Текст произведения
(PDF):
Читать
Скачать
Вероятнее всего, самая актуальная проблема XXI века, связанная со здоровьем людей - метаболический синдром (МС), который представлен совокупностью энергетических, гормональных, иммунологических и клинических нарушений в состоянии организма. Основные признаки МС: абдоминальное ожирение, инсулинорезистентность, дислипедемия, артериальная гипертензия, гипогонадизм и хроническое системное воспаление [1,2]. Согласно нашей гипотезе, первичным патогенетическим триггером МС, являются транзиторные нарушения иммунологической толерантности к потребляемым пищевым антигенам (пАГ), опосредованные состоянием микробиоты и мукозального иммунитета. Как результат это приводит к изменениям проницаемости кишечного барьера. За этим следует реакция иммунной системы (ИС) на проникнувшие во внутреннюю среду организма измененного количества пищевых антигенов (пАГ), активация адаптивного иммунного ответа с включением провоспалительных цитокинов и эффекторных реакций системного иммунитета. Все эти реакции направленны на элиминацию проникнувших пАГ и не только пАГ и восстановление гомеостаза. Особенности влияния пАГ на систему микробиота - кишечник - ИС, связаны с генетически предопределенным наличием полиморфизмов генов, определяющих особенности пищевого поведения человека и полиморфизмов генов в системе провоспалительные цитокины и их рецепторы. Под иммунологической толерантностью или пищевой толерантностью конкретно к пАГ, нами понимается динамический активный процесс, происходящий в течение всей жизни человека, связанный с распознаванием рецепторами ИС количественных и качественных характеристик пАГ, попадающих в ЖКТ человека в процессе пищеварения. Процесс контроля пищеварения пАГ в тонком кишечнике сопровождается механизмом частичного переноса пАГ в подслизистый слой в тонком кишечнике М-клетками ИС, sIgA - опосредованным трансцитозом, а также участием эпителиальных клеток кишечника, способных, как презентировать пАГ, высвобождать цитокины и взаимодействовать через TLR с микробиотой [3]. Мы предполагаем, что хроническое системное воспаление, лежащее в основе МС, первично реализуется на этапе нарушения распознавания пАГ на уровне структур мукозального, а затем адаптивного иммунитета, при непосредственном функциональном участии микробиоты тонкого и толстого кишечника. Воспалительный процесс сопровождается нарушением проницаемости эпителиального барьера кишечника, нарушением равновесия про- и противовоспалительных цитокинов. Как следствие это приводит к транзиторному снижению толерантности к пАГ, формированию механизмов специфического связывания пАГ с IgG, образованием ЦИК и элиминацией последних через ретикуло-эндотелиальную систему, с высокой вероятностью депонирования иммунных комплексов в жировой ткани. Предположительно иммунная реакция на пАГ или ее отсутствие, обеспечивается рядом факторов: генетикой ферментов пищеварения и цитокинов воспаления, функциональным и регуляторным состоянием микробиоты, активностью ILC1, ILC3, ILC2 - лимфоидных и дендритных клеток, экспрессией TLR2, TLR4 на энтероцитах кишечника, продукцией sIgA, IgG, TGFβ, IL-10, IL6, IL17, активностью Тreg, Тх17 лимфоцитов, концентрацией в кишечнике витаминов Д и А [3]. Эффекты изменения количественных и качественных характеристик пАГ, способны нарушить их распознавание на уровне иммунокомпетентных клеток и рецепторов на любых этапах пищеварительного процесса. Гуморальные механизмы синтеза специфических IgG являются универсальными защитными механизмами, направленными на нейтрализацию и элиминацию причинных АГ. Все эффекторные реакции, по сути являются защитными по своему предназначению, сопровождаются формированием пищевой гиперчувствительности