References

rmt

Общая реаниматология

General Reanimatology

1813-97792411-7110

FSBI "SRIGR" RAMS

10.15360/1813-9779-2012-4-42

rmt-209

Research Article

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ АНЕСТЕЗИОЛОГИИ-РЕАНИМАТОЛОГИИ

FUNDAMENTALS OF ANESTHESIOLOGY AND REANIMATOLOGY

Интеграция метаболизма человека и его микробиома при критических состояниях

Integration of Metabolism in Man and His Microbiome in Critical Conditions

Белобородова

Н. В.

Beloborodova

N. V.

nvbeloborodova@yandex.ru

2012

20082012

Том VIII № 4 2012 г.

4242

2012

Белобородова Н.В.

Beloborodova N.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.reanimatology.com/rmt/article/view/209

В статье постулируется существование явления интеграции метаболизма человека и его микробиома. Высказанная автором ранее гипотеза об участии малых молекул микробного происхождения в гомеостазе человека [1, 2] нашла подтверждение в дальнейших экспериментальных и клинических исследованиях. Показано, что взаимодействия метаболитов бактерий с организмом человека, естественные и гармоничные в норме, приобретают искаженный характер при различных заболеваниях, что максимально проявляется при критических состояниях, а усугубление дезинтеграции ведет к полиорганным нарушениям и фатальному исходу. Так, в результате проведенных исследований установлена зависимость тяжести и исхода заболевания от метаболического профиля низкомолекулярных ароматических соединений микробного происхождения в крови больного, среди экзометаболитов аэробных и анаэробных бактерий (основных представителей микробиоты человека) выявлены ключевые молекулы, участвующие в интеграционных взаимодействиях с клетками человека, изучены механизмы такого взаимодействия на клеточном и субклеточном уровне. По убеждению автора, изучение механизмов интеграции, роли ароматических микробных метаболитов (АММ) и поиск методов АММ-ориентированной терапии открывает новые возможности для улучшения результатов лечения больных в различных областях медицины и прежде всего — в реаниматологии. Ключевые слова: критические состояния, метабо-лом, ароматические микробные метаболиты, фенилкарбоновые кислоты, сепсис, микробиом кишечника.

The paper postulates whether the phenomenon of integration of metabolism in man and his microbiome exists. The author’s previously hypothesized fact that small molecules from microbes are involved in human homeostasis [1, 2] has found confirmation in subsequent experimental and clinical studies. The interactions of bacterial metabolites with the human body, which are natural and harmonious in health, are shown to become distorted in different diseases, which may be present in critical conditions at the most and the worsening disintegration results in multiple organ dysfunction and a fatal outcome. Thus, the performed investigations have established that there is a relationship between the severity and outcome of disease and the metabolic profile of low-molecular-weight aromatic compounds from microbes in the patient’s blood and that there are key molecules that are involved in the integrative interaction with human cells among the exometabolites of aerobic and anaerobic bacteria (the main representatives of the human microbiota); the mechanisms of this interaction at the cellular and subcellular levels have been studied. In the author’s opinion, a study of integration mechanisms and the role of microbial aromatic metabolites (MAM) and a search for MAM-oriented therapeutic methods open up new avenues to improve the results of patient treatment in different fields of medicine and mainly in reanimatology. Key words: critical conditions, metabolism, microbial aromatic metabolites, phenylcarboxylic acids, sepsis, intestinal microbiome.

References1

Beloborodova N. V., Osipov G. A.Microb. Ecol. Health Disease.

Белобородова Н. В., Осипов Г. А.Гомеостаз малых молекул микробного происхождения и его роль во взаимоотношениях микроорганизмов с организмом хозяина.Вестник РАМН.1999; 7: 25—31.

Храмых Т. П., Долгих В. Т.Патогенез интоксикации при геморрагической гипотензии (экспериментальное исследование).Общая реаниматология.2008; 4 (5): 36—39.

