ВЗАИМОСВЯЗЬ МИКРОБИОТЫ ТОЛСТОЙ КИШКИ У ДЕТЕЙ С ИЗБЫТОЧНОЙ МАССОЙ ТЕЛА И ОЖИРЕНИИ

АННОТАЦИЯ

Ожирение у детей является актуальной проблемой в современном мире в связи с широкой распространенностью, развитием метаболических нарушений и их устойчивым трекингом во взрослую жизнь. В работе проведена оценка микробиоты толстой кишки у детей при избыточном весе и ожирении методом ПЦР в г. Архангельск. В нашем исследовании обнаружено снижение основной микробиоты толстого кишечника (Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp.) при избыточной массе тела/ожирении и увеличение патогенных видов – Streptococcus spp.,Acinetobacter spp.

ABSTRACT

Obesity in children is an urgent problem in the modern world due to the widespread occurrence, development of metabolic disorders and their steady tracking into adulthood. In this work, the microbiota of the colon in overweight and obese children was evaluated by PCR in Arkhangelsk. Our study revealed a decrease in the main microbiota of the large intestine (Lactobacillus spp. and Bifidobacterium spp.) in overweight/obesity and an increase in pathogenic species – Streptococcus spp., Acinetobacter spp.

Ключевые слова: детское ожирение, индекс массы тела, микробиота толстой кишки, избыточный вес.

Keywords: childhood obesity, body mass index, colonic microbiota, overweight.

ВВЕДЕНИЕ

Тенденция к увеличению случаев избыточной массы тела человека стала одной из значительных проблем в мире. Нездоровое питание, недостаточная физическая активность — основные детерминанты развития детского ожирения [1, с.12].

Проблема ожирения детей приобрела глобальные масштабы. По данным ВОЗ, за последние 40 лет наблюдается десятикратный рост числа детей с ожирением. К 2022 г. в возрастной группе 5-19 лет в развитых странах число детей, страдающих ожирением, стало выше, чем детей с пониженной массой тела [11].

Несмотря на хорошо изученный вопрос детского ожирения, за последние 12 лет выявлены новые причины, факторы риска и следствия, связанные с ним. Это недостаточность усвоения витаминов и минералов, нарушение работы нервной и сердечно-сосудистой системы, развития сахарного диабета 2 типа [5, с.81].

Вопрос изучения состава микробиоты у детей с избыточным весом и ожирением изучены недостаточно.

Целью исследования является оценка микробиоты толстой кишки у детей при избыточном весе и ожирении методом полимеразно-цепной реакции.

МИКРОБИОТА ТОЛСТОГО КИШЕЧНИКА И МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ ОЖИРЕНИЯ

Норвежское исследование 2018 года показало, что состав кишечной микробиоты сильно коррелирует между составом микробиоты ребенка и ИМТ в возрасте 12 лет, что позволяет предсказать риск развития ожирения по мере его взросления и уделять внимание профилактике. [14, с.1]

Известно, что микробиота кишечника влияет на контроль энергетического обмена и изменения индекса массы тела, а при нормализации состава микробиоты кишечника у пациентов с ожирением может привести к снижению массы тела, а также к улучшению показателей биохимического анализа крови (показателей инсулинорезистентности и триглицеридов, уровней холестерина и ЛПНП). [2, c.37]

В толстом кишечнике здоровых детей присутствуют в основном шесть основных типов микробиоты: Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria, Actinobacteria, Fusobacteria и Verrucomicrobia [8, с. 1635], из них на долю Bacteroidetes и Firmicutes приходится более 90% [9, c. 13]. Однако обнаружено, что у детей с ожирением количество Bacteroidetes было снижено, а Firmicutes - повышено [10, с. 1; 12, c.1525]. Другие исследования показали, что у детей с ожирением доля обоих типов микробиоты повышена [6, с. 501].

Разнообразие и стабильность микроорганизмов оказывает положительное влияние на дальнейшее развитие ребенка, снижают вероятность развития атопии, хронических заболеваний в детстве, препятствуют расселению патогенной микрофлоры.

