Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2022, T. 108, № 7, стр. 807-835

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И АББРЕВИАТУРЫ

Бактериальные метаболиты малой молекулярной массы – вещества с молекулярной массой менее 1500 Да, продуцируемые бактериями.

Бактериальные экзотоксины – токсичные протеины и пептиды, выделяемые живой бактерией во внешнюю среду.

Вторичная дисфункция энтерогематического барьера – нарушение функции энтерогематического барьера, вызванное внешним воздействием.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – система структурных элементов, разделяющих кровь и центральную нервную систему (ЦНС).

Ксенобиотик – чужеродное вещество.

Первичная дисфункция энтерогематического барьера – преформированное хроническое нарушение функции энтерогематического барьера.

Токсикант – любое вещество, при воздействии в данной дозе повреждающее организм немеханическим путем.

Эндогенное вещество – соединение, продуцируемое клетками хозяина или симбионтными микроорганизмами.

Эндотоксемия – накопление в крови токсичных эндогенных веществ, включая вещества малой молекулярной массы тканевого или бактериального происхождения, бактериальные экзотоксины и эндотоксин.

Эндотоксикоз – совокупность клинических проявлений эндотоксемии.

Эндотоксин – сумма липополисахаридов внешней стенки грамотрицательных бактерий.

Эндотоксинемия – накопление в крови эндотоксина.

Энтерогематический барьер (ЭГБ) – система структурных элементов, разделяющих кишечный химус и кровь.

ПОРЯДОК ОТБОРА ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

Поиск данных, характеризующих связь осложнений острых отравлений со вторичной дисфункцией ЭГБ, показал очевидную новизну этой тематики. Поэтому настоящий обзор представляет лишь основную информацию по ней, формулирует концепцию и не является систематическим. В нем цитируются преимущественно публикации за предыдущие 10 лет, либо более ранние работы, имеющие фундаментальное значение. Основным источником информации служила база данных PubMed. Использовали запрос: “acute poisoning AND (gut microbiota OR intestinal microflora OR gut microflora OR metabolome OR human gut microbiome OR gut barrier OR leaky gut syndrome OR intestinal barrier OR gut–brain axis OR gut–liver axis)”. При анализе не использовали тезисы докладов на конференциях.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ НОРМАЛЬНОГО ЭГБ

ЭГБ состоит из муцина, эпителия слизистой оболочки кишки [8], ассоциированных с эпителием симбионтных микроорганизмов [9] и эндотелия подслизистых гемо- и лимфокапилляров [10]. Вещества, избегшие абсорбции гемо- и лимфокапиллярными сплетениями кишечной стенки, на своем пути в кровь преодолевают дополнительные структурные элементы ЭГБ: гладкомышечный слой, мезотелий висцерального и париетального листков брюшины, слой смачивающей их жидкости и эндотелий гемо- и лимфокапилляров париетальной брюшины.

Слой муцина толщиной 150 мкм, состоящий из гидратированных гликопротеинов, отделяет эпителиальные клетки от агрессивной среды люминального пространства кишечника. Формирование муцина нарушается при ишемии слизистой оболочки, что наиболее опасно для толстой кишки с ее высокой плотностью бактериальной колонизации. В норме симбионтные аэробные бактерии вытесняют патогенную микрофлору с апикальной поверхности энтеро- и колоноцитов, в то же самое время обеспечивая их эссенциальными веществами [5]. Основная функция монослоя эпителиальных клеток толщиной 20 мкм состоит в селективной абсорбции веществ из химуса.

Благодаря наличию ворсинок в тонкой и крипт в толстой кишке площадь абсорбирующей поверхности слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта достигает 200 м² [8]. В норме вещества абсорбируются из кишечного химуса преимущественно трансцеллюлярно. Доля парацеллюлярного транспорта предположительно пропорциональна доле межклеточных контактов на люминальной поверхности кишечника, оцениваемой в 0.1% [11]. Межклеточные контакты двух типов: плотные и адгезионные – состоят из актина и, соединяя плазматические мембраны соседних клеток с их цитоскелетом, обеспечивают прочность эпителия [8]. Межклеточные контакты служат объектом повреждающего действия ряда ксенобиотиков [12], на фоне которого доля парацеллюлярного транспорта возрастает.

Часть образовавшихся в химусе веществ, преодолевших кишечный эпителий, поступает в сеть гемо- и лимфокапилляров подслизистого слоя и далее в бассейны v. portae и ducti thoracici; в норме этот путь является основным. Другая часть, преодолев висцеральный и париетальный листки брюшины, а также разделяющий их слой жидкости толщиною в 0.25 мм, поступает в лимфатические сосуды бассейна ducti thoracici или в гемокапиллярную сеть бассейна v. cavae inferioris. Этот процесс, трансперитонеальная диффузия, облегчается отсутствием в толстой кишке диффузионного препятствия в виде сплошного продольного мышечного слоя [13]. Экспериментально показана трансперитонеальная диффузия аммиака [14] и эндотоксина [15]. Вещества, вовлеченные в трансперитонеальную диффузию, на своем пути в общий кровоток избегают пресистемного метаболизма в печени. При портальной гипертензии роль трансперитонеальной диффузии может возрастать в связи с замедлением доставки веществ кишечного происхождения в бассейн v. portae [16]. Трансперитонеальная диффузия служит мишенью детоксикационной терапии с использованием перитонеального диализа [17].

