Глава 3. Этиопатогенез и анализ антибиотикотерапии СИБР в тонкой кишке
(В. Л. Мартынов)
В России гастроинтестинальная патология составляет около 2500 на 100 тыс. населения (Филиппова Т. В., 2014). По данным Рапопорта С. И. (2008) более 60–70 % населения страдает различными заболеваниями ЖКТ, 13–17 % из них нуждается в госпитализации. На протяжении последних десятилетий в структуре гастроэнтерологической патологии во многих странах мира отмечается устойчивая тенденция к увеличению распространенности функциональных заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) (El-Serag H. B., 2004; Mahadeva S., 2006). В сочетании с существенными экономическими затратами функциональные заболевания претендуют на статус социально значимых (Drossman D. A., 2006).
Эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что 40–60 % взрослых пациентов и 90 % больных детей с жалобами на нарушения функций системы пищеварения страдают ее функциональными заболеваниями (Фролькис А. В., 1991). Ведущие специалисты утверждают, что синдром раздраженного кишечника (СРК) определяется у 10–20 % взрослого населения развитых стран, что составляет до 50 % от всех посещений гастроэнтеролога (Sperber A. D, 2012).
В современной гастроэнтерологии синдром избыточного бактериального роста тонкой кишки (СИБР) признается ключевым звеном в развитии интра– и экстрадигестивной патологии. Так, частота выявления избыточного роста бактерий в тонкой кишке при различных заболеваниях ЖКТ, склеродермии, диабетической нейропатии, последствиях хирургических вмешательств составляет 40–99 % (Ардатская М. Д., 2011; Бондаренко В. М., 2007).
По данным Жарковой М. С. (2012) СИБР определялся у 69 % пациентов с циррозом печени. В зарубежных исследованиях этот синдром выявляется у 49–60 % больных циррозом (Dae Won Jun, 2010; Gunnarsdottir S. A., 2003; Pande С., 2009; Yang C. Y., 1998). Частота регистрации СИБР возрастает при увеличении класса цирроза по Child – Pugh (30,8 % – при А, 69,2 % – при В и С; p=0,054) (Bures J., 2010), при этом все авторы сообщают о корреляции между СИБР и тяжестью заболевания печени (Dae Won Jun, 2010; Pande С., 2009; Жаркова М. С. (2012).
У пациентов с СРК СИБР диагностируется с частотой от 30 до 85 % (Маевская Е. А., 2013; Черёмушкин С. В. 2000; Ford A. C., 2009; Mann N. S., 2009; Pimentel M., 2000, 2003; Scarpellini E., 2009; Singh V. V., 2004). Мечетина Т. А. (2011) отмечает, что СИБР у пациентов перенесших холецистэктомию встречается чаще по сравнению с больными желчнокаменной болезнью (76 % и 20 % пациентов соответственно, р=0,05).
Сочетание хронического панкреатита и СИБР определялось от 30–40 % до 65 % (Dominguez-Munoz J. E., 2007; Elfick D. A., 2005) и даже до 92 % случаев (Mancilla А. С., 2008).
Высокую распространенность СИБР (56 %) выявили у пациентов с муковисцидозом (Fridge J. L., 2007). При гастропарезе СИБР выявлялся у 60 % пациентов (George N. S., 2012). Tursi A. (2005) выявил избыточную колонизацию тонкой кишки у 59 % пациентов с множественными дивертикулами толстой кишки. У пациентов с глютеновой болезнью СИБР выявляется в 9–55 % (Rubio-Tapia A., 2009; Tursi A., 2003).
Согласно различным исследованиям небольших групп клинически здоровых людей в качестве контроля СИБР был определен у 2,5–22 % (Grover M., 2008; Lin H. C., 2004; Lupascu A., 2005; Pimentel M., 2000; Pimentel M., 2003; Pimentel M., 2004; Sabaté J. M., 2008; Scarpellini E., 2009; Wigg A. J. 2001).
Однако, реальная распространенность СИБР на сегодняшний день неизвестна. Фактически это патологическое состояние плохо диагностируемо ввиду неспецифичности его симптомов, которые часто относят к основному производящему СИБР заболеванию (Bures J., 2010). СИБР чрезвычайно распространен в присутствии одного и более предрасполагающих патологических состояний.