Данные о механизме влияния микробиоты толстого кишечника на метаболизм ребенка крайне важны [4, с. 201]. Например, показана ассоциация Bacteroides fragilis с воспалительными диарейными заболеваниями у детей до года. Его токсины связываются со специфическим рецептором эпителиальных клеток кишечника, стимулируя пути трансдукции сигнала энтероцита, что ведет к изменению морфологии клеток, расщеплению е-кадгерина, снижению функции кишечного барьера и увеличению пролиферации эпителиальных клеток с экспрессией противовоспалительных цитокинов (например, IL-8), влияет на всасывание полисахаридов и белков и формирование хронического воспаления [16, с. 31].

Firmicutes - бактериальный класс с низким содержанием пар нуклеотидов G+C (менее 50%) и имеющим клеточную стенку, характерную для грамположительных бактерий. Было показано влияние низкокалорийной диеты (ограничение жиров и углеводов) на изменение состава кишечной микробиоты: диета значительно сокращала численность Firmicutes и повышала долю Bacteroidetes, эти изменения коррелировали со степенью снижения массы тела [7 с. 718]. Firmicutes принимает участие в метаболизме жирных кислот [13, с. 277]. У людей с повышенной массой тела значительно выше уровень таких представителей Firmicutes, как Clostridium coccoides, C. leptum и семейства Enterobacteriaceae (Esherichia coli), при этом содержание Lactobacillus ниже [15, с. 265].

Снижение нормофлоры Bifidobacterium spp. и Lactobacillus spp. связывают с преобладанием в рационе жиров, которые опосредует воспаление слизистой оболочки кишечника и формируют ожирение и инсулинорезистентность [3, с.8]

Рассуждения о соотношении Firmicutes/Bacteroidetes и их влияния на избыточную массу тела и ожирение продолжается.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование выполнено на базе кафедры клинической биохимии, микробиологии и лабораторной диагностики ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Проведенное исследование включало в себя: получение информированного согласия, анкетирование, ПЦР – исследование в режиме реального времени с использованием набора реагентов «Колонофлор-16 (метаболизм)» (производитель ООО «Альфалаб»).

В исследование было включено 30 человек в возрасте 12-17 лет, проживающих в городе Архангельске. Из них 16 (53,35%) пациентов были женского пола, 14 (46,65%) пациентов – мужского пола. Отбор пациентов производился по индексу массы тела, с использованием программы WHO AnthroPlus.

Участники были разделены на 2 группы с применением классификации, представленной в таблице 1.  К первой группе относились пациенты с избыточной массой тела 11 человек, ко второй группе с ожирением 19 человек (1, 2, 3 степень).

Таблица 1.

Индекс массы тела и степень ожирения согласно ВОЗ

Для выделения ДНК использовался набор реагентов «ДНК-СОРБ-В» (производство АмплиСенс, ЦНИИ эпидемиологии МЗ РФ, Россия). В полученных образцах методом ПЦР в режиме реального времени с использованием детектирующего амплификатора ДТлайт (производитель НПО «ДНК-Технология», Россия) на базе ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» определен качественный и количественный состав представителей микрофлоры толстого кишечника у детей.

Полученные данные обрабатывались с помощью пакета программ Stata SM-64. Для описательной характеристики использовались среднее значение, медиана, квартиль 25 и 75. Характер распределения признаков в статистической выборке определяли с использованием критерия Шапиро-Уилка. Значимость полученных результатов оценивали с помощью непарного параметрического t-критерия Стьюдента и непараметрического критерия Вилкаксона в зависимости от типа распределения признаков.  Корреляционные связи между признаками устанавливались при помощи коэффициента ранговой корреляции Спирмена (rs). Результаты считали достоверными при статистическом уровне значимости p≤0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Установлены общие закономерности в составе микробиоты толстой кишки:

Содержание базовых представителей типа Firmicutes (Roseburia, Ruminococcus, Faecalibacterium, Eubacterium), относящихся к клостридиальному кластеру XIV и IV, соответствовали нормальному уровню у подростков двух групп.