Матвеева Е. Ю., Власенко А. В., Яковлев В. Н., Алексеев В. Г.Инфекционные осложнения катетеризации центральных вен.Общая реаниматология.2011; 7 (5): 67—7

Мороз В. В., Чурляев Ю. А.Вторичные повреждения головного мозга при тяжелой черепно-мозговой травме М.; 2006: 403.

Wightman F., Lighty D. L.Identification of phenylacetic acid as a natural auxin in the shoots of higher plants.Physiologia Plantarum.1982; 55: 17—24

Федотчева Н. И., Теплова В. В., Белобородова Н. В.Участие феноль-ных кислот микробного происхождения в дисфункции митохондрий при сепсисе.Биологическиемембраны.2010; 27 (1): 60—66.

Harbarth S., Haustein T.Year in review 2009: Critical Care — infection.Crit. Care.2010; 14 (6): 240—244.

Vincent J.-L., Rello J., Marshall J., Silva E., Anzueto A., Martin C. D., Moreno R., Lipman J., Gomersall C., Sakr Y., Reinhart K.; EPIC II Group of Investigators.International study of the prevalence and outcomes of infection in intensive care units. JAMA. 2009; 302 (21): 2323—232

VincentJ.-L., Abraham E.The last 100 years of sepsis.Am.J. Respir. Crit. Care Med.2006; 173 (3): 256—263.

Долина О. А., Шкроб Л. О.Коррекция иммунных нарушений у больных с абдоминальным сепсисом.Общаяреаниматология.2011; 7 (1): 55—57.

Lyte M.(ed.). Microbial endocrinology. USA: Springer Science+ Business Media; 2010: 323.

Cani P. D., Bibiloni R., Knauf C., Waget A., Neyrinck A. M., Delzenne N. M., Burcelin R.Changes in gut microbiota control metabolic endotoxemia-induced inflammation in high-fat diet-induced obesity and diabetes in mice.Diabetes.2008; 57 (6): 1470—1481.

Cani P. D., Neyrinck A. M., Fava F., Knauf C., Burcelin R. G., Tuohy K. M., Gibson G. R., Delzenne N. M.Selective increases of bifidobacteria in gut microflora improve high-fat-diet-induced diabetes in mice through a mechanism associated with endotoxaemia.Diabetologia.2007; 50 (11): 2374—2383.

Fredborg M., Theil R. K., Jensen B. B., Purup S.Intestinal bacteria metabolites alter gene expression of nutrient transporters in human intestinal epithelial cells. In: 8—h INRA-Rowett Symposium on Gut Microbiology «Gut microbiota — friend or foe?», 17—20 June 2012. Clemont-Ferrand, France; 2012: 86.

Tlaskalova-Hogenova H., Stepankova R., Kozakova H., Hudcovic T., Vannucci L., Tuckova L., Rossmann P., Hrncir T., Kverka M., Zakostelska Z., Klimesova K., Pribylova J., Bartova J., Sanchez D., Fundova P., Borovska D., Srutkova D., Zidek Z., Schwarzer M., Drastich P., Funda D. P.The role of gut microbiota (commensal bacteria) and the mucosal barrier in the pathogenesis of inflammanory and autoimmune diseases and cancer: contribution of germ-free and gnotobiotic animal models of human diseases.Cell Mol. Immunol.2011; 8 (2): 110—120.

Morowitz M. J., Carlisle E. M., Alverdy J. C.Contributions of intestinal bacteria to nutrition and metabolism in the critically ill.Surg. Clin. North Am.2011; 91 (4): 771—785.

Deith E., Lu Q, Feketeova E., Hauser C. J., Xu D. Z.Intestinal bacterial overgrowth induces the production of biologically active intestinal lymph.J. Trauma.2004; 56 (1): 105—110.

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): 15718—15723.

Stappenbeck T. S., Hooper L. V., Gordon J. I.Developmental regulation of intestinal angiogenesis by indigenous microbes via Paneth cells.Proc. Natl. Acad. Sci. USA.2002; 99 (24): 15451 — 15455.

МаргелисЛ.Роль симбиоза в эволюции клетки. М.: Мир; 1983: 351.