В норме ЭГБ непроницаем для бактерий, населяющих кишечник: ДНК Escherichia coli, Bacteroides обнаруживали в плазме крови только на фоне повреждения ЭГБ [18]. Вещества, подлежащие удалению из организма, проникают из химуса в кровь путем пассивной диффузии [19]. Их абсорбция аппроксимируется [20] уравнением первого закона диффузии Фика для мембран: J = D (C_i – C_o), где J – плотность потока, моль м⁻² с⁻¹; D – коэффициент проницаемости мембраны, м с⁻¹; C_i и C_o – концентрация вещества с эпителиальной и эндотелиальной сторон мембраны, моль м⁻³. Биодоступность токсичных продуктов жизнедеятельности кишечной микробиоты возрастает со значениями множителей (C_i – C_o) и D. Первый лимитирован содержанием этих веществ в химусе, второй – состоянием ЭГБ. Предположительно, абсорбция возрастает с увеличением гидравлического давления химуса вследствие гладкомышечного спазма и (или) интенсификации газообразования [21]. Маршруты диффузии веществ из кишечного химуса в лимфу и кровь схематически показаны на рис. 1.

Рис. 1.

Диффузия токсичных веществ из кишечного химуса в кровь и лимфу. Стрелками указаны ключевые промежуточные точки пути диффузии.

НОРМАЛЬНАЯ МИКРОБИОТА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА

Прокариоты более четырехсот видов населяют желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) здорового человека. Общее число их клеток превышает число клеток организма хозяина, а масса оценивается в 0.3% массы тела [22]. Плотность бактериальной колонизации дистальных отделов ЖКТ больше, чем проксимальных (табл. 1).

Образцы содержимого желудка, взятые натощак, практически стерильны. При гипохлоргидрии бактерий в просвете желудка больше, и они представлены в основном облигатными анаэробами, стрептококками, лактобациллами, нейссериями и стафилококками. При pH > 5.0 микробный состав содержимого желудка неотличим от микробного состава содержимого тонкой кишки. У ⅔ людей в возрасте 51–60 лет в слое муцина слизистой оболочки желудка выявляется грамотрицательная бактерия Helicobacter pylori, продуцирующая аммиак. У инфицированных ею повышается pH содержимого желудка, что неблагоприятно изменяет состав микрофлоры дистальных отделов ЖКТ [23].

В двенадцатиперстной и тощей кишках вегетация бактерий уравновешена их быстрым удалением в результате секреции, моторики и бактерицидного действия желчи; преобладают грамположительные кокки (Streptococci, Peptococci) и бациллы (Lactobacilli, Bifidobacteria). Микробиота терминального отдела подвздошной кишки за счет рефлюкса из слепой кишки сходна с микробиотой последней [5]. В химусе толстой кишки бактерии составляют в среднем 27% его сухой массы [22]. Анаэробных бактерий (с преобладанием Escherichia coli, Bacterioides fragilis, Lactobacilli и Bifidobacteria) в толстой кишке в 1000 раз больше, чем аэробных [5]. Анаэробы представлены грамположительными (Bifidobacteria, Eubacteria, Propionibacterium) и грамотрицательными (Fusobacterium, Enterobacteriaceae) бактериями. Слизистая оболочка толстой кишки заселена не только симбионтными, но и условно-патогенными бактериями, экспрессирующими уреазу, из семейства Enterobacteriaceae [24].

Состав нормальной микробиоты кишечника зависит от диеты [25], возраста, приема антибактериальных препаратов и ряда неконтролируемых состояний [5]. Образованию токсичных веществ в кишечнике способствует преобладание представителей типов Proteobacteria и Fusobacteria над Bacterioidetes при подавлении Lactobacilli и Bifidobacteria [26]. Количество микроорганизмов в ЖКТ зависит от его моторики. Транзитное время составляет в норме 10–48 мин для желудка, 2.5–4.0 ч для тонкой кишки [27] и 25–40 ч для толстой кишки [22]. Продолжительность прохождения химуса через толстую кишку определяет наибольший вклад ее микробиоты в образование токсичных веществ [5].

ТОКСИЧНЫЕ ПРОДУКТЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ НОРМАЛЬНОЙ КИШЕЧНОЙ МИКРОФЛОРЫ

Нормальная микробиота кишечника продуцирует как необходимые, так и токсичные для хозяина вещества [28]. Справедливость сформулированной И.И. Мечниковым более века назад гипотезы о способности веществ, образованных кишечной микрофлорой из нутриентов, при определенных условиях вызывать системные патологические процессы [29], сегодня полностью доказана. С 2011 по 2021 гг. ежегодное число публикаций, доступных по ключевым словам “gut barrier”, “gut-brain axis”, “gut-liver axis”, “gut microbiota”, “intestinal microflora”, “gut microflora”, “gut microbiota AND metabolome”, “intestinal barrier”, “leaky gut syndrome” и “human gut microbiome”, росло экспоненциально. На веб-сайте PubMed.gov оно увеличилось за это время в 7, 16, 17, 18, 23, 30, 34, 37, 40 и 44 раза соответственно, в то время как в предыдущие годы рост был линейным.

