Изменения со стороны кишечной микробиоты наряду с увеличением калорийности питания и уменьшением физических нагрузок рассматривают в качестве одной из причин распространения эпидемии ожирения во всем мире [1, 2]. Это обусловлено нарушением сигнальных взаимодействий между макроорганизмом и микробиотой, приводящих к дисрегуляции метаболических процессов в организме, что показано как на моделях с животными, так и у человека. Результаты исследований показали значительные различия в составе кишечной микрофлоры в зависимости от характера питания, что было продемонстрировано у детей из Буркина-Фасо, питающихся богатой пищевыми волокнами пищей, и итальянских детей, употребляющих традиционную «западную» пищу. Так, у детей из Буркина-Фасо доминирующим классом бактерий были Bacteroidetes, а у итальянцев — Firmicutes [3]. Выявленное нарушение соотношения Bacteroidetes/Firmicutes в пользу Firmicutes характерно для пациентов с ожирением. При этом в случае нормализации массы тела уровень Bacteroidetes может вновь повышаться [4, 5]. Принимая во внимание изменения в составе микробиоты у людей с ожирением, изучаются возможные кандидаты в «обесогенные» (от англ. obesity — ожирение) штаммы бактерий (участвующие в формировании и поддержании порочного круга патологических процессов при ожирении) и штаммы бактерий, обладающие защитными свойствами [5—7].

Изучение взаимосвязи кишечной микробиоты и регуляции энергетического баланса позволило выявить следующие важные аспекты функциональной активности кишечной микробиоты, имеющие значение в развитии ожирения:

1) участие в регуляции аппетита, энергопотребностей, в образовании и накоплении основных энергетических субстратов в организме за счет контроля двунаправленного обмена эндокринными, иммунными и нервными сигналами в контуре ЦНС—кишечник [8, 9]. Соответственно приобретенные количественные и качественные изменения со стороны кишечной микробиоты приводят к изменениям энергетического обмена (вследствие дополнительного образования энергетических субстратов и повышенного их поступления в жировые депо);

2) программирование метаболических процессов, благодаря чему возможно накопление «обесогенного» потенциала, и модификация метаболических процессов на всех этапах онтогенеза человека начиная с внутриутробного периода;

3) развитие инсулинорезистентности и воспаления низкой степени активности («метаболическая эндотоксемия»), приводящих к системным изменениям, характерным для ожирения, и способствующих развитию коморбидной патологии и прогрессированию метаболических нарушений.

Выявленные особенности метаболической активности кишечной микробиоты являются фактически еще одним эволюционно обусловленным механизмом регуляции потребления и расхода энергии. В случае необходимости микробиота способна увеличить усвоение энергии из пищи за счет метаболизма неперевариваемых пищевых волокон (ПВ), недоступных в качестве субстрата для ферментов пищеварительного конвейера организма. Данный метаболический путь можно расценивать как запасной, активизирующийся при энергетическом дефиците, в том числе при низкокалорийном питании, или при изменении состава микробиоценоза кишечника, опосредующийся образующимися в результате ферментации неперевариваемых ПВ короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК). КЦЖК являются уникальными для каждого микробного сообщества в кишечнике благодаря эволюционно сложившемуся набору генов [4, 10]. В свою очередь профиль КЦЖК определяет количество дополнительно получаемой энергии [11]. В случае нарушения равновесия между основными сообществами микробов представители преобладающих родов повышают свою активность по извлечению энергии из пищи (по сравнению с бактериями, которых они заменили), что приводит к увеличению потребления калорий хозяином в сочетании со стимуляцией синтеза de novo триглицеридов в печени и накоплением их в жировых депо [7, 12—14]. Поэтому любое изменение в составе кишечной микробиоты потенциально приводит к изменениям энергетического баланса.

К КЦЖК, выполняющим основную функциональную нагрузку в энергетическом обмене (метаболизме жиров и углеводов), относятся ацетат, пропионат и бутират. Ацетат является субстратом для липогенеза de novo в печени, тогда как пропионат используется в реакциях глюконеогенеза [7]. Бутират поддерживает противовоспалительный потенциал желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), снижая проницаемость кишечной стенки. Поэтому уменьшение количества бактерий, продуцирующих бутират, ассоциировано с повышенным риском развития метаболических заболеваний.

Цель настоящего исследования — оценка состояния кишечной микробиоты у детей с избыточной массой тела и ожирением с помощью метода газовой хроматографии—масс-спектрометрии (ГХ—МС) во взаимосвязи с состоянием ЖКТ, липидного и углеводного метаболизмов.

