Метаболические последствия дисбактериоза кишечника у собак и кошек с ВЗК

Список сокращений
АНТЖК: Апикальный натрий-зависимый транспортер желчной кислоты
ХГД: Хологенная (желчная) диарея
ЭНПЖ: Экзокринная недостаточность поджелудочной железы
ТФМ: Трансплантация фекальной микробиоты
ЖКТ: Желудочно-кишечный тракт
ВЗК: Воспалительное заболевание кишечника
СРК: Синдром раздраженного кишечника
КЖК: Короткоцепочечные жирные кислоты
SIBO/СИБР: Синдром избыточного бактериального роста
ARD/ГЭРБ: Гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь

Резюме

Различные исследования изучали кишечную микрофлору и функциональные изменения у собак с заболеваниями кишечника. Есть один пример дисбиозиндуцированного нарушения метаболизма желчных кислот, который играл роль в развитии хронического желудочно-кишечного (ЖК) заболевания, а также, возможно, в развитии метаболического синдрома. Первоначальные исследования предусматривали больше информации о том, как различная терапия (например, антибиотики, фекальная микробиальная трансплантация) способна модулировать кишечную микрофлору у собак с острыми и хроническими энтеропатиями.

Введение

Кишечная микрофлора - это совокупность микроорганизмов (бактерий, грибов, простейших, вирусов) в ЖКТ. Молекулярный анализ выявил, что ЖК микрофлора млекопитающих весьма разнообразна [1]. Подсчитано, что кишечник содержит примерно в 10 раз больше бактерий, чем количество клеток в организме хозяина. Чрезвычайно сложная микробиальная экосистема имеет жизненно важное воздействие на здоровье и развитие заболеваний у хозяина. Кишечная микробиота полезна для хозяина, она препятствует проникновению патогенов, помогает в пищеварении и аккумуляции энергии из рациона, обеспечивает питанием энтероциты и играет важную роль в развитии и стимуляции иммунной системы хозяина. Например, питательные вещества, такие как углеводы (это крахмал, клетчатка, пектин) расщепляются бактериями, в результате чего продуцируются короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК). Эта реакция участвует в регуляции перистальтики и является важным фактором роста кишечного эпителия. Короткоцепочечные жирные кислоты также оказывают прямой противовоспалительный эффект через стимуляцию иммунорегуляторных лимфоцитов. Другие производные метаболизма бактерий, например, индол, побочный продукт расщепления триптофана, или вторичные желчные кислоты, также являются иммуномодуляторами, таким образом поддерживая иммунный гомеостаз и укрепляя барьерную функцию кишечника . Эти благоприятные эффекты микрофлоры полости кишечника распространяются за пределами ЖК тракта.

Микрофлора и изменение метаболизма при ЖК болезнях

В [2,3] представлены исследования, связанные с изменением состава кишечной микрофлоры (дисбактериоза) у собак и кошек с хроническими заболеваниями ЖКТ [2,3]. Традиционно, Lactobacillus и Bifidobacterium spp. считались наиболее благоприятными группами кишечных бактерий. Однако недавние исследования показали, что представители рода Клостридий группы XIVa и IV (Lachospiraceae, Ruminococcus spp., Faecalibacterium spp., и Roseburia spp.) наиболее часто истощаются у людей и собак с воспалительными заболеваниями кишечника и острыми колитами, вследствие чего, можно предположить, что эти группы имеют большое значение в поддержании кишечного гомеостаза [2].

В результате значительной роли метаболитов микробиального происхождения для здоровья хозяина важно понимать метаболические последствия желудочно-кишечных заболеваний и дисбиоза. Несколько исследований выявили некоторые метаболиты, которые изменяются при заболеваниях ЖКТ. Благодаря сложной взаимосвязи между кишечной абсорбцией и микробиальным метаболизмом, точная причина изменения концентрации метаболитов в сыворотке крови часто не известна, но лучшее понимание физиологических процессов полезно для возможно точного определения специфических заболеваний. Пример такого подхода – это измерение содержания кобаламина и фолатов в сыворотке крови, в том числе при незначительных воспалениях кишечника, экзокринной недостаточности поджелудочной железы (ЭНПЖ) и кишечных дисбиозах (SIBO/ARD) [4]. В зависимости от места всасывания специфические изменения содержания кобаламина и фолатов в сыворотке крови могут дать информацию о локализации и, возможно, тяжести кишечного заболевания.

Нарушение метаболизма желчных кислот в кишечнике является важным фактором воспаления ЖКТ у людей с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК) и инфицированием C. difficile, при этом терапевтическая коррекция изменения концентрации желчных кислот ведет к снижению воспаления кишечника.