Содержание представителей типа Bacterioidetes, относящихся к порядку Bacterioidales Bacteroides spp и B.thetaiotaomicron соответствовали нормальному уровню у двух групп.

Обнаружены следующие различия в составе отдельных представителей микробиоты толстой кишки:

Так Blautia отсутствовали при избытке ИМТ у 90% подростков и присутствовали лишь у 21% подростков с ожирением.

Дефицит Lactobacillus spp. у 70% детей двух групп, а у остальных 30 % находился в норме.

У детей обеих групп был дефицит Bifidobacterium spp. примерно 60% и только у 40% находился в норме.

Уменьшение численности Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp. может привести к дисбиотическим нарушениям.

Примерно у 30% детей был избыток Streptococcus spp., что свидетельствует о воспалительном процессе в кишечнике.

Akkermansia muciniphila у 27-36% детей отсутствовала. Она играет ключевую роль в борьбе с ожирением и сахарным диабетом 2 типа.

Избыток Acinetobacter spp. был обнаружен примерно у 90% детей. Ацинобактерии являются условно-патогенными микроорганизмами, которые вызывают инфекционный процесс в кишечнике.

Соотношение отделов Bacteroides fragilis group/ Faecalibacterium prausnitzii достоверно не различалось между пациентами обеих исследуемых групп, большинство из них имели нормальные показатели (90%; p=0.1), однако необходимо отметить, что у людей с ожирением данный показатель чаще был статистически выше нормы (21,5%; p=0.043).

Слабая обратная корреляция наблюдается между содержанием микробиоты и избыточной массой тела/ожирением у Roseburia inulinivorans (r_s = -0.467; p=0.009), Blautia spp. (r_s =-0.306; p=0.024), Acinetobacter spp. (r_s =-0.076; p=0.027).

Умеренная обратная корреляция наблюдается между содержанием микробиоты и избыточной массой тела/ожирением у Eubacterium rectale (r_s = -0.51; p=0.0383).

Вопреки сообщениям в научной литературе, взаимосвязь между повышенным содержанием Escherichia coli и избыточной массой тела/ожирением имеет умеренную прямую корреляцию (r_s =0.27; p=0.031). Аналогичная ситуация наблюдалась в исследованиях соотношения отделов Bacteroides fragilis group/Faecalibacterium prausnitzii (r_s =0.597; p=0.015).

Остальные отделы исследуемой микробиоты (Enterococcus spp., Faecalibacterium prausnitzii, Ruminococcus spp., Akkermansia muciniphila, Bacteroides spp., Bacteroides thetaiotaomicron, Prevotella spp., Methanobrevibacter smithii и Methanosphaera stadtmanae) не показали корреляционную связь.

ВЫВОДЫ

Несмотря на то, что ожирение является медицинским диагнозом, а избыточная масса тела лишь его предвестником. В нашем исследовании не выявлены существенные различия в количественном составе микробиоты кишечника между этими двумя группами.

Мы определили снижение основной микробиоты толстого кишечника (Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp.) при избыточной массе тела/ожирении и увеличение патогенных видов - Streptococcus spp., Acinetobacter spp.

Таким образом, на первый план при коррекции избыточной массы тела и лечения детского ожирения должна выходить диета и применение препаратов, влияющих на кишечную микрофлору.

Список литературы:

1. Джумагазиев А. А., Безрукова Д.А., Богданьянц М.В., Орлов Ф.В., Райский Д.В., Акмаева Л.М., Усаева О.В., Джамаев Л.С. Проблема ожирения у детей в современном мире: реалии и возможные пути решения// Журнал Вопросы современной педиатрии, 15, № 3, 2016, С.12-16.
2. Захарова И.Н., Бережная И.В., Скоробогатова Е.В., Айсанова М.Р., Бочарова Т.И. Микробиота кишечника у детей с ожирением. Роль пробиотиков // МС. 2020. №10, с.37-39
3. Мазурина Светлана Александровна, Максимова Ольга Владимировна, Гервазиева Валентина Борисовна Особенности микробиоты кишечника детей с аллергическими заболеваниями и различной массой тела // Российский педиатрический журнал. 2017. №4, С: 8-12.
4. Пахомовская Н.Л., Венедиктова М.М. Влияние микробиоты ребенка первого года жизни на его развитие// Медицинский совет, -2018, №2, с. 201-210.
5. Пермякова Е.Ю. Оценка влияния калорийности питания, частоты физических нагрузок и недостатка сна на уровень жироотложения современных детей // Вестник Московского университета. Серия 23. Антропология, 2017 г., с. 81-83
6. Abdallah Ismail N., Ragab S.H., Abd Elbaky A., Shoeib A.R., Alhosary Y., Fekry D. Frequency of Firmicutes and Bacteroidetes in gut microbiota in obese and normal weight Egyptian children and adults. Arch Med Sci. 2011;7(3):501-507. doi: 10.5114/aoms.2011.23418.
7. Backhed F., Ding H., Wang T., Hooper L.V., Koh G.Y., Nagy A., Semenkovich C.F., Gordon J.I. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004; 101(44):S718-1S723. doi: 10.1073/pnas.0407076101.
8. Eckburg P.B., Bik E.M., Bernstein C.N., Purdom E., Dethlefsen L., Sargent M. et al. Diversity of the human intestinal microbial flora. Science. 2005; 308(5728):1635-1638. doi: 10.1126/science.1110591.
9. Mariat D., Firmesse O., Levenez F., Guimaraes V.D., Sokol H., Dore J. et al. The Firmicutes/Bacteroidetes ratio of the human microbiota changes with age. BMC Microbiology. 2009; 9, P: 12-13. doi: 10.1186/1471-2180-9-123.
10. Patrone V., Vajana E., Minuti A., Callegari M.L., Federico A., Loguercio C. et al. Postoperative changes in fecal bacterial communities and fermentation products in obese patients undergoing bilio-intestinal bypass// Frontiers in Microbiology. 2016;7(200):1-10. doi: 10.3389/fmicb.2016.00200.
11. Paul Garwood, Caroline Brogan. Десятикратный рост числа детей и подростков с ожирением за последние сорок лет: новое исследование Имперского колледжа в Лондоне и ВОЗ//WHO, Пресс-релиз, Лондон, 11 октября 2017 г. URL: https://www.who.int/ru/news/item/11-10-2017-tenfold-increase-in-childhood-and-adolescent-obesity-in-four-decades-new-study-by-imperial-college-london-and-who (дата обращения: 20.05.2022)
12. Rahat-Rozenbloom S., Fernandes J., Gloor G.B., Wolever T.M. Evidence for greater production of colonic short-chain fatty acids in overweight than lean humans// Int J Obes (Lond). 2014; 38 (12):1525-1531. doi: 10.1038/ijo.2014.46.
13. Semova I., Carten J.D., Stombaugh J., Mackey L.C., Knight R., Farber S.A., Rawls J.F. Microbiota Regulate Intestinal Absorption and Metabolism of Fatty Acids in the Zebrafish// Cell Host Microbe. 2012; 12(3):277-288. doi: 10.1016/j.chom.2012.08.003
14. Stanislawski MA, Dabelea D, Wagner BD, Iszatt N, Dahl C, Sontag MK, Knight R, Lozupone CA, Eggesbø M. Gut Microbiota in the First 2 Years of Life and the Association with Body Mass Index at Age 12 in a Norwegian Birth Cohort// MBio. 2018 Oct 23; 9(5).
15. Sun J., Qiao Y., Qi C., Jiang W., Xiao H., Shi Y., Le G.W. High-fat-diet-induced obesity is associated with decreased antiinflammatory Lactobacillus reuteri sensitive to oxidative stress in mouse Peyer's patches// Nutrition. 2016; 32 (2):265-272. doi: 10.1016/j.nut.201S.08.020
16. Zhang J., Zheng Y., Guo Z., Qiao J., Gesudu 0., Sun Z. et al. The diversity of intestinal microbiota of Mongolians living in Inner Mongolia, China. Benef Microbes. 2013; 4 (4):319-328. doi: 10.3920/BM2013.0028.