определенного типа, в основе которой лежит синтез и экспрессия специфических рецепторов (IgG, TCR, BCR) на клетках эффекторного ряда и клетках памяти [4]. Микробиота представляет собой совокупность гетерогенных колоний микроорганизмов, находящихся в хрупком динамическом равновесии с организмом человека. При этом, определяющим в этом равновесии является союз микробиоты с системой мукозального иммунитета. Задачей мукозального иммунитета является не только секреция биологической пленки из муцина и секреторного иммуноглоублина А (sIgA) для пребывания микробиоты, но и контроль для распознавания «своего» и «чужого» относительно микробиоты любых в том числе и пАГ [5,6]. В настоящее время считается доказанным, что качественное и количественное изменение состава микробиоты отрицательно сказывается на всём организме. Например, увеличение отношения Firmicutes/Bacteroides в сторону Firmicutes и снижение количества бактерий рода Bifidobacterium может привести к ожирению и развитию метаболических нарушений [7, 6]. Описано, что недостаток Bifidobacterium у детей, сложившийся на самых ранних этапах формирования кишечной микробиоты, оказывает влияние на метаболические и иммунологические процессы, способствуя формированию ожирения [5,8]. В последнее время активно обсуждается участие в углеводном обмене среди кишечных микроорганизмов у человека бактерий рода Akkermansia muciniphila которые составляют 3-5% микробиоты [ 7, 9]. Исследование микробиоты 98 человек, по данным ПЦР в реальном времени, выявило скорее тенденцию к увеличению Bacteroidetes у людей с избыточной массой тела и снижение отношения Fermicutes/Bacteroidetes с 3,3 у стройных, против 1,2 у тучных волонтеров. При этом отмечено снижение доли метанопродуцентов (Methanobrevibacter) с 8,0 до 6,2% и бифидобактерий с 8,7 до 8,3% [7,10]. Bifidobacterium в норме обладают выраженным микробным антагонизмом, регулируя количественный и качественный состав микробиоты кишечника, а также сдерживая рост и размножение условно-патогенных микроорганизмов. Результатом уменьшения количества Bifidobacterium в организме может стать активный рост и колонизация кишечника условно-патогенными микроорганизмами, а также гнилостной и газообразующей микрофлорой, с ослаблением иммунологической защиты кишечника. Бактерии рода Clostridium способны выделять ферменты, расщепляющие жиры пищи, тем самым способствуя их более полному и быстрому всасыванию. Увеличение потребления жирной пищи ускоряет размножение этих бактерий, которые со временем способны вытеснить других обитателей нормальной микрофлоры кишечника. Показано, что увеличение количества Clostridium perfringens приводит к поражению тканей кишечника, развитию воспаления и повышенной кишечной проницаемости [6,9]. Потребление жирной пищи так же приводит к увеличению протеолитических бактерий и снижению концентрации короткоцепочечных жирных кислот, что способствует снижению моторики кишечника с замедлением кишечного транзита. Благодаря этому, бактерии класса Firmicutes извлекают больше энергии из питательных веществ с её последующим сохранением, что вносит дополнительный вклад в развитие ожирения [5,6]. Другим предиктором активно изучаемым в последнее время, опосредующим синтез провоспалительных цитокинов с нарушением проницаемости стенок кишечника, и, как следствие, нарушение механизмов контроля к части пАГ,Ю, является Candida albicans [11]. Целью нашей работы является исследование влияния коррекции пищевого поведения пациентов с метаболическим синдромом на изменение их микробиоты. Материалы и методы: В открытом проспективном исследовании приняли участие 26 волонтеров, 15 мужчин и 11 женщин, с индексом массы тела (ИМТ)>27, n=25. Медиана возраста обследуемых лиц составила 47 лет (LQ =31; HQ= 63). 