О.К. Нетребенко, С.Е. Украинцев

ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ

Национальный медицинский исследовательский центр здоровья детей МЗ РФ, Москва, РФ

Контактная информация:

Нетребенко Ольга Константиновна – д.м.н., проф. каф. госпитальной педиатрии им. акад. В.А. Таболина ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ

Адрес: Россия, 117997, г. Москва, ул. Островитянова, 1

Тел.: (916) 293-12-05,

Email: olga.netrebenko@ru.nestle.com

Статья поступила 16.11.17, принята к печати 30.01.18.

В статье обсуждаются данные литературы о механизмах развития младенческих кишечных колик (МКК), синдрома раздраженного кишечника (СРК) с целью определения ихвозможных связей и инструментов профилактики. Действительно, в целом ряде случаев у детей с абдоминальными болями и СРК выявляется наличие МККв анамнезе. Механизмы развития этих функциональных гастроинтестинальных расстройств связаны с нарушением кишечной микробиоты (КМБ), которое сопровождается нарушением моторики, повышенным газообразованием, увеличением болевой чувствительности. Еще одним доказательством связи МКК и СРК, помимо общих механизмов развития, являются общие подходы к лечению. Включение L. reuteri в спектр мероприятий для купирования СРК и МКК способствует уменьшению интенсивности болевых ощущений, нормализации состава КМБ.

Функциональные гастроинтестинальные расстройства(ФГИР),согласно современным определениям, включают целый ряд состояний, в частности, младенческие кишечные колики (МКК), абдоминальные боли (АБ) у детей, синдром раздраженного кишечника (СРК) у старших детей и взрослых. Есть данные, свидетельствующие, что у детей, имевших МКК в младенчестве, в более старшем возрасте появляются абдоминальные боли и/или СРК [1].

Истоки появления этих расстройств многократно изучались и, очевидно, они представляют собой комплексную проблему.

Основные гипотезы генеза ФГИР (МКК) можно определить следующим образом:

• нарушения состава кишечной микробиоты (КМБ), что приводит к повышенной ферментации, газообразованию, нарушению моторики кишечника;
• незрелость ферментных систем печени со снижением уровня желчных солей, нарушением абсорбции жиров и других нутриентов и вторичным действием на КМБ;
• незрелость энтеральной нервной системы (ЭНС) с нарушением моторики и болевой чувствительности [2].

Все три гипотезы связывают нарушения КМБ у младенцев с симптомами МКК.Действительно, у детей с МКК обнаружены изменения состава КМБ в виде снижения числабифидобактерий, лактобацилл, снижения диверсификации КМБ, увеличения количествапротеобактерий и кишечной палочки [3]. Практически аналогичные изменения наблюдаются у больных СРК [4].

Вторая гипотеза связывает нарушения КМБ с состоянием желчных кислот и перевариванием жиров [5]. В экспериментальных исследованиях показано, что дисбиоз снижает общий пул желчных кислот и меняет его состав. КМБдеконъюгирует и метаболизирует первичные желчные кислоты во вторичные и изменяет активацию FXR (рецептор фрамезоид Х – лиганд желчных кислот контролирует их синтез и метаболизм).

Дисбиоз сопровождаются изменением количества и качества желчных кислот. Эти нарушения снижают возможность усвоения жира, способствую развитию стеатореи и еще большим нарушениям КМБ [6].

Для полного понимания и рассмотрения возможных связей разных проявлений ФГИР в разных возрастных группах следует обратиться к Римским критериям IV. В этом документе ФГИР рассматриваются как «расстройства взаимодействия кишка-головной мозг (disorders of gutbrain interactions) [7].

На протяжении многих десятилетий существуют данные о взаимном влиянии кишечника и мозга; обнаружены тесные взаимосвязи между иммунной системой кишечника, ЭНС и эндокринными клетками кишечника.