Бухарин О. В., Гинцбург А. Л., Романова Ю. М., Эль-Регистан Г. И.Механизмы выживания бактерий. М.: Медицина; 2005: 367.

Белобородова Н. В., Вострикова Т. Ю.Особенности микрофлоры зева у детей в отделениях интенсивной терапии.Антибиотикиихимиотерапия.1998; 43 (8): 16—22.

Shimizu K., Ogura H., Goto M., Asahara T., Nomoto K., Morotomi M., Yoshiya K., Matsushima A., Sumi Y., Kuwagata Y., Tanaka H., Shimazu T., Sugimoto H.Altered gut flora and environment in patients with severe SIRS.J. Trauma.2006; 60 (1): 126—133.

Белобородова Н. В., Архипова А. С., Белобородов Д. М., Бойко Н. Б., Мелько А. И., Оленин А. Ю.Хромато-масс-спектрометрическое определение низкомолекулярных соединений микробного происхождения в сыворотке крови больных сепсисом.Клин. лаб. диагностика.2006; 2: 3—6.

Белобородова Н. В., Ходакова А. С., Байрамов И. Т., Оленин А. Ю.Микробный путь образования фенилкарбоновых кислот в организме человека.Биохимия.2009; 74 (12): 1657—1663.

WishartD. S., Knox C., Guo A. C., Eisner R., Young N., Gautam B., Hau D. D., Psychogios N., Dong E., Bouatra S., Mandal R., Sinelnikov I., Xia J., Jia L., Cruz J. A., Lim E., Sobsey C. A., Shrivastava S., Huang P., Liu P., Fang L., Peng J., Fradette R., Cheng D., Tzur D., Clements M., Lewis A., De Souza A., Zuniga A., Dawe M., Xiong Y., Clive D., Greiner R., Nazyrova A., Shaykhutdinov R., Li L., Vogel H. J., Forsythe I.HMDB: a knowledgebase for the human metabolome.Nucleic Acid Res.2009; 37 (Datebase issue): D603—D610.

Разумовский А. Ю., Рачков В. Е., Белобородова Н. В., Потапова Т. В., Поздоровкина В. В.Содержание токсических метаболитов ЛЖК в крови и индола в моче после различных шунтирующих операций у детей с внепеченочной портальной гипертензией.Анналы хирургии.1998; 6: 50—54.

Белобородова Н. В., Белобородов С. М.Метаболиты анаэробных бактерий (летучие жирные кислоты) и реактивность макроорганизма.Антибиотики и химиотерапия.2000; 2 (45): 28—36.

Кцоян Ж. А., Осипов Г. А., Саркисян Н. Н., Карагезян К. Г.Спектр и уровень содержания низкомолекулярных соединений микробного происхождения при периодической болезни.Вестник РАМН.2002; 2: 41—45.

Истратов В. Г., Кулешов С. С., Макарова А. В.Хромато-масс-спект-рометрическое исследование токсических метаболитов анаэробов при неклостридиальной анаэробной инфекции. Раны и раневая инфекция. М.; 1988: 223—224.

Белобородова Н. В., Байрамов И. Т., Оленин А. Ю., Федотчева Н. И.Экзометаболиты некоторых анаэробных микроорганизмов микрофлоры человека.Биомедицинскаяхимия.2011; 57 (1): 95—105.

Beloborodova N. V., Olenin A. Yu., Khodakova A. S.Phenylcarboxylic acids as potential markers for diagnosis of sepsis in cardiac surgery patients.Archive Euromedica.2011; 1 (2): 20—26.http://www. eanw. de/daten/arhiv-medica-1—2—2011—web. pdf

Белобородова Н. В., Оленин А. Ю., Ходакова А. С., Черневская Е. А., Хабиб О. Н.Происхождение и клиническое значение низкомолекулярных фенольных метаболитов в сыворотке крови человека.Анестезиологияиреаниматология.2012; 5; 37—41.