16 человек имели высшее образование (61%); 8 человек (30%) - среднее специальное и 2 человека (9%) - среднее образование. Наследственность по сахарному диабету была отягощена у 9 (35%) человек, по сердечно -сосудистым заболеваниям у 5 (19%) человек. На момент включения в исследование никто из волонтеров не курил и не злоупотреблял алкоголем. Нерациональное питание было отмечено у 24 (92%) человек, в том числе высококалорийный рацион (избыток простых углеводов и трансжиров) у 19 (73%), недостаточное потребление овощей, фруктов и клетчатки у 23 (88%), что составляло менее 400-500 грамм в сутки, рекомендованные ВОЗ. На недостаток сна (хроническая добровольная депривация сна) и нарушение его структуры были жалобы у 18 (69%) волонтеров. Из анамнеза выяснено, что 20 (77%) человек до включения в исследование не занимались регулярной физической активностью, четверо (15%) занимались один-два раза в неделю, а 2 человека (8%) занимались физической активностью менее чем один раз в неделю. Все волонтеры подписывали информированное согласие, заполняли анкету, проходили взвешивание, сдавали дважды кровь на все представленные показатели: до начала комплексной реабилитации и после 6 месяцев ее проведения. Всем волонтерам группы проводился нагрузочный лактатный тест (НЛТ), с целью определения индивидуальных границ пульса по лактату периферической крови для подбора дополнительно персональных аэробных физических нагрузок, которые выполнялись согласно предложенного плана на протяжении времени наблюдения (стресс-система Shiller А-104 PS) [12]. Для лабораторных исследований использовалась венозная кровь, забираемая из локтевой вены. Исследование включало: биохимический/метаболический профиль углеводного и липидного обменов (холестерин, триглицериды, ЛПВП, ЛПНП, индекс атерогенности, глюкоза, АлАТ, АсАТ, инсулин, лептин, гомоцистеин), исследование микробиоты и исследование IgG к 111пАГ. Определение биохимических показателей (холестерин, триглицериды, ЛПВП, АлАТ, АсАТ) осуществлялось при помощи автоматического биохимического анализатора Accеnt 200 (Польша) с использованием наборов Вектор-Бест (Новосибирск). Определение лептина, инсулина, гомоцистеина и витамина 25-(ОН)Д проводилось на иммуноферментном планшетном анализаторе StatFax 2100 (США) с использованием наборов Вектор-Бест (Новосибирск), «DBC» (Канада), DIALAB (Австрия), Euroimmun AG, (Германия). Оценку пищевой гиперчувствительности к 111 пАГ осуществляли методом многокомпонентного ИФА по методологии Иммунохелс [13]. Исследование пристеночного пула микробиоты тонкого кишечника проводили с помощьью хроматомасспектрометрии (ГХ - МС) по методу Г.А.Осипова [14]. Суть анализа состоит определении состава и количества высших жирных кислот выделенных из образца крови. Методика пробоподготовки и проведения анализа была следующая. При подготовке пробы к хромато-масс-спектрометрическому анализу, кровь высушивали c добавлением равного по объему количества метанола и подвергали кислому метанолизу в 1М HCl в метаноле. Метанолиз проводили в 0,4 мл реактива на 10-15 мг сухого остатка (40 мкл цельной крови) в течение 1 часа при 80°С. На этой стадии происходило освобождение жирных кислот и альдегидов из сложных липидов микроорганизмов и других клеток жидкости в виде метиловых эфиров и диметилацеталей. Эти компоненты экстрагировали гексаном (400 мкл) в течение 5 мин, гексановый экстракт высушивался, а сухой остаток обрабатывался 20 мкл N,О-бис(триметил-силил)-трифторацетамида в течение 15 мин при 80°С для получения триметилсилильных эфиров окси-кислот и стиролов. К реакционной смеси эфиров добавляли 80 мкл гексана и 1-2 мкл раствора вводили в инжектор ГХ-МС системы [14]. Результатом являлся количественный