CC BY
112
УДК 579.61
Статья поступила в редакцию 20.05.2017
ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ АЛКОГОЛИЗАЦИИ
© 2017
Яковлев Анатолий Трофимович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой клинической лабораторной диагностики с курсом клинической лабораторной диагностики ФУВ Волгоградский государственный медицинский университет (г. Волгоград, Российская Федерация)
Поройский Сергей Викторович, доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой медицины катастроф; заведующий лабораторией моделирования патологии Кнышова Лилия Петровна, аспирант кафедры клинической лабораторной диагностики с курсом клинической лабораторной диагностики ФУВ; младший научный сотрудник лаборатории геномных и протеомных исследований Морковин Евгений Игоревич, кандидат медицинских наук, доцент кафедры фундаментальной медицины и биологии; старший научный сотрудник лаборатории геномных и протеомных исследований Волгоградский государственный медицинский университет (г. Волгоград, Российская Федерация); Волгоградский медицинский научный центр (г. Волгоград, Российская Федерация)
Аннотация. В данной статье рассматривается влияние хронической алкогольной интоксикации на качественный и количественный состав микробиоты кишечника у лиц с синдромом зависимости от алкоголя. Описывается хроническая алкогольная интоксикация, сопровождающаяся значительными нарушениями го-меостаза, которая проявляется в изменении белкового, углеводного, липидного, минерального обменов. Рассматривается роль алкоголя как одного из основных факторов, влияющих на дисбиотические сдвиги нормальной микробиоты кишечника человека. В работе представлены результаты сравнения обнаруженных ранее в ходе экспериментальной работы значительных изменений микробиоты кишечника крыс, подвергнутых хронической алкоголизации, и клинических результатов исследования микробного пейзажа у лиц с синдромом зависимости от алкоголя. При анализе результатов микробиологического исследования установлено, что под влиянием алкоголя наблюдается статистически достоверное сокращение сахаролитической микробиоты, изменение равновесия биоценоза кишечника в сторону патогенной флоры с преобладанием грамотрицатель-ных протеобактерий, являющихся источником эндотоксинов. Полученные данные являются частью клинико-экспериментального исследования изменений состояния резистентности организма, подвергшегося хроническому воздействию алкоголя, и могут служить основой для дальнейшего изучения изменений микробиоты кишечника, учет которой является значимой составляющей персонализированного подхода к определению тактики лечения и реабилитации лиц с синдромом зависимости от алкоголя.
Ключевые слова: симбионтная микробиота; микробиоценоз; иммунный статус; эндогенная интоксикация; экспериментальное моделирование; микробный пейзаж кишечника; этанол; алкоголь; ацетальдегид; алкогольная интоксикация; синдром избыточного бактериального роста; дисбиотические сдвиги; патологические процессы.
Актуальность исследования
С начала XXI века наблюдается возрождение интереса к симбионтной микробиоте и ее влиянию на здоровье и болезни человека. Биологическое равновесие между человеком и микробной флорой, сложившееся в результате эволюции, является своеобразным индикатором состояния макроорганизма, реагируя на различные патологические процессы в организме и на любые изменения в окружающей среде [1]. Внешние факторы могут в значительной степени изменять таксономический и функциональный состав микробиоты, способствуя развитию различных заболеваний, таких как сахарный диабет, неалкогольная болезнь печени, ожирение, аллергические и аутоиммунные болезни. К такого рода факторам в полной мере можно отнести этанол [2; 3].
И.И. Мечников писал о полезных микроорганизмах как о «биопленке», состоящей из сотен видов микробов, покрывающей кожу и слизистые оболочки человека наподобие перчаток. Понятие биопленки осталось актуальным и в наши дни [4; 5; 6]. Сегодня уже не подвергается сомнению тот факт, что состояние микробиоты во многом определяет здоровье человека. Изучение микроэкологии кишечника представляет «новые рубежи» в биологии и медицине. В кишечнике находится огромное количество микро-
организмов, которые представлены 17 семействами, 45 родами и более чем 500 видами. Его микробиота состоит из большого количества различных групп и видов бактерий. Общее количество просветной и пристеночной флоры на один грамм тканей кишечника может достигать 1012 КОЕ [7]. Но при воздействии анормальных экзо- и эндогенных факторов микробиоценозы выходят из состояния микробиологического равновесия, что, в свою очередь, сопровождается возникновением дисбактериоза [8; 9].