Токсичные вещества бактериального происхождения, обладающие системной токсичностью, включают в себя бактериальные экзотоксины, эндотоксин и продукты бактериального преобразования пищевых белков, аминокислот, аминоспиртов и фосфолипидов (аммиак, амины, фенолы, гетероциклы). Некоторые амины, гетероциклы и фенолы превращаются в печени во вторичные токсиканты (триметиламин-N-оксид, индоксилсульфат, п-крезилсульфат), вовлеченные в патогенез сердечно-сосудистых и других хронических заболеваний. Аммиак и эндотоксин, бессимптомно циркулирующие в крови здорового человека в следовых концентрациях, в более высоких концентрациях способны проявлять острую системную токсичность, рассматриваемую ниже.

Аммиак. Не менее ⅔ аммиака, образующегося в организме, имеет кишечное происхождение. В энтероцитах основной механизм его образования – глутаминазная реакция, а в толстой кишке – метаболическая активность бактерий: дезаминирование аминокислот и азотистых оснований, а также гидролиз мочевины, диффундирующей из крови к люминальной поверхности слизистой оболочки [30]. Уреолитической активностью микроорганизмов, ассоциированных с толстокишечной слизистой оболочкой, обусловлено образование половины аммиака кишечного происхождения [24].

Из кишечного химуса аммиак поступает в общий кровоток как через воротную вену и печень, так и путем трансперитонеальной диффузии [14]. У здорового человека ежедневно в кровь (в основном, портальную) из кишечника доставляется около 4 г аммиака [31]. Его уровень в крови печеночных вен положительно зависит от уровня в портальной крови, а последний – от содержания аммиака в химусе [32]. Благодаря пресистемному метаболизму аммиака, его содержание в крови печеночных вен в 2–3 раза ниже, чем в портальной крови [33] и на порядок ниже, чем в крови брыжеечных вен толстой кишки [5].

В плазме артериальной крови нормальная концентрация аммиака ([NH₃] + [${\text{NH}}_{4}^{ + }$]) составляет 30 мкМ [34]. Ее увеличение сопряжено с нейротоксичностью, впервые описанной в лаборатории И.П. Павлова [35]. При значениях ([NH₃] + [${\text{NH}}_{4}^{ + }$]) в плазме крови до 100 мкМ гипераммониемия бессимптомна; при 100–200 мкМ отмечаются рвота, атаксия, раздражительность и гиперактивность, а при >200 мкМ – судороги и кома [36]. При среднем значении объема толстокишечного химуса 0.4 л [22] и содержании аммиака в нем 5.7–39.0 ммоль/л [37], толстокишечный пул аммиака составляет 2.3–15.6 ммоль/л. При одномоментном равномерном распределении этого количества в 5 л крови, 2 л лимфы и 0.4 л химуса, концентрация аммиака в плазме крови достигла бы 311–2108 мкМ, т. е. значений, значительно превышающих порог комы.

Аммиак поступает в клетки в неионизированной форме, NH₃. Учитывая константу основности аммиака (pKa = 9.15 при t = 37°C), доля аммиака, представленного в форме NH₃ в плазме крови, имеющей pH 7.36, составляет 1.6%. В цитоплазме pH ниже, что заставляет NH₃ диффундировать в клетки даже при нормальном суммарном содержании обеих форм аммиака в крови [30]. При метаболическом ацидозе или газовом алкалозе возросшая разность значений pH между плазмой крови и цитоплазмой интенсифицирует поток аммиака в клетки по градиенту концентрации NH₃ [38]. Это объясняет абсорбцию аммиака из крови головным мозгом, накопление в нем осмотически активного вещества, глутамина, и отек мозга при возрастании содержания аммиака в мозговой ткани [39]. В этом случае нейротоксические эффекты аммиака возможны даже при отсутствии гипераммониемии.

Кроме нейротоксичности, аммиак обладает эндотелиотоксичностью, показанной как in vitro, так и in vivo. В культивируемых клетках эндотелия капилляров головного мозга он вызывает окислительный стресс, накопление монооксида азота (NO) и продуктов пероксидации арахидоновой кислоты [40, 41], разрушает внеклеточный матрикс, повышает проницаемость плазматической мембраны для флуоресцеин-изотиоцианатного производного декстрана, вызывает экспрессию трансмембранного переносчика аргинина, субстрата NO-синтазы [40]. Культивационная среда эндотелиоцитов, обработанных солью аммония, вызывает набухание культивируемых астроцитов, что показывает вовлеченность сосудистого эндотелия в развитие отека мозга при гипераммониемии [42]. В фагоцитах аммиак активирует толл-подобные рецепторы 4-го типа, что усиливает воспалительный ответ на эндотоксин, образование свободных радикалов кислорода и азота, вызывает набухание и повышение проницаемости эндотелия кровеносных сосудов головного мозга [42].

Гипераммониемия вызывает эндотелий-зависимое NO-опосредованное расширение артериол головного мозга, которое вовлечено в развитие отека мозга и повышения внутричерепного давления при острой печеночной недостаточности [38]. Внутривенное введение кроликам ацетата аммония повышало проницаемость их ГЭБ для полиэтиленгликоля-400 [43]. Повышение проницаемости ГЭБ отмечено и у пациентов с хронической печеночной энцефалопатией [44]. Таким образом, интенсификация поступления аммиака в головной мозг вызывает окислительный стресс, воспалительное повреждение, повышение проницаемости ГЭБ, отек мозга, нарушает регуляцию мозгового кровотока и неврологические функции.