Неконъюгированные желчные кислоты токсичны для эпителия кишечника, что может привести к возрастанию проницаемости стенки кишки. Кроме того, изменение пула желчных кислот ведет к нарушению всасывания жиров в тонком отделе. Первичные желчные кислоты (холевая, хенодезоксихолевая) преобразуются во вторичные желчные кислоты (дезоксихолевая, литохолевая) исключительно под действием кишечной микрофлоры. Такие бактерии как Clostridium scindense и C. hiranois проявляют 7- альфа-дегидроксилазную активность, приводящую к 7-альфа-дегидроксилированию и биотрансформации первичных желчных кислот во вторичные. Это является очевидным доказательством того, что изменение метаболизма желчных кислот ведет к мальабсорбции желчных кислот и, следовательно, является частой причиной диареи у людей [6,7].

Хологенная (желчная) диарея (ХГД) может возникать по различным причинам. Хологенная диарея Типа 1 развивается в результате мальабсорбции желчных кислот, которая, в свою очередь, может возникать вторично вследствие резекции подвздошной кишки или ее воспаления. Тип 2 возникает вследствие идиопатической мальабсорбции желчных кислот, как правило, в результате нарушения ингибирования обратной связи синтеза желчных кислот в печени из-за нарушения выработки эндокринного фактора роста фибробластов (FGF 19) в подвздошной кишке. Тип 3 хологенной диареи развивается вторично вследствие различных заболеваний ЖКТ, включая дисбактериоз тонкого отдела кишечника, лучевую энтеропатию, глютеновая болезнь и хронический панкреатит. Существует предположение, что около 30% людей с синдромом раздраженного кишечника (СРК) и 40% пациентов c болезнью Крона имели признаки хологенной диареи. У людей с СРК разрушение апикального натрий-зависимого транспортера желчной кислоты (АНТЖК) в подвздошной кишке ведет к снижению реабсорбции желчных кислот в тонком кишечнике, которая приводит к возрастанию первичных желчных кислот в толстом отделе, что является причиной секреторной диареи. Интересно, что применение глюкокортикостероидов вызывает увеличение выработки АНТЖК в тонком кишечнике, что возможно снижает мальабсорбцию желчных кислот и признаки диареи.

Другой причиной ХГД может быть дисбактериоз. В недавних исследованиях у людей, ВЗК было ассоциировано с мальабсорбцией желчных кислот [5]. Первичные фекальные желчные кислоты были значительно повышены при остром ВЗК, между тем как уровень вторичных фекальных желчных кислот был значительно снижен при ВЗК в сравнении со здоровой контрольной группой [5]. Это изменение метаболизма желчных кислот было связано с дисбиозом, который присутствовал у пациентов с ВЗК и предрасполагал к снижению разновидностей бактерий, участвующих в 7-альфа-гидроксилировании. Предварительные данные у собак с хронической энтеропатией предполагают нарушение превращения первичных желчных кислот во вторичные с помощью бактерий [8]. Другое исследование сообщает изменение пула фекальных желчных кислот у собак с хронической энтеропатией, измеренных методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ-МС) (неопубликованные исследования). Образцы фекалий были собраны у здоровых собак (n=13) и собак с хронической энтеропатией (n=13), подтвержденной биопсией. Отмечалось выраженное снижение вторичных желчных кислот, литохолевой и дезоксихолевой, уровень которых был значительно снижен у собак с хронической энтеропатией по сравнению со здоровыми животными. Установлена значимая корреляция между повышением индекса дисбактериоза и нарушением метаболизма желчных кислот. В результате этого можно предположить, что дисбактериоз кишечника у собак, наблюдаемый при хронических энтеропатиях, также приводит к снижению разновидностей бактерий с 7-альфа-дегидроксилазной активностью, как это установлено у людей.

Другое недавнее исследование выявило мальабсорбцию желчных кислот у собак с хронической диареей [9]. Авторы измеряли содержание в сыворотке 7-альфа-гидрокси-4-холестен-3,1 (С4) как возможного маркера мальабсорбции желчных кислот. С4 - промежуточное звено в биохимическом синтезе желчных кислот из холестерола, и содержание его в сыворотке крови отражает синтез желчных кислот. Увеличение в сыворотки крови С4 указывает на мальабсорбцию желчных кислот у людей с хронической диареей, и эти пациенты хорошо отвечали на применение адсорбентов желчных кислот (например, холестирамина) [6]. В исследованиях Кента с соавторами, сывороточный С4 измерялся у 17-ти собак с хронический диареей и у 20-ти контрольных животных. В 11-ти случаях было диагностировано ВЗК. Хотя не было выявлено значимых различий уровня С4 в сыворотке крови в обеих группах, у трех собак из первой группы выявлено превышение пороговых значений, установленных у 20-ти собак второй группы (здоровых). Одна собака частично отреагировала на пробу с адсорбентами желчных кислот, холестирамином, в комбинации с диетотерапией. Авторы предполагают, что мальабсорбция желчных кислот может иметь соответствующие клинические расстройства у собак с хронической диареей.