Алкоголь может быть одним из основных факторов, влияющих на состав и функции микробиоты кишечника. Анализ многочисленных исследований и публикаций, в которых рассматривались аспекты этой проблемы, показал, что в число биологических эффектов этанола входят развитие синдрома избыточного бактериального роста (СИБР) в тонкой кишке, нарушение барьерной функции кишечника, а также таксономические изменения микробиоты кишечника. Например, наличие (СИБР) описано в экспериментальных моделях алкогольной болезни печени (АБП) [10]. Предполагается, что в основе избыточного роста микроорганизмов лежат нарушение оттока желчи, дисмоторика кишечника, снижение кислотности в желудке и изменения иммунного статуса под влиянием этанола [11]. Аналогичные ре-
зультаты получены Т. На^е и соавт., обнаружившими избыточный рост бактерий в двенадцатиперстной кишке больных алкоголизмом [12].
В связи с незначительной продукцией слизистой кишечника алкогольдегидрогеназы, предназначенной для расщепления этанола до токсического аце-тальдегида, алкоголь оказывает при приеме внутрь в основном непосредственное токсическое воздействие, прежде всего на слизистую двенадцатиперстной и тощей кишки. В результате воздействия алкоголя на слизистую двенадцатиперстной и тонкой кишки уменьшается продукция собственных кишечных ферментов, обеспечивающих мембранный гидролиз (лактозы, сахарозы, мальтозы, щелочной фосфатазы, кишечной АТФазы). Нарушаются механизмы активного транспорта из кишки в кровь мономеров (глюкозы, аминокислот). СИБР приводит к повреждению слизистой оболочки тонкой кишки и нарушению всасывания витаминов (В1, В6, В12, А, Е, К, фолие-вой кислоты), цинка и других нутриентов. В результате у пациентов отмечаются потеря массы тела, признаки гиповитаминозов [13; 14]. Алкогольная интоксикация сопровождается значительными нарушениями гомеостаза, проявляется изменениями белкового, углеводного, липидного, минерального обменов, немаловажную роль в этом принимают дисбио-тические сдвиги нормальной микробиоты кишечника [13; 15; 16].
Ранее, в ходе экспериментальной работы, нами были обнаружены значительные изменения микроТаблица 1 - Микробиологические показатели, пи ванные при изучении кишечной микробиоты
биоты кишечника крыс, подвергнутых хронической алкоголизации [17; 18]. Целью данного исследования стало клиническое подтверждение и оценка изменений микробиоты кишечника у лиц с синдромом зависимости от алкоголя (СЗА).
Материалы и методы
Лабораторные исследования выполнялись на кафедре клинической лабораторной диагностики ФУВ Волгоградского государственного медицинского университета, а также в Волгоградском медицинском научном центре. Клиническая часть исследования проводилась на базе наркологического отделения Волгоградской областной наркологической больницы. Обследовано 20 мужчин с СЗА (возраст от 20 до 35 лет). Для обследования отбирались лица без сопутствующих заболеваний (гепатит, СПИД, другие вирусные инфекции и интоксикации).
Материалом для исследования являлся кал лиц с СЗА. Определение видового и количественного состава кишечной копрокультуры проводили культу-ральными, биохимическим и микроскопическим методами, согласно методике, предложенной Московским НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Га-брического, и оценивали по отраслевому стандарту [19] ОСТ 91500.11.0004-2003 [20].
Изучаемые микробиологические показатели, питательные среды, используемые для разведения, и условия культивирования различных микроорганизмов представлены в табл. 1.
тельные среды и условия культивирования, использо-
Изучаемые микроорганизмы Питательные среды Время, условия культивирования
Escherichia coli Escherichia coli hemolizating Среда Эндо 24 ч., аэробное, +37°С
Staphylococcus spp. Желточно-солевой агар (среда Чистовича) 48 ч., аэробное, +37°С
Bifidobacterium spp. Среда Блаурокка 48 ч., анаэробное, +37°С
Lactobacterium spp. Среда для молочнокислых бактерий (типа MRS) 48 ч., анаэробное, +37°С, СО2 атмосфера
Дрожжеподобные грибы Candida spp. Среда Сабуро пенициллином и стрептомицином 48 ч., аэробное, +35°С
Proteus spp. Среда Эндо, среда Плоскирева 24 ч., аэробное, +37°С
Для проверки статистической гипотезы разности средних значений использовался непараметрический U-критерий Манна-Уитни в программе GraphPad Prism 5.0.