Последние исследования этих влияний позволили добавить КМБ как еще один компонент этой системы – оси микробиота–кишка–мозг [8]. Экспериментальные исследования на животных-гнотобионтах показали, что отсутствие КМБ приводит к нарушению моторики кишечника, увеличение экспрессии генов, кодирующих транспортные системы кишечника, изменяют болевую чувствительность [4]. Изменения состава КМБ, снижение ее разнообразия увеличивают уровень провоспалительной активности иммунной системы кишечника и способствуют развитию заболеваний, связанных с процессами хронического воспаления [9].

Системы связи МКБ с ЦНС: ЭНС и гипоталамогипофизарно-адреналовая ось (HPA)

Существует обоюдная связь КМБ с ЦНС, которая осуществляется при участии ЭНС, НРА. Автономная нервная система посредством симпатических и парасимпатических ветвей передает сигналы из просвета кишечника в ЦНС. Известно, что вагусу принадлежит важная роль в регулировании ключевых эффекторных функций кишечника.Вагус передает сигналы с периферических органов (пищевод, тонкая кишка) в ЦНС. Эти сигналы могут влиять на настроение, эмоциональность, когнитивные функции и поведение. Важность влияния вагуса подтверждается в экспериментах с L. rhamnosus, действие которой осуществлялось только в присутствии вагуса.

Клинические и экспериментальные данные свидетельствуют, что КМБ не только взаимодействует местно с интестинальными клетками и ЭНС, но и обладает способностью посылать непосредственно сигналы в ЦНС через нейроэндокринные и метаболические пути [10].

Действие КМБ на ЦНС может также осуществляться с помощью HPA. Стресс под действием факторов окружающей среды и повышение уровня провоспалительных цитокинов активируют ось кишечник-мозг посредством секреции кортикотропин-релизинг фактора в гипоталамусе и стимулируют продукцию АКТГв гипофизе, что далее ведет к выбросу кортизола. Кортизол – главный гормон стресса, влияет на многие органы человека, включая мозг. В экспериментальных исследованиях было показано, что у животных-гнотобионтов наблюдается увеличение базального уровня кортизола с усиленным ответом на стресс, повышенной двигательной активностью и снижением уровня BDNF (brain – derived neurotrophic factor). Кортизол способствует нарушению проницаемости и барьерных функций кишечника и может влиять на состояние и состав КМБ [11]. Дисбиоз КМБ сопровождается увеличением тревожности, депрессивным поведением, нарушением памяти, снижением уровня ключевых нейротрофических факторов. Таким образом, и гормональные, и нейронные пути совместно влияют на мозг, сигналы которого стимулирует активность интестинальныхэффекторных клеток, таких как иммунные клетки, эпителиальные клетки, клетки ЭНС. Те же самые клетки находятся под активным влиянием КМБ, которая участвует в обмене информации по оси мозг–кишечник [12].

Особый интерес представляют собой современные данные о влиянии дисбиоза, связанного с антибиотикотерапией на состояние ЭНС. В экспериментальных исследованиях V.Caputi (2017) было показано, что дисбиоз приводит к потере нейронов вмежмышечных ганглиях исплетениях, нарушению холинергической нейропередачи в сочетании со снижением числа nNOS (нейроны с высокой экспрессией NO-синтазы). Эти изменения приводили к нарушению гастроинтестинального транзита, метаболизма желчных кислот, моторики желудочно-кишечного тракта(ЖКТ) [13].

Важным медиатором действия КМБ на ЦНС являются многочисленные биологически активные молекулы, продуцируемые КМБ.

Нарушения КМБ: эпигенетические основы формирования ФГИР

КМБ продуцирует целый ряд метаболитов, влияющих на метаболизм посредством изменения экспрессии генов. К ним можно отнести фолиевую кислоту, продуцируемую бифидобактериями и лактобациллами. Фолат участвует в метилировании ДНК и изменяет экспрессию генов. В пилотном исследовании здоровых добровольцев 3 штамма бифидобактерий и 3 штамма лактобацилл увеличивали достоверно уровень фолата в фекалиях [14]. КМБ генерирует сигналы, которые эффективно снижают провоспалительный ответ на факторы стресса. Одним из элементов индукции воспаления является толл-подобный рецептор 4 (TLR4). TLR4 реагирует на появление бактериальных липополисахаридов (LPS) и активирует иммунную систему. Комменсальные бактерии увеличивают уровень метилирования в локусе TLR4 и снижают реакцию иммунной системы на LPS [15]. Предполагается, что КМБ взаимодействует с энзимами, ответственными за процессы метилирования.