Препаратами выбора у людей с хологенной диареей (ХГД) являются адсорбенты желчных кислот. В недавнем исследовании, пациенты с диагностированной ХГД, наблюдались все время в течение нескольких лет. Из них у 38 %, кто получал адсорбенты желчных кислот длительно, частота стула уменьшилась с семи до трех раз в день. Напротив, пациенты, прекратившие лечение адсорбентами желчных кислот, не имели изменения частоты стула.

Недавнее исследование показало возрастание уровня сывороточного D-лактата у кошек с различными желудочно-кишечными заболеваниями [10]. D-энантиомеры молочной кислоты обычно не встречаются в каких-либо заметных количествах в сыворотке млекопитающих. Повышение в сыворотке D-лактата у кошек с желудочно-кишечными заболеваниями, возможно, происходит вследствие расстройства кишечной микрофлоры и возрастания продукции D-лактата бактериями. Было установлено, что D-лактат приводил к появлению неврологических симптомов у некоторых кошек [11].

Отдельные примеры, описанные выше, показывают, что изменение микрофлоры приводит к системным метаболическим последствиям. Однако для оценки других метаболитов требуются более глубокие исследования. В более поздних исследованиях проводилось нецелевое изучение метаболомики и измерялось несколько сотен метаболитов в сыворотке и фекалиях собак с желудочно-кишечными заболеваниями. В другом исследовании оценивали метаболический профиль в сыворотке крови у собак с идиопатическим ВЗК до и после лечения. Были взяты пробы сыворотки и фекалий от здоровых собак (n=10) и от собак с ВЗК (n=12) до и через 21 день после стандартной медикаментозной терапии (например, элиминирующая диета, и назначение противовоспалительных препаратов). В общей сложности 359 метаболитов сыворотки крови подверглись селективному скринингу с помощью масс-спектрометра GC-TOF/MS.12 Концентрация в сыворотке крови 3-гидроксибутирата, гексуроновой (галактуроновой) кислоты, рибозы, глюконовой кислоты, лактона, были в избыточном количестве у собак с ВЗК. Эти метаболиты связаны с пентознофосфатным путем окисления глюкозы и указывают на наличие оксидативного (окислительного) стресса у собак с ВЗК. В общей сложности 797 метаболитов было проанализировано с помощью различных масс-спектрометров. Выраженные изменения были выявлены в различных метаболических путях. Собаки с ВЗК имели нарушение метаболизма короткоцепочечных жирных кислот (снижение пропионата), нарушение метаболизма желчных кислот, нарушение гликолиза и нарушение синтеза индола из триптофана. Более того, маркеры окислительного стресса имели выраженные изменения в пробах фекалий от собак с ВЗК. Среди компонентов окислительно-восстановительных реакций, действующих в полости ЖКТ, цистин, цистеин-С-сульфат и цистеин были повышены при ВЗК. Хотя дисульфид глутатиона и глутатион не были определены, 5-оксипролин был повышен вместе c гамма-глутаминовыми аминокислотами. Изменения компонентов гамма-глутаминового цикла может предрасполагать к секвестрации внутриклеточного глутатиона энтероцитами и бактериями в просвете кишки вследствие окислительного стресса, вызванного обилием лейкоцитов и образованием активных форм кислорода. Нарушение окислительно-восстановительного равновесия дополнительно поддерживалось увеличением окислительно-восстановительной пары цистин/цистеин.

Влияние антибиотиков и трансплантации фекальной микробиоты

Польза применения антибактериальных препаратов, таких как метронидазол или тилозин, доказана в лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта, включая умеренные ВЗК у кошек, хронические колиты, и, предположительно, дисбиоз тонкого отдела кишечника [13,14]. В [15] показано, что энрофлоксацин улучшает клинические симптомы с восстановлением гистологической картины у собак, страдающих гранулематозным колитом [15]. Действие антибиотиков, наиболее вероятно, заключается в снижении общей бактериальной нагрузки, изменении специфических бактериальных групп и прямом иммуномодулировании. Например, метронидазол увеличивает популяцию бифидобактерий и снижает окислительное повреждение белков в толстом кишечнике. Было показано, что тилозин меняет микрофлору, также есть предположение о прямом противовоспалительном действии тилозина [16]. Этот противовоспалительный эффект возможно происходит благодаря модулированию циклооксигеназы-2, синтазы оксида азота и некоторых цитокинов [17].