Проблема СИБР в современной гастроэнтерологии. СИБР является полиэтиологическим патологическим состоянием (Кучумова С. Ю., 2011; Ардатская М. Д., 2011; Кучерявый Ю. А., 2010). Мы ранжируем причины СИБР на 3 группы: антероградная колонизация тонкой кишки из вышележащих отделов ЖКТ; ретроградная колонизация тонкой кишки из нижележащих отделов ЖКТ; мальнутриция (мальдигестия и мальабсорбция). Проанализировав широкий спектр причин возникновения СИБР, можно выделить обширную группу заболеваний органического врожденного (нарушение моторики различных отделов ЖКТ, в том числе, хроническое нарушение дуоденальной проходимости; рефлюксы пищеварительного тракта; дивертикулёз) и приобретенного (резекция желудка; ваготомия; кишечная непроходимость; тонко-толстокишечный анастомоз и т. д.) характера, эффективная коррекция которых консервативными методами невозможна.
Публикуемые данные указывают на то, что СИБР является "универсальным патологическим процессом" и реализуется через хроническое альтеративное воспаление слизистой оболочки кишечника с последующим вовлечением всех слоев кишки и нарушением местных и системных процессов регуляции.
Интересна эволюция взглядов на патогенез СИБР в публикациях отечественных исследователей. Некоторые авторы (Мечетина Т. А., 2011; Ардатская М. Д., 2011) полагают, что нарушение процессов пищеварения в тонкой кишке приводит к поступлению непереваренных нутриентов в толстую. Это сопровождается размножением гнилостной и бродильной микрофлоры в толстой кишке, в результате чего возникает цекоилеальный рефлюкс – условие для избыточной колонизации слизистой оболочки тонкой кишки толстокишечной микрофлорой. Однако данная концепция не выдерживает критики из-за особенностей анатомического и функционального механизмов обеспечения арефлюксности илеоцекального клапана описанных Витебским Я. Д. (1973) и подтвержденных экспериментально (Мартынов В. Л., 2006).
Кучерявый Ю. А. (2014) полагает, что дефицит нормальной флоры с высвобождением экологических ниш вряд ли будет существовать долго – это место будут занимать представители условно-патогенной микрофлоры. Наличие патогенной флоры с развитием последующего воспаления слизистой оболочки ЖКТ у восприимчивого субъекта посредством активации местной иммунной защиты и развития кишечного дисбиоза способно увеличивать риск развития функциональных заболеваний. Таким образом, необходимым условием формирования СИБР является редукция нормальной микрофлоры, которую необходимо рассматривать как нарушение колонизационной резистентности слизистой оболочки тонкой кишки в условиях перманентного воздействия этиологических факторов.
Механизмы колонизационной резистентности. Микробиота кишечника обеспечивает колонизационную резистентность слизистых оболочек (Lawley T. D., 2012). Локальная кишечная микробиоматерия развилась и адаптировалась под многочисленные экологические ниши в ЖКТ, что сформировало мощный барьер для последующей колонизации инородных микробов. Модель колонизационной резистентности предполагает наличие множества уровней защиты хозяина, которые являются результатом взаимодействия микробов между собой и с иммунной системой (Lawley T. D., 2012).
Различные условия жизнедеятельности в пищеварительном тракте обусловили разнообразие микробиоты: 1) микробиота различается по составу вдоль пищеварительного тракта (Leser T. D., 2009; Maukonen J., 2008; Hayashi H., 2005; Wilson M., 2005; Macfarlane S., 2003); 2) колонии различаются геномом и набором фенотипических черт (Lapierre P., 2009), которые формируются как результат совместного с иммунной системой созревания с момента первичной колонизации (Dethlefsen L., 2006; Gill N., 2011; Norin E., 2010); 3) слизь, покрывающая энтероциты, разделяет флору на внутрипросветную и пристеночную (Eckburg P. B., 2005; Zoetendal E. G., 2002), также является важным энергетическим ресурсом (Macfarlane S, 2003), механическим барьером (Johansson M. E., 2011) и концентрирует IgA (Macpherson A. J., 2008), a-defensins, кателицидины, лизозимы и лектины (McGuckin M. A., 2011; Salzman N. H., 2010; Vaishnava S., 2011).