Эпигенетическим действием обладают также метаболиты КМБ, к которым относятся прежде всего короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и их изомеры. Именно эти метаболиты являются медиаторами, фактически сигнальными молекулами влияния нутриентов на эпигеном человека. Наиболее активными в отношении влияния на экспрессию генов являются бутират (масляная кислота и ее соли), пропионат (пропионовая кислота) и ацетат (уксусная кислота и ее соли). Наиболее хорошо изучено действие бутирата, который является ингибитором деацетилазы гистона. Бутират может реактивировать эпигенетически «молчащие» гены за счет увеличения ацетилирования гистона [16]. Доказано действие бутирата на экспрессию генов, связанных с контролем за клеточным цикломи апоптозом [17]. Бутират появляется в кишечнике в результате ферментирования пищевых волокон; высокожировая диета снижает продукцию бутирата. Бутират обладает противовоспалительными свойствами за счет подавления NF-κβ. Кроме того, бутират увеличивает продукцию Treg-клеток [18].

Важным компонентом эпигенетических процессов является микро-РНК (мРНК) или некодирующие РНК (нРНК), т.е. те РНК, которые не способны кодировать протеины, но выполняют целый ряд важных физиологических функций. мРНК регулируют посттрансляционную экспрессию генов. Эти РНК играют важную роль в регулировании работы иммунной сиcтемы. Бактерии, по-видимому, способны секретировать мРНК в составе везикул внутренней и внешней мембраны бактериальной стенки. мРНК везикул являются сигнальными молекулами или фактором «связи» [19]. нРНК могут связываться с факторами транскрипции. Установлена, что нРНК являются основными эпигенетическими регуляторами и их профиль зависит от характера КМБ (рис. 1).

Таким образом, дисбиоз кишечника путем эпигенетических изменений и выбросом провоспалительных цитокинов увеличивает воспалительные процессы кишечной стенки. Воспаление тесно связано с нарушением моторики и болевыми ощущениями [20, 21]. Каким образом сигналы воспаления поступают из кишечника в мозг?

• Посредством цитокинов
  • поступают в кровь;
  • легко преодолевают гематоэнцефалический барьер;
• Посредством бактериальных стенок LPS, которые активируют TLRклеток микроглии (главные иммунные клетки мозга);
• Прямой контакт – иммунные клетки кишечника вступают в контакт с афферентными нервными волокнами или ЭНС и посылают сигналы клеткам мозга;
• Поступление иммунных клеток в мозг, где высвобождаются цитокины и другие воспалительные медиаторы.

Сигналы воспаления, поступающие в мозг, увеличивают экспрессию ноцицептивных рецепторов. КМБ влияет на спиноталамический путь, идущий от ЖКТ к кортикальным районам мозга, где лежат висцеральные сенсорные пути и осознаются болевые сигналы. Эти регионы являются медиаторами когнитивных функций, настроения и поведения, болевой чувствительности.