Эндотоксин. Содержание в толстокишечном химусе взрослого человека липополисахаридов грамотрицательных бактерий, в сумме известных как “эндотоксин”, близко к 2.5 г/л [45]. В плазме крови оно на девять порядков меньше: 9 нг/л, что является порогом воспалительной активации макрофагов и эндотелиоцитов. Умеренная эндотоксинемия наблюдается при периодонтите, а при сахарном диабете, циррозе печени, болезни Альцгеймера и сепсисе уровень эндотоксина в плазме крови может достигать 500 нг/л [46]. В крови эндотоксин представлен в активной свободной форме или в виде комплексов с белками, обычно не определяемых в лабораторных тестах [17].

Эндотоксин обладает выраженной эндотелиотоксичностью, которая проявляется окислительным стрессом, разрушением гликокаликса, лейкоцитарной адгезией, вазоспазмом, тромбообразованием [47] и повышением проницаемости ГЭБ [48]. При содержании эндотоксина в крови, характерном для сепсиса, возникают “цитокиновый шторм” и септический шок [49]. Липополисахариды Escherichia coli обладают более выраженным провоспалительным действием, чем липополисахариды Bacteroides dorei и Bacteroides vulgatus [50]. Эндотоксинемия ведет к тромбоксан-зависимой легочной вазоконстрикции и легочной гипертензии [51] в сочетании с системной вазодилатацией [52, 53]. Влияние эндотоксина на проницаемость сосудистого эндотелия проявляется повышением проницаемости ГЭБ как для самого эндотоксина, так и для других веществ [4, 54], некардиогенным отеком легких [55], нарушением функций печени [56, 57] и почек [58]. При эндотоксинемии нарушается способность печени вовлекать аммиак в состав мочевины [59]. Профили системной токсичности аммиака и эндотоксина представлены в табл. 2.

ОЦЕНКА ПРОНИЦАЕМОСТИ ЭНТЕРОГЕМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА

Для интегральной оценки проницаемости ЭГБ определяют содержание веществ, вводимых в желудок, в крови или моче. Идеальные маркеры проницаемости – это биохимически инертные вещества, которые преодолевают ЭГБ путем пассивной диффузии. Из веществ, определяемых в моче, предпочтение отдается тем, которые не реабсорбируются в почечных канальцах. В случае повышенной экскреции с мочой этих веществ, постулируется повышенная проницаемость ЭГБ и для других, близких к ним по размерам молекулы [11]. Молекулярный вес, липофильно-гидрофильный баланс (logP_{октанол/вода}), количество водородных связей, образуемых молекулой, являются априорными показателями преобладания парацеллюлярного или трансцеллюлярного транспорта вещества. Последнему способствует умеренная гидрофильность (logP_{октанол/вода} находится в интервале от 0 до 5) и способность молекулы образовывать не более пяти донорных или акцепторных водородных связей. Молекулярная масса и эффективный молекулярный диаметр вещества используются для оценки размера пор в ЭГБ (табл. 3).

Оценка проницаемости ЭГБ с помощью указанных маркеров исходит из предположения об их преимущественном всасывании в том или ином сегменте ЖКТ. Сахароза используется для оценки проницаемости стенки желудка, а сукралоза – для оценки проницаемости стенки толстой кишки. Однако не исключено, что при патологических состояниях или под воздействием терапии место всасывания меняется. Например, лактулоза и маннитол абсорбируются в основном в тонкой кишке, поскольку в толстой кишке они быстро расщепляются микроорганизмами [65]. Но на фоне подавления последних антибиотиками эти маркеры могут накапливаться в химусе толстой кишки и абсорбироваться ею.

Для избирательной оценки проницаемости эпителия слизистой оболочки изолированные петли кишечного сегмента заполняют раствором вещества-маркера, лигируют и инкубируют в буферном растворе. Скорость накопления маркера считается показателем проницаемости эпителия, поскольку кровообращение и, следовательно, сосудистый эндотелий, в этих условиях не функционируют [61]. Барьерная функция сосудистого эндотелия ЖКТ может быть избирательно оценена с помощью красителей (Эванс синий, флуоресцеин) или соединений, меченных радиоактивными изотопами [66]. Прижизненная микроскопия [67] и микроскопия тканей ЖКТ ex vivo являются ценным дополнением к прямому изучению транспорта веществ через ЭГБ [68].

ПОВРЕЖДЕНИЕ ЭНТЕРОГЕМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА ПРИ ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЯХ

Прямое повреждение ЭГБ ксенобиотиками. Многие ксенобиотики и их метаболиты прямо повреждают ЭГБ. Местное действие раздражающих и прижигающих веществ запускает каскад патологических процессов, включающий денатурацию белка, тканевой некроз, высвобождение медиаторов воспаления и транссудацию плазмы крови [69]. Этанол [70], мышьяк, соли тяжелых металлов [69, 71], опиоиды [72], ряд микотоксинов [73] проявляют прямую энтеротоксичность. Ее выраженность у нестероидных противовоспалительных препаратов сделала их средством экспериментального моделирования острого гастроэнтерита [74]. Декстрансульфат и 2,4,6-тринитробензолсульфонат применяют для экспериментального моделирования острого колита [75]. Некоторые микотоксины вызывают воспалительное повреждение ЭГБ, усиливая действие на него эндотоксина [76]. Микотоксины Т-2 и дезоксиниваленол увеличивают проницаемость ЭГБ для полиэтиленгликоля-4000 [77].