Общим для кишечного биоценоза является тот факт, что 99 % кишечных сапрофитов являются анаэробами и принадлежат четырем видам: Гр+ Firmicutes и Actinobacteria и Гр– Bacteroidetes и Proteobacteria. (Rajilic-Stojanovic M., 2007; Tap J., 2009). Они обеспечивают постоянство метаболического каскада, выполняющего детоксикационную, энергетическую и пластическую функции (Hooper L. V., 2002; Turnbaugh P. J., 2009; Mortensen P. B., 1996).
Критический компонент сопротивления колонизации – прямые взаимодействия микроб-микроб (Hopkins M. J., 2003; Lievin V., 2000; Servin A. Lю., 2004). Борьба за экологические ниши и питательные вещества, обусловила разнообразие и богатство симбионтной флоры. Кишечная микробиоматерия заполняет широкий диапазон доступных ниш, формирует сложные питательные сети, где метаболит одного микроба – условие роста для другого (Flint H. J., 2007; Ley R. E., 2006). Любая вторгающаяся чужеродная флора находится в прямой конкуренции с местной микробиоматерией за экологические ниши и нутриенты (Freter R., 1983).
Аналогично эпителиальной слизи пристеночная микробиоматерия действует как дополнительный механический барьер, занимая рецепторы адгезии клеточных мембран (Juge N., 2012).
Создавая анаэробные условия в просвете кишечника (Marteyn B., 2011), местная микробиоматерия снижает окислительный потенциал кислорода и замедляет темп роста и экспрессию генов ядовитости Enterobacteriaceae (Altier C., 2005). Аналогично, Шигелла flexneri чувствительна к незначительным изменениям концентрации O2 и реализует свою патогенность только в особых условиях (Marteyn B., 2010).
Сапрофитная флора выделяет многочисленные бактериоцины, которые специализированы против болезнетворных микроорганизмов (Dobson A., 2012), например против Listeria monocytogenes, Сальмонелла spp., Clostridium botulinum, Clostridium perfringens и C. dificille (Corr S. C., 2009; Gong H. S., 2010; Dabard J., 2001; Rea M. C., 2010).
Регулирование колонизации и патогенных свойств кишечными болезнетворными микробами, через экспрессию генов (Camilli A., 2006) является главным механизмом воздействия на клетки хозяина, приводя к возникновению болезни и снижению иммунного ответа. Характерный для местного биоценоза метаболизм предполагает супрессию роста и вирулентности болезнетворных микроорганизмов. Так, свободные жирные кислоты (СЖК) являются ингибитором экспрессии гена ядовитости патогенных Enterobacteriaceae (Gantois I., 2006; Monack D. M., 2004). Также они снижают pH среды ниже уровней функционирования болезнетворных микроорганизмов, таких как Сальмонелла spp. и Escherichia coli (Macpherson A. J., 2008; Cherrington C. A., 1991; Duncan S. H., 2009; Shin R., 2002; Veiga P., 2010).
СЖК (бутират) являются главным источником энергии для энтероцитов и, косвенно укрепляют эпителиальный барьер. Ацетат и пропионат СЖК, обнаруженные в крови, являются индикатором нормального состояния кишечной микробиоматерии, общего состояния здоровья и гомеостаза (Wong J. M., 2006). Недавно выявлено, что ацетатное производство bifidobacteria защищает мышей от enterohaemorrhagic E. Coli инфекции, уменьшая проникновение токсина Shiga из кишечника в кровь (Fukuda S., 2011).
Кишечные сапрофиты и их метаболиты – сильные стимуляторы кишечной иммунной системы, непосредственно воздействуют на общее состояние кишечных эпителиальных клеток (Artis D., 2008) и деятельность основных клеток иммунной системы (Atarashi K., 2008; Satoh-Takayama N., 2008).