состава микроорганизмов пристеночной микробиоты кишечника. Преимуществами метода ГХ-МС следующие: - широкий диагностический спектр: определение маркеров десятков микроорганизмов одновременно в одном анализе; - универсальность: определение разных групп микроорганизмов: бактерий, грибов, вирусов; - высокая чувствительность: 0.01 нг/мл маркера - селективность: определение микроорганизма до вида - при наличии видового маркера - независимость от оснащения микробиологической лаборатории и возможность прямого анализа клинических образцов без высевания и подращивания; - экономичность: метод не требует биологических и биохимических тестовых материалов, культуральных сред, ферментов, праймеров. По итогам первоначально полученных результатов, каждому участнику была разработана индивидуальная программа, включающая рекомендации соблюдения персонифицированной элиминационной диеты, восполнение дефицита витамина D3 и плана тренировок на шесть месяцев, опирающийся на индивидуальные границы пульса аэробной зоны, полученные на основании результатов тестирования [12, 15]. Обоснованность назначений препарата витамина D3 основывалось на известных и доказанных фактах его влияния на функциональную и секреторную активность Treg лимфоцитов и дендритных клеток, участвующих в контроле пищевой толерантности и эпителиальных клеток кишечника [3]. Физическая активность всех волонтеров включала от 3 до 5 тренировок в неделю, продолжительностью от 30 до 60 минут. Чаще всего это была ходьба на беговой дорожке или работа на велоэргометре. Пульс во время тренировок у всех волонтеров находился в границах индивидуальной аэробной зоны каждого [16]. Ежедневный контроль за качеством выполнения персонализированной аэробной физической активности, в том числе и дистанционно, осуществлялся с помощью пульсометров (Garmin, Polar). Статистическую обработку данных проводили с помощью компьютерных программ Statistica v6.0, SPSS 19.0 с использованием Т - критерия Вилкоксона, коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Результаты и их обсуждение В результате динамического контроля по итогам 6 месяцев получено снижение веса у 18 добровольцев от 20 % и более, у 8 человек - снижение массы тела составило 20% процентов. Проведенное по методике Immunohealth™ сравнительное исследование пищевой гиперчувствительности (ПГ) к 111 пАГ, также показало изменение некоторых характеристик IgG - опосредованной гиперчувствительности к тестируемым пАГ. Наиболее отчетливо этот эффект проявляется графически при определении индивидуальных «кластеров» ПГ (рис 1,2). Рис. 1. Частота встречаемости пищевой гиперчувствительности к различным видам продуктов питания до начала соблюдения элиминационной диеты (в обычной жизни) Рис. 2. Динамика изменения пищевой гиперчувствительности к тем же видам продуктов питания по окончанию соблюдения элиминационной диеты (через 6 месяцев) Кластеры пАГ, показанные на диаграммах, представляют следующие пищевые монопродукты: · Бродильный кластер (дрожжи пекарские, дрожжи пивные, мед, виноград смесь, тростниковый сахар, солод) · Молочный кластер (казеин, молоко коровье, творог, сыр твердый, йогурт, сливочное масло, плавленый сыр) · Кластер яичного белка и желтка · Кластер зерновых (глютен, пшеница, овес, рожь, пшено) · Кластер пасленовых (картофель, помидор, баклажан, перец сладкий, перец чили, табак) · Кластер бобовых (соя, арахис, фасоль, горох, маш, чечевица) · Кластер крестоцветных (капуста белокачанная, капуста брокколи, горчица) · Кластер зонтичных (петрушка, морковь, сельдерей) · Кластер тыквенных (огурец, арбуз, дыня, тыква/кабачок) · Кластер луковых (лук репчатый, лук порей, лук зеленый, чеснок) При анализе частоты встречаемости ПГ в исследуемой группе до и после