Прямая энтеротоксичность возможна не только при пероральном, но и при других путях поступления в организм токсикантов. Эпителий тонкой кишки и, в меньшей степени, желудка и толстой кишки – типичная система клеточного обновления с высокой пролиферативной активностью. Это делает его чувствительным к веществам, вызывающим интерфазную или репродуктивную гибель энтероцитов. Различия в энтеротоксическом действии таких веществ определяются только уровнем дифференцировки клеток-мишеней. Адриамицин вызывает апоптоз энтероцитов в 4–5 позиции от стволовой клетки, расположенной в нижней точке межворсинчатой крипты, изопропилметансульфонат, азотистый иприт или актиномицин D – в положении 6–7; фторурацил, милеран, циклофосфамид или циклогексимид – в положении 7–9, винкристин или гидроксимочевина – в положении 10–11 [68]. В достаточной дозе все эти токсиканты вызывают денудацию эпителия тонкой кишки. У крыс с острой интоксикацией циклофосфамидом проницаемость ЭГБ для метиленового синего, маннита и лактулозы увеличивается [63]. Энтеротоксичность цитостатических препаратов при трансплантации стволовых кроветворных клеток является одним из факторов, лимитирующих выживаемость пациентов [78].

Экспериментально продемонстрирована повышенная проницаемость ЭГБ на фоне его химического повреждения. У крыс, получавших ацетат аммония через желудочный зонд, внутрибрюшинное введение циклофосфамида ускоряло накопление аммиака и глутамина в крови и головном мозгу [79] и провоцировало острые неврологические расстройства: опистотонус и апноэ, характерные для действия солей аммония в гораздо более высоких дозах [80, 81]. При этом изолированное введение соли аммония существенно не влияло на поведение животных (рис. 2).

Рис. 2.

Симптомы острой интоксикации ацетатом аммония и (или) циклофосфаном у крыс. Животные сфотографированы через 30 мин после внутрижелудочного введения ацетата аммония (AA) в дозе 12 ммоль/кг и (или) внутрибрюшинного введения циклофосфана (CY) в дозе 1000 мг/кг [81].

В приведенных примерах прямое повреждение ЭГБ метаболитами циклофосфамида (альдоциклофосфамидом, акролеином, фосфорамидным ипритом и др.) способствовало поступлению аммиака из химуса в кровь со скоростью, при которой гипераммониемия превышала судорожный порог.

Повреждение ЭГБ при острой системной гипоксии. Острая гипоксия кишечника при критических состояниях организма может быть вызвана нарушением внешнего дыхания и кровообращения. При остром тяжелом отравлении такие состояния включают экзотоксический шок, а при отсутствии респираторной поддержки – угнетение дыхательного центра, нервно-мышечную блокаду и бронхообструктивный синдром. В результате “централизации” кровообращения у таких пациентов ЖКТ испытывает более глубокую гипоксию, чем “жизненно важные органы”.

Аэробный тип энергетического метаболизма энтероцитов предрасполагает их к нарушению ресинтеза АТФ при острой гипоксии [82]. Об этом свидетельствует повреждение кишечника во время высотной гипоксии, проявляющееся воспалением, изъязвлением, кровотечением, осложняющими высотную болезнь [83]. Нормобарическая гипоксия провоцировала увеличение проницаемости ЭГБ у крыс при беге на тредмилле [84]. Проницаемость ЭГБ увеличивается при гемолитической анемии [85] и острой кровопотере [86]. Разобщение окислительного фосфорилирования в колоноцитах нарушает их резистентность к Escherichia coli [87]. Мыши с более активным окислительным фосфорилированием в слизистой оболочке толстой кишки более устойчивы к местному токсическому действию декстрансульфата или тринитробензолсульфоната [88]. При гипоксии снижается образование муцина в кишечнике, что приводит к воспалительным изменениям слизистой оболочки. Подслизистое гемокапиллярное сплетение в тонкой кишке более развито, чем в толстой, что объясняет более высокую чувствительность последней к ишемии [89].

Повреждение ЭГБ при гладкомышечном спазме. Спазм гладкой мускулатуры ЖКТ является характерным симптомом отравления ингибиторами холинэстеразы и серотонинергическими препаратами, но также может быть реакцией на “централизацию” кровообращения, или результатом действия на гладкую мускулатуру серотонина, продуцируемого Enterobacteria [90]. Серотонинергическая стимуляция толстой кишки сопровождается, помимо спазма ее собственной гладкой мускулатуры, артериальным спазмом и местной циркуляторной гипоксией [91]. Нарушение микроциркуляции в кишечнике может повредить его так же, как это происходит при системной гипоксии. Выдвинута гипотеза о триаде “мышечный спазм, ишемия и боль” как факторе повышенной проницаемости ЭГБ при синдроме раздраженного кишечника [90]. При остром отравлении реакция ЭГБ на такие изменения может быть аналогичной.