Результаты исследований и их обсуждение В ходе исследования обнаружено, что в биотопах кишечника у лиц в наблюдаемых группах с СЗА происходят однотипные нарушения в составе микробиоты, связанные с уменьшением содержания обли-гатных микроорганизмов и повышением количества УПМ.
Анализ видового состава и численности микроорганизмов кишечника у лиц с СЗА выявил выраженную тенденцию уменьшения количества представителей пробиотических штаммов (рис. 1). Было отмечено достоверное сокращение Bifidobacterium spp. до 103-105 КОЕ/г, по сравнению с нормой - 109-1010
КОЕ/г, таким образом отмечено снижение Bifidobac-terium spp., Lactobacterium spp. в 3-4 и 1-2 раза соответственно. Содержание Lactobacterium spp. было также снижено и находилось в пределах 102-103 КОЕ/г, при норме в 107-108 КОЕ/г.
При анализе непатогенных штаммов по сравнению с нормой было показано статистически достоверное снижение концентрации Escherichia coli до 103-105 КОЕ/г при норме 106-108 КОЕ/г.
По результатам оценки состава протеолитической микробиоты была выявлена выраженная тенденция увеличения количества (107-108 КОЕ/г) Escherichia coli hemolizating.
Содержание Enteroccocus spp. не выходило за пределы нормы и составляло 108 КОЕ/г. Достоверных отличий в содержании Proteus spp. и Candida spp. выявлено не было, они регистрировались у единичных пациентов в количестве 103-105 КОЕ/г.
Высеваемые микроорганизмы Рисунок 1 - Состояние микробиоты кишечника лиц с СЗА
Выводы
В ходе выполнения работы нами отмечено увеличение активности аэробов, способных к гемолизу (Escherichia coli hemolizating) на высоте алкогольоб-условленной интоксикации, что свидетельствует о наличии воспалительных процессов и является маркером дисбиотических нарушений в кишечнике. Изменения лабильных структур микробного гомеостаза подтверждаются характером нарушений среди представителей облигатной микробиоты кишечника, усугублением дефицита сахаролитической микробиоты (Bifidobacterium spp., Lactobacterium spp.) и сокращением титра кишечной палочки, что может быть одной из причин функциональных и органических изменений в кишечнике при хронической алкогольной интоксикации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Ley R.E., Lozupone C., Hamady M., Knight R. and Gordon J.I. Worlds within worlds: evolution of the vertebrate gut microbiota // Nature Rev Microbiol. 2008. Vol. 6. P. 776-788.
2. Пауков B.C., Угрюмов А.И., Беляева Н.Ю. Межорганные отношения при алкогольной интоксикации // Архив патологии. 1991. Т. 53, № 3. С. 3-10.
3. Bode C., Bode J.C. Effect of alcohol consumption on the gut // Best Pract. Res. Clin. Gastroenterol. 2003. Vol. 17, № 4. P. 575-592.
4. Бондаренко В.М., Воробьев А.А. Дисбиозы и препараты с пробиотической функцией // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2004. № 1. С. 84-87.
5. Воробьев А.А., Несвижский Ю.В., Буданова Е.В., Зуденков А.Е. Сравнительное изучение пристеночной микрофлоры толстой кишки в эксперименте на мышах // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2001. № 1. С. 62-67.
6. Несвижский Ю.В., Богданов Е.А., Зверев В.В., Воробьев А.А. Микробиоценоз пристеночного муцина желудочно-кишечного тракта крыс с индуцированным дисбиозом // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2007. № 3. С. 57-60.
7. Парфенов А.И., Осипов Г.А., Ручкина И.Н. Теоретические вопросы дисбактериоза кишечника // Consilium Medicum. 2003. № 6. С. 328-330.
8. Митрохин С.Д. Дисбактериоз: современные представления. Диагностика. Возможности лечения // Антибиотики и химиотерапия. 2004. Т. 49, № 7. С. 22-33.
9. Кнышова Л.П., Яковлев А.Т. Дисфункция микробиоценоза кишечника в структуре эндогенной интоксикации // Национальная ассоциация учёных. 2016. № 3-1 (19). С. 42-43.
10. Yan A.W., Fouts D.E., Brandl J., Starkel P. et al. Enteric dysbiosis associated with a mouse model of alcoholic liver disease // Hepatology. 2011. Vol. 53, № 1. P. 96-105.