коррекции, были получено снижение частоты встречаемости IgG -опосредованной ПГ после коррекции пищевого поведения (ПП) в течение 6 месяцев по всем выделенным кластерам пАГ (рис. 1,2). При сравнении изучаемых лабораторных показателей 0-6 месяцев (холестерин, ЛПНП, ЛПВП, триглицериды, глюкоза, АЛТ, АСТ, инсулин, индекс атерогенности, гомоцестеин, лептин, 25(ОН)витамин Д3 получено статистически значимое снижение таких показателей как концентрация глюкозы в сыворотке крови, гомоцистеина, индекса атерогенности, при повышении концентрации витамина Д3 у волонтеров, по сравнению с показателями до комплексной реабилитации (таблица 1). Таблица 1.Лабораторные показатели у волонтеров с повышенным ИМТ до и после лечения, Me (P25-P75) Показатели Референсные значения Добровольцы c повышенным ИМТ до назначения элиминационной диеты(n=15) Добровольцы спустя 6 месяцев после соблюдения элминационной диеты (n=15) Me (P25-P75) Me (P25-P75) Холестерин, ммоль / л <5,2 6,2(5,1-7,4) 4,8(4,3-5,2) ** Триглицериды, ммоль / л <1,71 1,9(0,6-2,4) 1,0(0,7-1,3) ЛПВП, ммоль / л Жен: 1,0-2,1 Муж: 0,9-1,8 1,4(1,1-1,8) 1,4(1,2-1,8) ЛПНП, ммоль / л <3,5 3,9(2,8-4,9) 2,8(2,1-4,2) ** Индекс атерогенности <3,0 2,5(2,1-4,2) 2,4(2,1-2,8) * АЛТ, Е/л Жен: <31 Муж: <40 23(17-27) 18(16-24) АСТ, Е/л Жен: <31 Муж: <38 20(21-25) 19(18-19) Глюкоза, ммоль / л 3,5-6,1 5,8(4,7-7,5) 4,4(4,4-5,1) ** Инсулин, мкЕд/мл. 2,7-10,4 6,80(3,95-13,05) 5,90(4,52-9,40) * Гомоцистеин мкмоль/л 4,4-13,5 8,9(6,9-13,0) 7,7(6,3-8,7) ** 25-ОН витамин Д нг/мл 30-100 21,5(19,2-21,0) 54,9(52,0-63,9) ** Лептин нг/мл 0,7-10,0 5,8(3,8-9,8) 5,7(4,1-8,0) ИМТ 18,5-24,9 29,2 (27,6-35,9) 25,5(24,9-27,9) ** Примечание. ИМТ - индекс массы тела; ЛПВП - липопротеины высокой плотности; ЛПНП - липопротеины низкой плотности; АЛТ - аланинаминотрансфераза; АСТ- - аспартатаминотрансфераза; * - р < 0,05; ** - р < 0,01 - по сравнению с начальными показателями (до лечения) Динамика изменений в составе пристеночного пула микробиоты тонкого кишечника до и после коррекции ПГ, приведены в таблице 2. Таблица 2 Показатели микробиоты у волонтеров с повышенным ИМТ до и после лечения, Me (P25-P75) Показатели (кл/гх10*5) Нормальные значения Добровольцы c повышенным ИМТ до назначения элиминационной диеты(n=15) Добровольцы спустя 6 месяцев после соблюдения элминационной диеты (n=15) Me (P25-P75) Me (P25-P75) Clostridium perfringens 12 27 (22-56) 11(6-19) ** Cl.difficile 385 347 (146-792) 166(96-219) ** Bifidobacterium 5067 2202(1054-3484) 3768(2503-5245) * Peptostreptococcus anaerobius 0 60 (0-145,0) 0(0-6) ** Candida 549 781(358-986) 156(72-359) ** Грибы (Aspergillus-тип) 110 135(36-226) 50,0(32-107) * Микр грибы, кампестерол 842 1582(1174-1940) 735 (329-1028) * Микр грибы, ситостерол 384 1559(1331-1996) 453 (254-1084) ** Helicobacter pylori 14 10(6-22) 4 (3-8) ** Eubacterium lentum (группа А) 68 291 (233-347) 158 (99-245) * Цитомегаловирус 300 2574 (2316-6225) 649 (373-1116) ** Примечание: *- р < 0,05; ** - р < 0,01 - по сравнению с начальными показателями (до лечения) Обращает на себя внимание, что у волонтеров, при коррекции ПГ в течение 6 месяцев, наблюдалось статистическое значимое повышение Propionibacterium/Cl. Subterminale, Bifidobacterium и статистически значимое снижение: Цитомегаловирус, Clostridium perfringens, Cl.difficile, Peptostreptococcus anaerobius, Candida albicans, Грибы Aspergillus-типа, Микро грибы - кампестерол, Микр грибы - ситостерол. Персонально подобранные по лактату периферической крови аэробные физические нагрузки, выполняемые волонтерами в строгом соответствии с индивидуальными планами тренировок, позволили индивидуально дозировать физическую нагрузку, а дистанционный контроль за качеством тренировок, осуществляемый