслокации.
Разумеется, одной только несостоятельности кишечной стенки для развития феномена бактериальной транслокации недостаточно: необходимо сочетание всех трех факторов, последним из которых является несостоятельность защитных сил организма – несостоятельность мезентериальных лимфатических узлов, несостоятельность ретикулоэндотелиальной системы печени, прогрессирующий дефицит и несостоятельность гуморального и клеточного местного иммунитета тонкой кишки. Попав в собственную пластинку кишечной стенки, бактерии должны подвергнуться фагоцитозу в местной лимфоидной ткани. Однако при недостаточности местных факторов иммунитета, что наблюдается у иммунокомпрометированных больных с поражениями печени, микроорганизмы колонизируют мезентериальные лимфатические узлы либо могут поступить через грудной лимфатический проток в системный кровоток, вызывая бактериемию и эндотоксинемию.
В литературе описаны варианты бактериальной транслокации с развитием различных патологических процессов, однако наиболее страдает, являясь своего рода органом-мишенью при бактериальной транслокации, печень, куда по воротной вене поступает кровь из кишечника. Как правило, в первую очередь нарушаются процессы печеночного метаболизма, но могут отмечаться
и структурные повреждения гепатоцитов. В результате бактериальной транслокации микробов и токсинов в печени и внепеченочной билиарной системе могут развиваться не только цирротические изменения, но и дискинетические нарушения и воспалительные процессы внепеченочного билиарного тракта, печеночно-клеточная дисфункция; неспецифический реактивный гепатит, внутрипеченочный интралобулярный холестаз, стеатогепатит, неалкогольный стеатоз [8]. Процесс перемещения облигатной микрофлоры за пределы кишечной стенки является ключевым звеном в патогенезе указанных патологий, источником интоксикации при этом является кишка, как правило, колитически измененная или находящаяся в состоянии пареза.
Восстановление интерстициальных барьеров, уменьшение кишечной проницаемости являются важным патогенетическим направлением комплексной профилактики описанных выше поражений печени. Для уменьшения проницаемости кишечной стенки используют препараты разных групп и классов: ферменты, аминокислоты, в частности глютамин, флавоноиды и антиоксиданты, пищевые волокна, сахаромицеты (пребиотики), рыбий жир. Оправданным оказывается симптоматическое назначение спазмолитиков: известно, что при спазмах кишечника давление в кишке повышается, из-за чего может увеличиваться проницаемость кишечной стенки. Тем не менее одной из самых важных групп препаратов, способных оказывать не только профилактическое, но и лечебное действие являются пробиотики.
Пробиотики снижают проницаемость кишечного барьера за счет стимуляции выработки слизи и IgA, повышения жизнеспособности эпителиоцитов и плотности межклеточных контактов. Повышение выработки IgA, происходящее параллельно со стимуляцией плазмоцитов собственной пластинки слизистой оболочки, является одним из важнейших аспектов действия пробиотических штаммов. IgA проявляет высокую способность к нейтрализации вирусов и бактерий с последующим выведением в просвет как на поверхности слизиcтой оболочки, так и в подслизистой основе. Большинство видов лактобацилл и некоторые бифидумбактерии способны стимулировать выработку IgA в кишечнике (общего IgA и IgA, нейтрализующего определенные микроорганизмы). Многие штаммы влияют на содержание IgA в крови [10, 15]. В детском возрасте пробиотики способствуют возрастанию активности циркулирующих антителопродуцирующих клеток, вырабатывающих иммуноглобулины классов A, M, G [10, 19]. Сила действия пробиотиков на иммунную систему существенно зависит от условий микроокружения. Например, при выращивании L. reuteri, L. сoryneformis, L. collinoides в анаэробных условиях в присутствии глицерина бактерии вырабатывают β-гидроксипропиональдегид (3-HPA) – вещество, метаболиты которого обладают антимикробным и иммуномодулирующим действием.
Кроме того, некоторые пробиотики способны уменьшать гибель (апоптоз) клеток эпителия под действием цитотоксических факторов, а также снижать проницаемость межклеточных контактов, о важности сохранения которых говорилось выше. Так, L. reuteri Protectis и вырабатываемые ею вещества угнетают митоген-активируемый протеинкиназный каскад, ведущий клетку к апоптозу. Также описана способность существенно уменьшать апоптоз эпителия благодаря повышению экспрессии toll-подобного рецептора-2 (TLR-2), циклоокисгеназы-2 (COX-2) и простагландина Е (PGE). Некоторые пробиотические штаммы, например S. thermophilus и L. Acidophilus, повышают выживаемость эпителиальных клеточных линий и способствуют уплотнению межклеточных контактов (фосфорилированием актина, актинина, окклюдина), активацией защитных белков p38, ERK, фосфатидил-3-инозитолкиназы, каскада JNK [9, 10, 12, 19].