Другие механизмы влияния КМБ на моторику кишечника

По данным экспериментальных исследований, адекватная моторика кишечника связана с действием серотонина. В последние года появились данные о влиянии КМБ на синтез серотонина. Известно, что большая часть серотонина находится в ЖКТ человека и что более 90% всего серотонина синтезируется в кишечнике. По данным J. Yano (2015), КМБ увеличивает синтез серотонина из триптофана в энтерохромафинных клетках кишечника и регулирует уровень серотонина в толстой кишке и крови [22]. Филаментные бактерии и клостридии способствуют синтезу серотонина. Ноесть бактерии, которые сами способны синтезировать серотонин, к ним относятся Corynebacterium spp., Streptococcus spp., Escherichia coli. Экспериментальные исследования продемонстрировали снижение уровня серотонина у животных с нарушенной после антибиотикотерапии КМБ. Снижение уровня серотонина и его рецепторов наблюдается у больных СРК, параллельно у этих больных можно наблюдать и снижение уровня мРНК-16 и мРНК-103. Предполагают, что именно эти мРНК регулируют синтез серотонина и экспрессию его рецепторов.

Таким образом, основные механизмы развития ММК, абдоминальной боли и СРК связаны с нарушением КМБ и имеют близкий патогенетический профиль (рис. 1).

Можно предположить, что использование пробиотиков для увеличения количества бактерий с противовоспалительной активностьюсможет решить ряд проблем данных патологических состояний.

Большинство изучаемых пробиотических бактерий относятся к виду бифидобактерий и лактобацилл. Долговременное изучение разнообразных молочнокислых штаммов привело к открытию L. Reuteri (LR), который является одним из трех штаммов лактобацилл, постоянно присутствующих в ЖКТ человека.

По мнению Casaи Dobrogos (2000), LR является штаммом, хорошо подходящим под описание «идеального» пробиотика. LR является естественным обитателем организма человека, обеспечивает вышеописанные благоприятные эффекты, кроме того, наиболее полно сохраняет целостность кишечного барьера, предотвращает транслокацию микробов из просвета кишечника и снижает активность процесса воспаления, вызванного биологическими и химическими агентами [23].

К настоящему времени изучен и описан геном LR и проведены многочисленные клинические испытания у детей и взрослых [24]. Доказано, что использование LR позволяет снизить частоту кишечных инфекций у детей раннего возраста, посещающих ясли [25], снижает частоту антибиотикоассоциированной диареи у детей [26], а также длительность острых кишечных инфекций [27].

Известные механизмы влияния LR на состояние ЖКТ

1. Влияние на состав КМБ у младенцев

В работе F. Savino (2010) проводился анализ КМБ у детей, получавших LR (основная группа) или плацебо (контрольная группа). На 21-й день от начала испытаний у детей основной группы отмечен достоверно более высокий уровень лактобацилл [28]. LR не влияла на другие комменсальные бактерии. Кроме того, у детей основной группы отмечено изменение состава кишечных газов в виде достоверного снижения уровня аммиака. Сравнение действия LR на патогенные бактерии показало выраженные ингибирующие свойства в сравнении с другими пробиотиками (см. таблицу).

Один из механизмов ингибирующего действия LR на патогены связан с продукцией антимикробного вещества реутерина. Реутерин ингибирует рост многих условно-патогенных и патогенных бактерий, а также плесневых, дрожжевых грибов и простейших паразитов. Реутерин является водорастворимым веществом, эффективным при различных уровнях рН, устойчивым к действию протеолитических и липолитических ферментов. Подавляя жизнедеятельность патогенной флоры, реутерин не действует на комменсальные бактерии, сохраняя оптимальный баланс КМБ [30]. Введение в питание младенцев L. reuteri способствует увеличению числа лактобацилл в КМБ (рис. 1) [31].

Благоприятная динамика состава КМБ улучшает моторику кишечника, снижает газообразование (аммиак) и таким образом снижает проявления ФГИР у детей.