с помощью современных пульсометров (Polar, Garmin), в сочетании со снижением в персональном рационе простых углеводов, и продуктов молочного кластера, позволили запустить физиологические процессы митохондриогенеза, через адекватную выработку основного регулятора митогенеза - транскрипционного коактиватора PGC-1a [12,16]. Длительный срок (6 месяцев) соблюдения персонифицированной диеты и аэробных тренировок позволил полностью обновить митохондриальный пул организма, что привело к адекватной выработки АТФ в органах и системах стабилизации интегрального энергогомеостаза и, как следствие, экологической саморегуляции общего гомеостаза [17,18]. Назначение элиминационной диеты в этом случае позволяет снизить развитие системных воспалительных реакций со стороны ИС и, тем самым, снизить системную митотоксичность [15,16,18] Таким образом, нами показано, что в корректном пищевом рационе наблюдается нормализация микрофлоры и снижение частоты проявления пищевой гиперчувствительности примерно в 2 раза. При повторном тестировании состояния микробиоты, было получено, что количество Bifidobacterium повысилось в среднем приблизительно в 1,7 раза. Также после реабилитации было отмечено снижение Clostridium perfringens, Cl.difficile среднем в 2 раза. Таким образом, суммарное изменение состава микробиоты при коррекции пищевого рациона является хорошим прогностическим маркером реабилитации МС. Реабилитации способствует: - увеличение количества Bifidobacterium, которые взаимодействуют с TLR-2 эпителиальных и дендритных клеток кишечника, и оказывают положительное влияние на функциональную активность врожденного иммунитета барьерных тканей; - снижение Clostridium perfringens, Cl.difficile, которые являются причинами нарушения проницаемости эпителиального слоя и развития синдрома раздраженного кишечника; - снижение присутствия Candida albicans, с которой связывают особенности процессов метаболизма глюкозы и риски развития сахарного диабета 2 типа и болезни Крона [11]. В связи с этим можно предположить, что пАГ служат триггерами в развитии системных воспалительных реакций, способствующие нарушению пристеночного пула микробиоты тонкого кишечника и метаболических нарушений, включая показатели интегрального энергообмена. Можно предположить, что нарушение пищевой толерантности, и, как следствие, проницаемости стенки тонкого кишечника сопровождается изменением состава и активности пристеночного пула микробиоты тонкого кишечника, что ведет к нарушению поддержания иммунологического равновесия на территории кишечника. Поэтому важное значение имеют полученные результаты по одновременной нормализации биохимических показателей, микробиоты тонкого кишечника и частоты встречаемости пищевой гиперчувствительности к кластерам пАГ в группах испытуемых с различным ИМТ. А также по главному критерию, характерному для проведенного исследования - снижению массы тела. Выводы Полученные результаты позволяют сделать вывод, что использование стратегии контролируемой коррекции пищевого поведения пациентов с метаболическим синдромом, на основе иммунологического исследования sIgG - пАГ, в сочетании с персонально подобранными, по лактату периферической крови, аэробными физическими нагрузками, позволяют влиять на пристеночную микробиоту тонкого кишечника. А изменения в пристеночном пуле микробиоты тонкого кишечника, в свою очередь, способствуют восстановлению биохимических маркеров воспаления и снижают показатели гиперчувствительности к пАГ. Следовательно, используя стратегию контролируемой коррекции пищевого поведения, в сочетании с персонально подобранной физической активностью, можно восстанавливать нормальные значения метаболических показателей у пациентов с метаболическим синдромом.