Повреждение ЭГБ при желудочно-кишечном стазе. Желудочно-кишечный стаз является потенциально летальным осложнением у пациентов отделений интенсивной терапии [92]. Это одно из специфичных проявлений токсичности опиоидов, холинергических антагонистов и агонистов серотонина [11]. Он наблюдался у крыс при моделировании барбитуратной комы [93], а также при острых отравлениях алкилирующими токсикантами. На рис. 3 показано расположение рентгенологической тени сульфата бария у крыс, получивших суспензию сульфата бария через зонд тотчас после внутрибрюшинного (i. p.), подкожного (s. c.) или внутрижелудочного (gavage) введения циклофосфамида в дозе 1000 мг/кг [94]. Налицо резкое угнетение пропульсивной активности всех отделов ЖКТ, наиболее выраженное при внутрижелудочном введении токсиканта.

Рис. 3.

Схема расположения рентгенологической тени сульфата бария в ЖКТ крыс после введения циклофосфана и бариевой взвеси. Тон кружков пропорционален доле площади тени рентгеноконтрастного вещества в соответствующем отделе ЖКТ в площади всей наблюдаемой тени сульфата бария. Черные кружки: 75–100%. Белые кружки: отсутствие тени [94].

При желудочно-кишечном стазе вегетация бактерий не компенсируется их удалением, в результате чего тип взаимоотношений нормальной кишечной микрофлоры с хозяином перестает быть мутуалистическим и приближается к паразитизму. Увеличивается не только суммарная люминальная концентрация продуцируемого бактериями аммиака ([NH₃] + [${\text{NH}}_{4}^{ + }$]), но и pH химуса, а, следовательно, и доля аммиака, представленного в высокопенетрантной форме NH₃ [37]. Цитотоксическое действие NH₃ сокращает жизненный цикл колоноцитов [95] и продукцию муцина [96], что может повреждать ЭГБ и повышать биодоступность веществ, продуцируемых микрофлорой толстой кишки.

Значительное газообразование, характерное для желудочно-кишечного стаза, может интенсифицировать диффузию веществ через ЭГБ. Оно повышает барометрическое давление в просвете кишечника и согласно первому закону Дальтона – парциальное давление паров летучих веществ. Согласно второму закону Дальтона это увеличивает напряжение соответствующих газов, растворенных в химусе. Повреждение ЭГБ и повышенное напряжение летучих веществ в химусе – потенциальные факторы повышения их биодоступности при желудочно-кишечном стазе.

Воспалительное повреждение ЭГБ. Повреждение ЭГБ экзогенным токсикантом способствует поступлению в кровь эндотоксина. Он стимулирует секрецию фагоцитами провоспалительных цитокинов (ФНО-α, ИФН-γ и ИЛ-6), что ведет как к системному, так и к местному воспалению [97]. Введение циклофосфамида карликовым свиньям в дозе 50 мг/кг увеличивало содержание ФНО-α и ИЛ-6 в сыворотке крови и проницаемость ЭГБ [98]. Кишечный мукозит ведет к бактериемии у реципиентов кроветворных стволовых клеток при цитостатической терапии [99]. Сообщалось о воспалении подслизистой оболочки и лейкоцитокластическом васкулите, сопровождавшемся изъязвлением слизистой оболочки у крыс, которым вводили хлорид ртути [100]. Острое воспаление толстой кишки провоцирует воспаление и в других органах [101], что может способствовать поступлению в них из крови токсичных веществ кишечного происхождения.

Таким образом, при острых тяжелых отравлениях возникают предпосылки к увеличению проницаемости ЭГБ для метаболитов и клеточных компонентов микрофлоры кишечника. Механизмы вторичной дисфункции ЭГБ при острых отравлениях включают прямое повреждающее действие ксенобиотиков или их метаболитов, желудочно-кишечный стаз, гладкомышечный спазм, воспаление и гипоксию ЖКТ. Наряду со вторичной дисфункцией ЭГБ, доставке токсичных веществ из кишечного химуса в общий кровоток при остром отравлении могут способствовать избыточный рост кишечной микробиоты и повышенное газообразование. Перечисленные синергические факторы ведут к эндотоксемии.

ЭНДОТОКСЕМИЯ ПРИ ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЯХ

Эндотоксемия – повышенное содержание в крови биологически активных веществ, образующихся в организме. Исходя из представлений об организме как об экосистеме, частью которой является кишечная микробиота [5, 6], соединения, продуцируемые последней, классифицируются как эндогенные вещества.

В качестве интегрального показателя эндотоксемии пользуются содержанием в крови веществ средней молекулярной массы [102]. У пациентов с неосложненным отравлением психофармакологическими препаратами среднее содержание в крови таких веществ превышало таковое у здоровых доноров на 32%, а эндотоксина – в 10 раз [103]. После кишечного лаважа уровень веществ средней молекулярной массы в крови снизился на 18%, эндотоксина – вдвое, а без лаважа эти показатели эндотоксемии продолжали расти. Таким образом, при отравлениях психофармакологическими препаратами химус толстой кишки является источником эндотоксемии.