Были обследованы 120 детей в возрасте от 12 до 15 лет с избыточной массой тела (1-я группа) и ожирением 1—2-й степени (2-я группа). Группу сравнения (3-я группа) составили школьники 9—11-х классов с нормальной массой тела и 1-й группой здоровья (табл. 1).

Все пациенты (и/или их законные представители) дали добровольное информированное согласие на проведение инвазивных методов обследования. Методы исследования включали сбор анамнеза и жалоб, объективное обследование, клинический анализ крови, анализ мочи, биохимические анализы крови, анализ кала на наличие яиц глистов, скрытой крови, копрограмму. Оценка углеводного обмена включала определение следующих показателей: уровень глюкозы венозной крови натощак, инсулин в плазме крови (хемилюминесцентный иммунный анализ), вычисления индекса инсулинорезистентности (индекс HOMA-IR). Оценка липидного обмена проводилась с учетом Европейских рекомендаций по профилактике сердечно-сосудистых заболеваний в клинической практике III пересмотра: оценивались значения общего холестерина; липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), триглицеридов, коэффициента атерогенности (КА). Применяли ультразвуковое исследование (УЗИ) органов брюшной полости на аппарате Sonolina SL-1 (фирма «Siemens») по общепринятым методикам.

Забор образцов кала для исследования на дисбактериоз кишечника проводили с соблюдением стандартных рекомендаций. Результаты оценивали в соответствии с отраслевым стандартом «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника» (приказ № 231 от 09.06.03). Оценку состояния пристеночной микробиоты проводили с помощью метода ГХ—МС.

Статистический анализ выполнен с помощью статистического пакета SSPS 13.0 для Windows. Полученные в результате исследования данные проанализированы с помощью описательной статистики с определением средней арифметической (М) и стандартного отклонения (SD). Нормальность распределения оценивали с применением критерия Шапиро—Уилка. Оценку статистической значимости различий для данных, имеющих нормальное распределение, проводили с использованием t-критерия Стьюдента для независимых выборок, для сравнения качественных данных в двух группах рассчитывали доверительный интервал (ДИ) для отношения шансов (ОШ). Полученные результаты оценивали как статистически значимые при уровне вероятности р<0,05.

Клиническое состояние пациентов исследуемых групп характеризовалось отсутствием активно предъявляемых жалоб. При детальном опросе жалобы на периодические боли в верхней половине живота выявлялись практически у всех детей в обеих исследуемых группах: у 60 (100%; 95% ДИ 90,68—100) детей 1-й группы и у 56 (93,3%; 95% ДИ 83,98—100) детей 2-й группы (р=0,391). Наиболее типичной локализацией болей была верхняя половина живота (преимущественно подложечная область и область правого подреберья) — 78 и 83% в 1-й и 2-й группах соответственно (р>0,05). Диспепсический синдром выявляли более чем у 70% больных обеих групп: был представлен симптомами как желудочной, так и кишечной диспепсии (табл. 2).

Симптомы кишечной диспепсии в виде метеоризма и учащения стула присутствовали у каждого третьего пациента. У пациентов с ожирением выявлено учащение стула до 12—13 раз в неделю (в среднем 2 раза в сутки), при этом неоформленный стул выявлялся у 23 (38,3%; 95% ДИ 28,98—47,62) больных по сравнению с 7 (11,7%; 95% ДИ 2,38—21,02) у детей с избыточной массой тела (р=0,0008) с частотой стула до 8 раз в неделю (в среднем 1 раз в день), что могло быть признаком нарушений со стороны кишечной микробиоты.

При УЗИ внутренних органов выявлены изменения, представленные в табл. 3.

Особенности состояния микрофлоры толстой кишки по результатам бактериологического исследования представлены в табл. 4.

При оценке полученных данных обращают на себя внимание более низкие показатели основных представителей биоценоза кишечника — бифидобактерий и лактобактерий — у детей с избытком массы тела, в то время как у детей с ожирением чаще выявлялся избыточный рост условно-патогенных бактерий (стрептококки, золотистый стафилококк, клостридии, протей). Среди условно-патогенных организмов в обеих группах одинаково часто присутствовали лактозоотрицательная кишечная палочка и кишечная палочка со слабыми ферментативными свойствами, дрожжеподобные грибы и энтерококки. Дисбиоз с увеличением представительства грибов рода Candida одинаково часто выявлялся у детей с избытком массы тела — у 13 (21,7%; 95% ДИ 12,38—31,02); с ожирением — у 14 (23,3%; 95% ДИ 13,98—32,62; р=0,79).

Результаты изучения метаболитов пристеночной микрофлоры у детей с избыточной массой тела и ожирением методом ГХ—МС (рис. 1, 2)

Наряду с этим у детей 1-й и 2-й групп выявлено достоверное повышение количества условно-патогенных бактерий (см. рис. 2) в отличие от группы сравнения.