В условиях повышенной кишечной проницаемости и снижения детоксикационной функции микрофлоры многократно увеличивается нагрузка на ферментативные системы печени, что способствует возникновению в ней метаболических и структурных изменений. Обсемененность кишечника условно-патогенной и патогенной микрофлорой при синдроме избыточного бактериального роста ускоряет нарушение пристеночного пищеварения, тормозит синтез витаминов группы В, нарушает гепатоэнтеральную циркуляцию с образованием токсичных веществ, повышает проницаемость эпителия стенок кишечника для бактерий, токсических продуктов, микро- и макромолекул. Иными словами, возникает порочный круг, который поддерживает взаимоотягощающее поражение кишечника и печени. У детей, страдающих синдромом избыточного бактериального роста и нарушениями интерстициальных барьеров, наблюдается усугубление морфологических изменений структуры печени в виде проявлений дистрофии гепатоцитов и гистологической активности процесса, выраженности фибротических изменений, активизации мононуклеаров синусоидов, нарушения процессов синтеза и тока желчи. В свою очередь, нарушения процессов синтеза и экскреции компонентов желчи при заболеваниях печени могут привести к изменению качественного и количественного состава микробиоты кишечника и как результат – к нарушениям функционирования внутренних органов и развитию поливалентных клинических проявлений внутренней микробной дисгармонии [14]. Поэтому одновременно с мероприятиями, направленными на уменьшение проницаемости кишечной стенки, проводится терапия с целью комплексной профилактики поражения печени, способствующая восстановлению ее функций. В этой связи целесообразно использовать гепатопротекторы, обладающие системными органопротекторными свойствами.
Основными гепатопротекторами, используемыми в лечении болезней печени, являются урсодезоксихолевая кислота, эссенциальные фосфолипиды, силимарин и компоненты гепатоцеллюлярных метаболических циклов: липоевая кислота и адеметионин. Снижение биосинтеза печеночного аденозилметионина характерно для всех форм хронического повреждения печени – внутрипеченочного холестаза, неалкогольного стеатогепатита, дисфункций билиарного тракта, гепатитов, цирроза. Сам по себе аденозилметионин обладает многими выраженными фармакологическими эффектами: антиоксидантным, холеретическим, холекинетическим, антидепрессивным, нейропротективным, регенерирующим и (наиболее важным в случаях, когда речь идет о бактериальной транслокации) детоксикационным, благодаря его участию в поддержании на достаточном уровне глутатиона, серосодержащего пептида, имеющего отношение к защите печеночной клетки от токсического повреждения, и участию в выработке таурина, который, наряду с глутатионом, играет важную роль в детоксицирующей функции печени.
Таким образом, функции кишечной микробиоты, непосредственно связанные с жизнедеятельностью макроорганизма, не сводятся только к привычному обеспечению колонизационной резистентности организма. И кишечная микрофлора, и печень являются основными системами, при взаимодействии которых осуществляются процессы детоксикации организма. Микробиота в составе биопленки первой вступает в контакт со всеми субстанциями, поступающими в организм с пищей, водой, воздухом атмосферы. Она трансформирует химические вещества в нетоксические конечные продукты либо в промежуточные соединения, легко разрушаемые в печени и удаляемые из организма. В случае нарушения этой важнейшей функции или снижения детоксикационной способности печени возрастает число и расширяется спектр потенциально патогенных микроорганизмов, увеличивается их транслокация через стенку кишки, что может сопровождаться возникновением эндогенной инфекции или суперинфекции. Нарушение взаимодействия печени и кишечника (так называемой оси «кишечник – печень») приводит к взаимным функциональным и структурным изменениям в них самих и в организме в целом. Вследствие этого гепатоэнтеральную регуляцию различных органических и неорганических соединений можно без преувеличения причислить к кардинальным гомеостатическим механизмам.
Литература
1. Alaish S.M., Smith A.D., Timmons J. et al. Gut microbiota, tight junction protein expression, intestinal resistance, bacterial translocation and mortality following cholestasis depend on the genetic background of the host // Gut Microbes. – 2013. – Vol. 4 (4). – P. 292-305. – doi: 10.4161/gmic.24706. Epub 2013 Apr 15.