11. Бакулин И.Г., Шаликиани Н.В. Алкоголь и изменения микрофлоры кишечника: современные представления // Доктор.Ру. Гастроэнтерология. 2016. № 1 (118). С. 38-42.
12. Hauge T., Persson J., Danielsson D. Mucosal bacterial growth in the upper gastrointestinal tract in alcoholics (heavy drinkers) // Digestion. 1997. Vol. 58, № 6. P. 591-595.
13. Isolauri E., Kalliomaki M., Laitinen K., Salminen S. Modulation of the maturing gut barrier and mi-crobiota: a novel target in allergic disease // Curr Pharm Des. 2008. Vol. 14. P. 1368-1375.
14. Лейхтер С.Н., Шидакова H.A., Лебедева О.В. Влияние дисбиотических нарушений на характер метаболических сдвигов при острой алкогольной интоксикации // Бюллетень СГМУ. 2004. № 1. С. 135136.
15. Кирпич И.А., Шелыгин К.В. Систематизация проявлений патогенного влияния алкогольной интоксикации // Бюллетень СГМУ. 2000. № 2. С. 45-46.
16. Успенский Ю.П., Балукова Е.В. Тревожные расстройства и их коррекция в гастроэнтерологической практике // Consilium-Medicum. 2008. Т. 10, № 8. С. 102-105.
17. Кнышова Л.П., Поройский С.В., Яковлев А.Т., Морковин Е.И. Влияние экспериментальной хрони-
ческой эндогенной алкогольной интоксикации на микрофлору кишечника // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2016. № 4 (60). С. 40-44.
18. Кнышова Л.П., Поройский С.В., Яковлев А.Т., Морковин Е.И., Тарасов А.С. Критерии достоверности воспроизведения экспериментальной модели хронической алкогольной интоксикации // Волгоградский научно-медицинский журнал. 2016. № 4 (52). С. 48-52.
19. Отраслевой стандарт «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника» (ОСТ 91500.11.0004-2003. Приказ Минздрава России от 09.06.2003 г. № 2.
20. Бондаренко В.М., Лиходед В.Г. Методические рекомендации. Микробиологическая диагностика ди-сбактериоза кишечника. М.: ГУ НИИ-ЭМ им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, 2007. 48 с.
CHANGES OF THE INTESTINAL MICROBIOTA DURING CHRONIC ALCOHOL INTAKE
© 2017
Yakovlev Anatoly Trofimovich, doctor of medical sciences, professor,
head of Clinical Laboratory Diagnostics Department Volgograd State Medical University (Volgograd, Russian Federation) Poroysky Sergey Viktorovich, doctor of medical sciences, associate professor, head of Disaster Medicine Department, head of Experimental Pathology Laboratory Knyshova Liliya Petrovna, postgraduate student of Clinical Laboratory Diagnostics Department;
junior researcher of Genomic and Proteomic Researches Laboratory Morkovin Evgeny Igorevich, candidate of medical sciences, associate professor of Fundamental Medicine and Biology Department; senior researcher of Genomic and Proteomic Researches Laboratory Volgograd State Medical University (Volgograd, Russian Federation); Volgograd Medical Research Center (Volgograd, Russian Federation)
Abstract. This paper examines the influence of chronic alcoholic intoxication on the qualitative and quantitative composition of the intestinal microbiota in patients with syndrome of alcohol dependence. The authors describe chronic alcoholic intoxication, accompanied by significant violations of homeostasis, which is manifested by changes in protein, carbohydrate, lipid, and mineral metabolism. The authors examine the role of alcohol as one of the main factors that affect dysbiotic shifts in the normal microbiota of human intestines. The paper presents the results of the comparison found earlier in the course of experimental work, significant changes of the intestinal microbiota of rats subjected to chronic alcoholism and clinical results of the study of the microbial landscape in patients with syndrome of alcohol dependence. The authors established that under the influence of alcohol there is a statistically significant reduction in saccharolytic microbiota. The obtained data are a part of a clinic-experimental study of changes in the state of resistance of the organism exposed to the chronic effects of alcohol and can serve as a basis for further study of the intestinal microbiota changes, which is an important component of a personalized approach to the definition of tactics of treatment and rehabilitation of people with the syndrome of alcohol dependence.
Keywords: symbiotic microbiota; microbiocenosis; immune status; endogenous intoxication; experimental modeling; microbial landscape of intestine; ethanol; alcohol; acetaldehyde; alcohol intoxication; bacterial overgrowth syndrome; dysbiotic shifts; pathological processes.