Сбалансированный уровень T regs /T helper тип 17 (T reg /Th 17 ) является показателем кишечного гомеостаза (Lee Y. K., 2011). Регулирующие T клетки (T regs ; CD 4+ ; CD 25+ ; F oxp3+ ), расположенные в собственной пластинке слизистой оболочки, подавляют ИЛ 10 медиаторный каскад, возникающий в результате чрезмерной активности T-клеток (Josefowicz S. Z,, 2012; Round J. L., 2009). Сапрофитная кишечная флора вызывает увеличение T-regs из недифференцированных Т-клеток и защищает мышей от избыточного воспаления, вызванного кишечными болезнетворными микроорганизмами и повреждением слизистой. Например, определенные бактерии, такие как Бактероиды fragilis (Round J. L., 2010) и Bifidobacterium infantis (O’Mahony C., 2008) или определенные смеси бактерий Firmicutes bacteria (Atarashi K., 2011) способствуют увеличению T regs и укрепляют кишечный барьер.
Другие представители микробиоматерии способствуют активации Th 17 . Например, сегментированные волокнистые бактерии плотно взаимодействуют с кишечными эпителиальными клетками и вызывают сильный Th 17 -ответ, не вызывая кишечную патологию. Колонизация мышей этими бактериями вызывала умеренный защитный эффект против Citrobacter rodentium (патогенные E. Coli-подобные бактерии) (Ivanov I. I., 2009). Неспецифические метаболиты микробиоматерии также способствуют дифференцировке и вербовке Th 17 , который опосредует резистентность экспериментальному колиту (Atarashi K., 2008).
Maslowski K. M. (2009) продемонстрировал, что СЖК через G-белки (GPR 43 ) представленных на нейтрофилах, начинают сигнальный каскад, приводящий к возбуждению путей апоптоза и миграции клеток. Авторы предлагают, чтобы СЖК (SCFA) играют роль в снижении кишечного воспаления, подавляя агрессию нейтрофилов.
Механизмы инвазии. С бактериальной точки зрения успешная колонизация кишечного тракта представляет грандиозную задачу (Falkow S., 1997). Бактерия должна выжить во внешней среде, попасть в полость рта, затем пройти через пищевод, пережить низкий pH желудка, определить подходящую нишу на слизистой кишечника и, в конечном счете, получить доступ к питательным веществам, чтобы реализовать свои свойства. Для успешной колонизации достаточному числу бактерий необходимо сопротивляться кишечному клиренсу (Falkow S., 1997). Вторгающаяся бактерия должна непрерывно конкурировать с сапрофитной микробиоматерией за ниши и питательные вещества и сопротивляться иммунной реакции кишечника (Stecher B., 2008).
Достаточная плотность популяции увеличивает вероятность реализации болезнетворным микробом своих свойств, абсорбции на слизистой оболочке, запуска местного воспалительного ответа и инвазии в глубжележащие ткани (Coombes B. K., 2004). Последние исследования указывают, что действие болезнетворных микроорганизмов принимает иммунный характер, чтобы вытеснить местную флору и нивелировать эффект колонизационной резистентности (Lupp C., 2007, Stecher B., 2007).
Toll-подобные рецепторы (TLRs) и NODs-рецепторы расположены на клеточной мембране, в пределах определенных органоидов и на цитоплазматической сети и идентифицируют множество кишечных микробов и их антигенов (липополисахарид, пептидогликаны, нуклеотиды, белки и липопротеины) (Iwasaki A., 2004). Эти рецепторы являются триггерами, запускающими воспаление при взаимодействии с болезнетворными бактериями (Kawai T., 2009).
Способность кишечных болезнетворных микроорганизмов достигнуть энтероцитов и управлять ими, посредством активации сильного провоспалительного каскада, обеспечивает стратегию колонизации. Так, Сальмонелла Typhimurium и Citrobacter rodentium использует множество факторов ядовитости, чтобы колонизировать и непосредственно управлять клетками – хозяевами, приводя к толстокишечному воспалению (Barthel M., 2003; Higgins L. M., 1999). Идентификация TLR / NOD-рецепторами S. Typhimurium и Citrobacter rodentium вызывают ответ Th 1 / Th 17 , характеризующийся дифференциацией и активацией нейтрофилов и макрофагов (Geddes K., 2011; Lee S. J., 2012; Broz P., 2011).