Таблица

Действие LR на патогены в сравнении с другими пробиотиками [29]

2. Иммуномодулирующее действие LR

LR, как и многие другие бактерии, образует биопленку, включающую вещества, обладающие иммуномодулирующими свойствами. Исследования in vitro показали, что биопленка LR снижает продукцию провоспалительного цитокина TNFg и в экспериментальных исследованиях снижает активность процесса воспаления [27]. В клинических исследованиях у здоровых добровольцев и больных с илеостомой выявлены достоверное увеличение CD4 Т-лимфоцитов, увеличение соотношения CD4/CD8, повышение уровня продукции IgА, снижение проницаемости кишечной стенки. Появились экспериментальные данные о том, что LRмодулирует активность дендритных клеток, активирует продукцию регуляторных цитокинов и Т-регуляторных клеток, способствуя, таким образом, развитию толерантности к пищевым антигенам [32]. В исследованиях на экспериментальных животных было показано, что повышение продукции Treg-клеток под влиянием LR снижает интенсивность аллергического ответа после воздействия антигена [33]. По другим данным, LR препятствует бактериальной транслокации из кишечника в мезентериальные лимфоузлы при индуцированном колите у экспериментальных животных [34].

3. Влияние LR на моторику кишечника и состояние ЭНС

Нарушения моторики ЖКТ является одной из причин МКК у детей в результате замедления транзита кишечного содержимого, в частности, газа. Jorup и соавт. [13] обнаружили кишечную гиперперистальтику и повышение давления в прямой кишке у детей первых месяцев с МКК [35]. Нарушения моторики ограничивались кишечником, стимулировались сосанием и не отличались при вскармливании грудным молоком или молочной смесью, при этом они существенно варьировали у разных детей. По данным УЗИ и электорогастрографии [36], у детей с МКК имеют место различные нарушения моторики желудка, в большинстве случаев сопровождающиеся замедлением эвакуации пищи. Исследования F. Indrio (2011) показали снижение скорости опорожнения желудка у детей, получавщих стандартную смесь, по сравнению с группой детей, получающих смесь с L. reuteri [36]. Время кишечного транзита при МКК не отличается от нормы, попытка воздействия на этот показатель путем назначения смеси, обогащенной пищевыми волокнами (соевые полисахариды), не увенчалась успехом.

Важным свойством L. reuteri является влияние этой бактерии на ноцицптивные ганглии спинного мозга. В экспериментальных исследованиях было показание снижение боли у животных при растяжении кишечной стенки. В клинических исследованиях были продемонстрированы снижение частоты и продолжительности плача и беспокойства у детей с МКК, снижение интенсивности болевого приступа при абдоминальной боли у детей, а также снижение частоты и интенсивности боли у детей с СРК (рис. 2) [37].

Исследования иммунного статуса у детей с МКК, получающими L. Reuteri, показали некоторые механизмы благоприятного влияния L. reuteri. Выявлены повышения уровня фактора транcкрипции (FOXP3) регуляторных клеток и снижение активности процесса воспаления [37].

Проведены многочисленные клинические исследования LR у детей с МКК, у детей с абдоминальной болю и детей с СРК. Исследования Z. Weizmann (2016) и C. Romano (2010) показали у детей с абдоминальной болью в возрасте от 6 до 15 лет, что использование LR снижало интенсивность болевых приступов [38, 39]. По данным Jadresin (2017), использование LR у детей с абдоминальной болью и СРК в возрасте 4–18 лет достоверно снижало интенсивность и частоту эпизодов болей в животе [40]. Кроме того, в ряде работ показано, что LR обладает профилактическими свойствами в отношении МКК, срыгиваний и запоров. Прием LR с рождения достоверно снижал частоту развития МКК к возрасту 3 месяцев [41].

Сравнение разных способов лечения МКК, включая препараты, массаж, иглоукалывание, диету иприменение LR, показало самую высокую эффективность использования LR по сравнению с другими методами лечения [42].

В заключение следует отметить, что эффективность использования LR у детей с МКК, абдоминальной болью и СРК является еще одним подтверждением общего генеза развития функциональный гастроинтестинальных расстройств, включающих МКК, абдоминальную боль и СРК. Схема общих путей развития этих состояний приведена на рис. 3. Учитывая важность предупреждения ФГИР у детей и взрослых, с целью профилактики можнорекомендовать раннее использование препаратов или продуктов, содержащих L. reuteri.

Конфликт интересов: авторы – действующие сотрудники компании Нестле-Россия.