Представляет интерес вопрос о том, какие конкретно вещества вовлечены в формирование эндотоксемии при остром отравлении. Одно из них – эндотоксин, повышенное содержание которого в крови показано при тяжелом остром отравлении колхицином [97], верапамилом [104], этанолом [105]. Выраженная эндотоксинемия сопровождает подготовку пациентов к трансплантации стволовых кроветворных клеток, при которой цитостатические препараты вводят в потенциально летальных дозах. Накопление эндотоксина в крови при таком лечении ведет к системной воспалительной реакции [106, 107].

Одновременно с эндотоксинемией при острых экзогенных отравлениях возникает гипераммониемия [108, 109]. Ниже перечислены ксенобиотики, при острых отравлениях которыми она документирована (для исключения поражения печени из числа причин гипераммониемии не указаны специфические гепатотоксические агенты):

– ацетазоламид [110];

– кальция гопантенат [111];

– клозапин [112];

– кокаин [113];

– циклофосфан [79];

– циклопропан [114];

– цианиды [115];

– этанол [116];

– диэтиловый эфир [117];

– фторацетат [118];

– 5-фторурацил [119];

– гомоцистеина тиолактон [120];

– соли свинца [121];

– метанол [122];

– кислород [123];

– тиопентал натрия [93];

– триметоприм [124];

– вальпроаты [125].

Таким образом, в эндотоксемию при острых отравлениях вовлечены эндотоксин и аммиак, в то время как изменения содержания в крови других компонентов кишечного метаболома требуют изучения. Роль эндотоксина и аммиака в патогенезе острых осложнений характеризуют приведенные ниже сведения об эндотоксемии при соответствующих синдромах различной этиологии.

ЭНДОТОКСЕМИЯ ПРИ КРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ ОРГАНИЗМА

Критические состояния организма являются паттернами эндотоксикоза – совокупности клинических проявлений эндотоксемии. Роль эндотоксина и аммиака в патогенезе критических состояний организма рассматривается ниже в зависимости от того, воспроизводятся ли симптомы этих состояний введением в организм эндотоксина или аммиака.

Шок – острое состояние недостаточного кровоснабжения тканей, одним из биохимических маркеров которого является гипераммониемия. Уровень аммиака многократно повышен в плазме крови и ткани головного мозга кроликов и собак при моделировании теплового или инсулинового шока [126]. У пациентов с септическим шоком уровень аммиака в плазме венозной крови был на 80% выше, а у впоследствии погибших от септического шока – в 2.2 раза выше, чем у пациентов с сепсисом, но без шока [127]. У пациентов с геморрагическим шоком уровень аммиака в плазме артериальной крови был вдвое выше, чем у пациентов с кровотечением, но без шока [128]. При тяжелой травме уровень аммиака в плазме венозной крови был вдвое выше, чем в контроле, а у погибших пациентов – на 70% выше, чем у выживших [129]. Концентрация аммиака в плазме крови пациентов, поступивших в отделение интенсивной терапии в связи с остановкой сердца, была в 4.8 раза выше, чем у пациентов со спонтанным кровообращением [130]. Гипераммониемия не только сопровождает шок, но и вовлечена в его патогенез. Введением солей аммония кроликам воспроизводятся основные проявления теплового и инсулинового шока [126].

В эксперименте шок воспроизводится и введением эндотоксина [131]. Накопление эндотоксина в крови характерно для септического [132], травматического и геморрагического [133] шока.

Повреждение ЭГБ является одним из механизмов эндотоксемии при шоке. При моделировании на крысах геморрагического шока животные теряли с мочой клаудин-3, белок плотных контактов кишечного эпителия [134]. При использовании в качестве маркеров эндотоксемии веществ средней молекулярной массы показано, что при геморрагическом шоке они накапливаются вначале в тканях кишечника, затем – в портальной крови и, наконец, в крови из сонной артерии [135].

Таким образом, гипераммониемия и эндотоксинемия характерны для эндотоксемии, сопровождающей шок, и вовлечены в развитие шока различного типа.

Сепсис – системный воспалительный ответ на эндотоксинемию и бактериемию, наиболее часто осложняющий острые отравления у лиц с алкогольной зависимостью [105]. Сепсис развивался у 6.4% пострадавших от отравления метанолом [136]. Эндотоксинемия – постоянная находка при сепсисе [137], в то время как бактериемия наблюдалась лишь у 67% таких пациентов [138]. Накопление в крови эндотоксина возникает при сепсисе, вызванном не только грамотрицательными, но и грамположительными бактериями, а также грибами, что обусловлено повреждением ЭГБ [139].

Клинические проявления сепсиса воспроизводятся введением животным эндотоксина [140]. При эндотоксинемии, характерной для сепсиса, активируется каскад свертывания крови и возникает диссеминированное микрососудистое тромбообразование [141], что ведет к поражению почек [10], сердца и печени [142], мультиорганной недостаточности [132] и отеку легких [143].

Аммиак также вовлечен в патогенез мультиорганной недостаточности при сепсисе. Его концентрация в плазме крови пациентов с этим диагнозом, измеренная при поступлении в приемное отделение, положительно коррелировала с вероятностью развития у них мультиорганной недостаточности в последующее 28 дней [96].