Использование антибиотиков, однако, оказывает выраженное действие на кишечную микрофлору и может разрушить микробиальную экосистему при длительном применении и вызвать дисбактериоз у собаки после антибиотиков. В одном исследовании изучали фекальную микробиоту у здоровых людей, выявлено поражение около 30-ти % бактериальных таксонов, некоторые из них не восстанавливались на протяжении шести месяцев [18]. Аналогично, назначение тилозина на 14 дней приводило к заметным изменениям микрофлоры тощей кишки у собак, с угнетением некоторых групп более 14-ти дней, то есть дольше, чем составил период самого исследования [19]. Недавние контрольные исследования дают высокую оценку тому, что антибиотики приводят к тяжелым повреждениям основных путей метаболизма, включая метаболизм желчных кислот и возрастание окислительного стресса [20]. Более того, эти метаболические изменения связаны с клиническими признаками желудочно-кишечных заболеваний в подгруппе животных. Например, назначение метронидазола здоровым собакам на 14 дней приводило к развитию диареи у 9-ти из 16-ти животных на фоне всего курса метронидазола, которая прекращалась после отмены препарата [21]. Аналогично, у 13-ти из 18-ти собак, которые получали линкомицин внутримышечно, развивалась диарея [22]. Также в недавнем исследовании, где 34 кошки получали амоксициллин с клавулановой кислотой дважды в день в течение 7-ми дней, показано, что у большинства животных появились клинические признаки желудочно-кишечного заболевания с ухудшением копрологических показателей [23]. Новые эпидемиологические исследования из гуманной медицины показали, что антибиотикозависимый дисбактериоз в раннем детстве имеет клиническое значение как один из главных факторов риска развития хронических заболеваний, например, аллергии и ВЗК [24]. Следовательно, использование антибиотиков и их возможные побочные эффекты требуют внимательного изучения у собак и кошек.

Трансплантация фекального микробиома (ТФМ) успешно применяется у людей с рецидивирующей инфекций C.difficile, и приводит к нормализации микрофлоры кишечника. Исследования показали, что эта процедура, как правило, безопасна и эффективна примерно в 90% случаев у пациентов с рецидивирующей или антибиотикорезистентной инфекций C. difficile, и приводит к разрешению клинических признаков в течение 1-2-х дней применения. ТФМ также может использоваться при ВЗК, СРК, идиопатических запорах, и других не гастроинтестинальных заболеваниях у людей, но вероятность успеха значительно ниже, чем при C.difficile инфекции. Возможно, это связано с различиями в патофизиологии этих заболеваний. Хотя C. difficile инфекция - это классический дисбиоз, ВЗК имеет комплексную многофакторную природу, и дисбиоз лишь часть этого воспалительного процесса. Однако недавно появились анекдотические отчеты одного исследования, указывающего, что ТФМ может приводить к нарастанию клинических признаков и дисбактериозу в некоторых подгруппах пациентов с хронической энтеропатией. К сожалению, в нем отсутствуют диагностические тесты, доступные для того, чтобы определить, каким пациентам показана ТФМ. Более того, в исследовании не представлены утвержденные протоколы ТФМ. Некоторые авторы проводят ТФМ через назогастральный зонд, хотя другие проводят ТФМ путем введения микробиоты в толстый отдел кишечника через клизму. Одно исследование описывает использование ТФМ у собак с устойчивой диареей с помощью клизмы без седации животных [25]. Протокол предписывает объем стула донора от 0,5 до 5 гр. на кг массы тела пациента, его смешивают с 60 мл раствора натрия хлорида высокой концентрации. Затем гомогенную смесь аспирируют через катетер в шприц объемом 60 мл и прикрепляют красный резиновый катетер, который помещается в прямую кишку, и фекальный микробиот подается из клизмы. ТФМ повторяли до трех раз каждые три-четыре недели у некоторых пациентов.

Другое недавнее небольшое исследование по ТФМ описывает трех собак с хронической энтеропатией, у двух из них она была тилозин-обусловленной [26]. Все три собаки показали немедленное снижение индекса дисбиоза [27], но после трех недель дисбиоз рецидивировал у одной собаки, у нее также наблюдалось сохранение клинических признаков. У остальных двух собак с тилозин-обусловленной диареей, отмечалось частичное улучшение клинической картины заболевания. Эти исходные данные предполагают возможность применение ТФМ у пациентов с хронической энтеропатией, но необходимы более глубокие исследования для прояснения клинического использования ТФМ в медицине мелких домашних животных.

Выводы

Появляется все больше доказательств того, что микробный дисбактериоз у собак и кошек с заболеваниями желудочно-кишечного тракта связан с метаболическими нарушениями. Будущие комплексные исследования по изучению микробиоты и метаболомики, а также ответа хозяина, необходимы для лучшего понимания того, какие терапевтические подходы, направленные на восстановление метаболических нарушений, будут иметь наиболее важное значение для организма хозяина.

Автор перевода: Наталья Анисимова - ветеринарный врач-терапевт, кардиолог, врач визуальной диагностики, кандидат ветеринарных наук, СВК Свой Доктор, Москва.