Интересно, что и S. Typhimurium и Citrobacter rodentiumhave обладают множеством механизмов выживания и развития в агрессивной среде (Lupp C., 2007; Stecher B., 2007). Например, S. Typhimurium способна размножаться внутри фагоцита (Finlay B. B.,, 2000), сопротивляется антибактериальным веществам хозяина (lipocalin-2, RegIIIb и кальпротектин) (Raffatellu M., 2009; Stelter C., 2011; Liu J. Z., 2012). Также активно используют свободные радикалы кислорода и другие акторы воспаления для собственного роста (Thiennimitr P., 2011; Winter S. E., 2010). Напротив, многие бактерии сапрофиты не выживают в условиях воспаленной слизистой оболочки, в результате чего разнообразие и численность местной микробиоматерии снижаются (Lupp C., 2007; Stecher B., 2007). Поэтому, S. Typhimurium и Citrobacter rodentium эксплуатируют гиперреактивное, патологическое Th 1 / Th 17 -обусловленное воспаление и вытесняют сапрофитную флору хозяина (Lawley T. D., 2008; Wickham M. E., 2007).
Антибиотикотерапия и колонизационная резистентность. Одними из наиболее важных факторов, влияющих на микробиоматерию в кишечнике, являются антибиотикотерапия и синдром диареи. Микробиоматерия высоко пластична и устойчива, но полного восстановления разнообразия после антибиотикотерапии не происходит (Dethlefsen L., 2011; Jernberg C., 2007). То есть долгосрочные последствия после антибиотикотерапии для здоровья человека и колонизационной резистентности определенно остаются (Blaser M. J., 2009).
Лечение антибиотиками разрушает кишечный микробиоценоз, приводит к уменьшению количества микробов и разнообразия видов (Antonopoulos D. A., 2009), также подавляет механизмы иммунной защиты (Brandl K., 2008). Как результат, снижается колонизационная устойчивость, высвобождаются экологические ниши и нутриенты и происходит иммуносупрессия хозяина, что активно используют болезнетворные микроорганизмы (Trevor D., 2012). Кроме того, истощение местной микробиоматерии способствует сохранению в кишечнике резидентной патогенной флоры в незначительных титрах, в результате чего формируется феномен бессимптомного носительства (Wilson K. H., 1988).
Например, C. Difficile является главной причиной антибиотик-ассоциированной диареи. Они колонизируют пациентов будучи спорами и немедленно вегетируют после воздействия антибиотиков (Bartlett J. G., 2006; Rupnik M., 2009). Clostridium Difficile продуцирует два мощных энтеротоксина, тормозя глюкозотрансферазную активность, за счет чего проникают в энтероцит, необратимо разрушая цитоскелет (Shen A., 2012). Это приводит к некрозу клеток, разрушению эпителиального барьера, транслокации бактерий и токсинов в кровь и активации мощного альтеративного воспаления (Lamont J. T., 2002). У людей и мышей кластридийная инфекция связана с редуцированной микробиоматерией (Buffie C. G., 2012; Chang J. Y., 2008), которая содержит высокие титры стойких и патогенных спор C. Difficile (Lawley T. D., 2009).
Диарейные инфекции, обусловленные дисбактериозом, являются серьезной и растущей проблемой в развитых (преобладает Clostridium Difficile) (Bartlett J. G.. 2002) и развивающихся странах (преобладает патогенный Enterobacteriaceae) (Moore S. R., 2011). В лечении первой линии неизменно присутствуют антибиотики, но их эффективность низка. Это подтверждается увеличением устойчивых к антибиотикам штаммов как болезнетворной флоры, так и сапрофитов (Cooper M. A., 2011). Традиционное пробиотическое сопровождение антибиотикотерапии способствует колонизации кишечника пациента кратковременно (Bron P. A., 2012) и устойчиво микробное разнообразие кишечника не восстанавливают.