Chernevskaya E. A., Beloborodova N. V.The relation between phagocyt-ic activities of neutophils and microbial metabolites in blood. XXXII

International Congress of the SOMED, St. Peterburg-Probiotics-2009.ГастроэнтерологияСанкт-Петербурга.2009; 4: 17.

Besselink M. G., van Santvoort H. C., Buskens E., Boermeester M. A., van Goor H., Timmerman H. M., Nieuwenhuijs V. B., Bollen T. L., van Ramshorst B., Witteman B. J., Rosman C., Ploeg R. J., Brink M. A., Schaapherder A. F., Dejong C. H., Wahab P. J., van Laarhoven C. J., van der Harst E., van Eijck C. H., Cuesta M. A., Akkermans L. M., Gooszen H. G., Dutch Acute Pancreatitis Study Group.Probiotic prophylaxis in predicted severe acute pancreatitis: a randomised, double-blind, placebo-controlled trail.Lancet.2008; 371 (9613): 651 — 659.

Meijer K., de Vos P., Priebe M. G.Butyrate and other short-chain fatty acids as modulators of immunity: what relevance for health?Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care.2010; 13 (6): 715—721.

Vella A., Farrugia G.D-lactic acidosis: pathologic consequence of sapro-phytism.Mayo Clin. Proc.1998; 73 (5): 451—456.

Ku W. H., Lau D. C. Y., Huen K. F.Probiotics provoked D-lactic acidosis in short bowel syndrome: case report and literature review.J. Paediatr. (Hong Kong).2006; 11: 246—254.

Koletzko S., Waag K. L., Koletzko B.Recurrent D-lactic acidosis with encephalopathy in a boy with short-bowel syndrome.Dtsch. Med. Wochenschr.1994; 119 (13): 458—462.

Forni L. G., McKinnon W., Lord A. G., Treacher D. F., Peron J-M. R., Hilton P. J.Circulating anions usually associated with the Krebs cycle in patients with metabolic acidosis.Crit. Care.2005; 9 (5): R591—R595.

Ливанов Г. А., Александров М. В., Васильев С. А., Батоцыренова X. В., Батоцыренов Б. В., Лодягин А. Н., Луцык М. А., Носов А. В.Метаболическая десинхронизация при критических состояниях.Общая реаниматология.2006; 2 (1): 42—46.

Данилов И. А., Овечкин А. М.Полиорганная недостаточность: состояние проблемы и современные методы лечения с использованием низкопоточных мембранных технологий.Общая реаниматология.2011; 7 (6): 66—69.

Федотчева Н. И., Теплова В. В., Оленин А. Ю., Белобородова Н. В.Метаболиты цикла трикарбоновых кислот при цитопатической гипоксии. Рецепция и внутриклеточная сигнализация. Пущино; 2009: 634—638.

Jenner A. M., Rafter J., Halliwell B.Human faecal water content of pheno-lics: the extent of colonic exposure to aromatic compounds.Free Radic. Biol. Med.2005; 38 (6): 763—772.

Теплова В. В., Федотчева Н. И., Белобородова Н. В.Роль циннамовой и бензойных кислот в дисфункции митохондрий при сепсисе. Рецепция и внутриклеточная сигнализация. Пущино; 2009: 628—634.

Fedotcheva N. I., Kazakov R. E., Kondrashova M. N., Beloborodova N. V.Toxic effects of microbial phenolic acids on the functions of mitochondria.Toxicol. Lett.2008; 180 (3): 182—188.

Beloborodova N. V., Khodakova A. S., Olenin A. J.Are phenylcarboxylic acids really markers in severe sepsis?Crit. Care.2009; 13 (4): 41.

Beloborodova N. V., Khodakova A. S., Olenin A. Y., Ovseenko S. T.Phenylcarboxylic acids in blood as new markers for sepsis diagnostics.Intensive Care Med.2009; 35 (Suppl 1): S84.

Белобородова Н. В., Оленин А. Ю., Ходакова А. С.Патент «Способ лабораторной диагностики сепсиса» №2423704 от 10. 07. 2011.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.