Полученные данные свидетельствовали о наличии выраженных дисбиотических нарушений у детей с избытком массы тела, усугубляющихся у детей с ожирением. Выявлена взаимосвязь нарушений липидного метаболизма и изменений со стороны микробиоценоза кишечника, что позволило выделить микроорганизмы, обладающие проатерогенной активностью (Str. mutans, актинобактерии, клостридии) и микроорганизмы с защитными свойствами (бифидобактерии и пропионобактерии). Показано, что содержание Str. mutans и актинобактерий положительно коррелировало с повышением уровня липопротеидов низкой плотности (r=0,51 и r=0,48; p<0,05) и коэффициента атерогенности (r=0,36 и r=0,41; p<0,05). Получена положительная корреляционная связь между значением HOMA-индекса (инсулинорезистентность) и ростом актиномицет (r=0,43; p<0,05). Количественные показатели Cl. hystoliticum и Cl. ramosum отрицательно коррелировали с уровнем липопротеидов высокой плотности (r=–0,46 и r=–0,38; p<0,05). Численность бифидобактерий, пропионобактерий и Nocardia asteroides отрицательно коррелировала с повышением эхогенности печени (r=–0,43, r=–0,53, r=–0,43; p<0,05), содержание бифидобактерий — с увеличением частоты стула (r=–0,41; p<0,05) и увеличением размеров поджелудочной железы (r=–0,34; p<0,05).

Полученные результаты позволяют заключить, что у детей с избыточной массой тела и ожирением в 100% случаев выявлялись изменения в состоянии микробиоты кишечника за счет как традиционно культивируемых штаммов, так и выявляемых при ГХ—МС (не культивируемых обычными методами) микроорганизмов. По данным микробиологического исследования кала, дисбактериоз кишечника встречался у 2/3 детей обеих исследуемых групп. В то же время у детей с ожирением чаще выявлялся дисбактериоз 3-й степени (с более выраженным дефицитом нормофлоры и широким спектром представителей условно-патогенных бактерий), тогда как у детей с избытком массы тела преобладала 2-я степень дисбиотических нарушений (с преимущественным дефицитом нормофлоры).

Показана взаимосвязь изменений биоценоза кишечника с выраженностью клинических проявлений, нарушений липидного и углеводного обменов, изменений внутренних органов (печень, поджелудочная железа), что позволило выделить микроорганизмы, обладающие проатерогенной активностью (Str. mutans, актинобактерии, клостридии), и микроорганизмы с защитными свойствами (бифидобактерии и пропионобактерии). Так, нарушения пристеночной микрофлоры кишечника достоверно (р<0,05) связаны с особенностями клинических проявлений заболевания (увеличение числа детей с симптомами кишечной диспепсии, такими как частый непереваренный стул, вздутие живота), тяжестью нарушений липидного обмена в виде атерогенной дислипидемии (с повышением уровня ЛПНП, триглицеридов, индекса атерогенности, снижением уровня ЛПВП), углеводного обмена (повышение уровня инсулина и HOMA-индекса) и изменением размеров и структуры внутренних органов (печень и поджелудочная железа).

1. У всех детей с нарушением энергетического обмена (избыток массы тела и ожирение 1—2-й степени) выявлены изменения со стороны кишечной микробиоты, усугубляющиеся по мере нарастания тяжести изменения метаболических процессов. Выявленные изменения характеризовались снижением количества представителей нормальной пристеночной микрофлоры (бифидобактерии, лактобациллы, пропионобактерии), повышением уровня условно-патогенной микрофлоры (Str. mutans, актинобактерии, клостридии, стафилококки, родококки) и грибов. Применение метода ГХ—МС по сравнению с традиционным микробиологическим исследованием фекалий позволило расширить наши представления о спектре выявляемых микроорганизмов, входящих в биопленку слизистой оболочки кишечника, у детей с избытком массы тела и ожирением, определить бактерии, в наибольшей степени сопряженные с нарушениями показателей углеводного и липидного обмена (проатерогенные бактерии) — Str. mutans, актинобактерии, Clostridium ramosum.

2. Учитывая выявленные изменения со стороны кишечной микробиоты, назначение препаратов, способствующих восстановлению эубиоза (пре-, про- и синбиотиков, в перспективе — фекальная трансплантация) можно рассматривать как патогенетическое лечение пациентов с метаболическими нарушениями еще на этапе избытка массы тела.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — М.Г., В.Н.

Сбор и обработка материала — М.Г., В.Н.

Статистическая обработка — М.Г., В.Н.

Написание текста — М.Г., В.Н., А.Х.

Редактирование — А.Х.

*e-mail: itely@mail.ru