2. Berg R.D. Bacterial translocation from the intestines // Jikken Dobutsu. – 1985. – Vol. 34 (1). – P. 1-16.
3. Borg A., Ehrenberg M. Determinants of the rate of mRNA translocation in bacterial protein synthesis // J. Mol. Biol. – 2014. – Nov 14. – pii: S0022-2836(14)00583-X. doi: 10.1016/j.jmb.2014.10.027.
4. Cruz N. et al. Bacterial translocation across enterocytes: results of a study of bacterial-enterocyte interactions utilizing Caco-2 cells // Shock. – 1994. – Vol. 1 (1). – P. 67-72.
5. de Souza L. et al. Bacterial translocation in acute pancreatitis. Experimental study in rats // Rev. Hosp. Clin. Fac. Med. San Paulo. – 1996. – Vol. 51 (4). – P. 116-120.
6. Foitzik T. et al. Does glutamine reduce bacterial translocation? A study in two animal models with impaired gut barrier // Int. J. Colorectal Dis. – 1999. – Vol. 14 (3). – P. 143-149.
7. Giannelli V., Di Gregorio V., Iebba V. et al. Microbiota and the gut-liver axis: bacterial translocation, inflammation and infection in cirrhosis // World J. Gastroenterol. – 2014. – Vol. 20 (45). – P. 16795-16810. – doi: 10.3748/wjg.v20.i45.16795.
8. Ilan Y. Leaky gut and the liver: a role for bacterial translocation in nonalcoholic steatohepatitis // World J. Gastroenterol. – 2012. – Vol. 18 (21). – P. 2609–2618. – doi: 10.3748/wjg.v18.i21.2609.
9. Lamprecht G., Heininger A. Current aspects of sepsis caused by bacterial translocation // Zentralbl. Chir. – 2012. – Vol. 137 (3). – P. 274-278. – doi: 10.1055/s-0031-1284043. Epub 2012 Jun 18.
10. Madsen K.L. Enhancement of Epithelial Barrier Function by Probiotics // J. Epithelial Biol. Pharmacol. – 2012. – Vol. 5 (Suppl 1-M8). – P. 55-59.
11. Naaber P., Smidt I., Tamme K. et al. Translocation of indigenous microflora in an experimental model of sepsis // J. Med. Microbiol. – 2000. – Vol. 49 (5). – P. 431-439.
12. Rosero O., Kovacs T., Onody P. et al. Bacterial translocation: gap in the shield // Orv. Hetil. – 2014. – Vol. 155 (8). – P. 304-312. – doi: 10.1556/OH.2014.29836.
13. The Human Microbiome Project Consortium / Barbara A., Nelson K.E., Pop M. et al. A framework for human microbiome research // Nature. – 2012. – Vol. 486 (7402). – P. 215-221. – doi:10.1038/nature11209.
14. Бондаренко В.М. Роль условно-патогенных бактерий при хронических процессах различной локализации. – М.: Тверь-Триада, 2011. – 88 с.
15. Гинцбург A., Ильина Т.С., Романова Ю.М. «Quorum sensing» или социальное поведение бактерий // ЖМЭИ. – 2003. – №5. – С. 86-93.
16. Крамарев С.А. Современные гепатопротекторы в гепатологии [Текст] / С.А. Крамарев // Дитячий лікар. – 2011. – №1. – С. 5-9.
17. Никитенко В.М., Ткаченко Е.И., Стадников А.Л. и др. Транслокация бактерий из желудочно-кишечного тракта – естественный защитный механизм // Эксперимент. и клин. гастроэнтерол. – 2004. – №1. – С. 48.
18. Черемушкин С.В., Кучерявый Ю.А., Черемушкина Н.В. Синдром раздраженного кишечника: коротко о главном. История, патофизиология и лечение // Русс. мед. журн. – 2014. – №31. – С. 221-222.
19. Шульпекова Ю.О. Пробиотики и продукты функционального питания // РЖГГК. – 2012. – Т. 22, №3. – С. 70-79.
20. Щербак И.Б. Потенциал адеметионина и перспективы его применения при неалкогольном стеатогепатите [Текст] / И.Б. Щербак // Укр. мед. часопис: Наук.-практ. загальномед. журн. – 2013. – № 2. – С. 149-151.
21. Юрьев К.Л. Адементионин при болезнях печени. Доказательное досье [Текст] / К.Л. Юрьев // Укр. мед. часопис. – 2011. – №3. – С. 63-69.