Вторичные острые повреждения легких при острых отравлениях включают в себя некардиогенный отек легких, синдромы шокового и влажного легкого. Вовлеченность эндотоксина в патогенез этих состояний следует из эндотоксинемии при них [144] и повреждения клеток альвеолярно-капиллярного барьера эндотоксином как in vitro [145], так и in vivo [146]. Введение крысам эндотоксина вызывает острое повреждение легких, напоминающее таковое при COVID-19 и проявляющееся кровоизлиянием в полость альвеол, цитокиновым штормом, коагулопатией и легочной гипертензией [147]. Эндотоксин Escherichia coli вызывал гемодинамические нарушения в легких у свиней: его введение в полость правого предсердия повышало давление крови в легочной артерии [53].

При порта-кавальном анастомозе предиктором легочной гипертензии является гипераммониемия [148]. У пациентов с тяжелым острым панкреатитом развитие летального осложнения – отека легких – обусловлено чрезмерной бактериальной колонизацией тонкой кишки [149].

Таким образом, эндотоксинемия сопровождает вторичные острые поражения легких при острых отравлениях и вовлечена в развитие легочной гипертензии. Другим маркером эндотоксемии, перспективным для прогнозирования вторичных острых поражений легких при острых отравлениях, является аммиак.

Острая церебральная недостаточность – синдром, возникающий в результате диффузного поражения головного мозга. Наблюдается при тяжелом отравлении веществами с различным механизмом действия, проявляется нарушением и спутанностью сознания, двигательными расстройствами, ускоренным катаболизмом, острыми нарушениями дыхания и кровообращения [150].

Некоторые проявления острой церебральной недостаточности могут быть связаны с повышенной доставкой аммиака и (или) эндотоксина в головной мозг. Гипераммониемия характерна для острой печеночной недостаточности, осложненной отеком мозга и повышением внутричерепного давлении [151]. Внутричерепное давление, неврологические расстройства и летальность положительно связаны с уровнями аммиака в сыворотке крови у пациентов с внепеченочной гипераммониемией [45]. Содержание аммиака в плазме крови и ткани мозга значительно повышено при моделировании диабетической комы на собаках и крысах [126]. Эндотоксин повышал чувствительность поросят к острой церебральной гипоксии. Введение эндотоксина Escherichia coli поросятам усиливало потерю нейронов, метаболические нарушения и увеличивало вероятность смерти мозга с последующей окклюзией сонной артерии [152]. Введение эндотоксина хорькам усугубило повреждение головного мозга из-за окклюзии сонной артерии [153]. Эндотоксин потенцировал отек мозга во время высотной гипоксии [154].

Таким образом, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что эндотоксин и аммиак, продуцируемые нормальной микробиотой кишечника, вовлечены в патогенез патологических состояний, которые могут осложнять острые отравления: шок, сепсис, вторичные острые поражения легких и острую церебральную недостаточность.

ВТОРИЧНАЯ ДИСФУНКЦИЯ ЭНТЕРОГЕМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА И СТОХАСТИЧНОСТЬ ОСЛОЖНЕНИЙ ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЙ

Феномен изменения переносимости острых повреждающих воздействий на фоне преформированной хронической патологии давно используется в функциональной диагностике последней. Этот феномен возможен и при острых отравлениях. Повреждение ЭГБ ксенобиотиком может накладываться на хронические патологические состояния, при которых он поврежден, такие как “кишечный дисбиоз”, “синдром раздраженного кишечника”, болезнь Крона, неспецифический язвенный колит и др. Это может усиливать эндотоксемию при острых экзогенных отравлениях. Такое наложение, схематически показанное на рис. 4, может вносить вклад в индивидуальную вариабельность тяжести их осложнений.

Рис. 4.

Влияние хронической дисфункции энтерогематического барьера на исход острого экзогенного отравления. A – отсутствие, B – наличие преформированной хронической дисфункции энтерогематического барьера.

ЗАЩИТА ЭНТЕРОГЕМАТИЧЕСКОГО БАРЬЕРА ПРИ ОСТРЫХ ЭКЗОГЕННЫХ ОТРАВЛЕНИЯХ

Кишечный химус является агрессивной средой для поврежденной слизистой оболочки кишечника. Местное повреждающее действие на нее возрастает при кишечном дисбиозе [95]. Поэтому плановые меры защиты ЭГБ должны быть направлены на оптимизацию состава кишечной микробиоты и повышение местной резистентности слизистой оболочки к токсичным веществам бактериального происхождения. Основными подходами к оптимизации состава кишечной микробиоты являются пребиотико-, метабиотико-, пробиотико- и аутопробиотикотерапия.

Пребиотики – нутриенты, избирательно способствующие вегетации полезных для хозяина представителей микробиоты; примером терапевтического действия таких веществ может служить восстановление кишечной микробиоты у мышей и морских свинок с антибиотико-ассоциированным дисбактериозом [155]. Вариантом пребиотикотерапии является метабиотикотерапия – применение метаболитов функциональных микроорганизмов. Метаболиты Lactobacillus plantarum ускоряли восстановление кишечной микробиоты у мышей с антибиотико-ассоциированным дисбактериозом в 5965 раз и у морских свинок – в 308 раз. Применение на этих же экспериментальных моделях пребиотика Стимбифид (комплекса фруктоолиго- и фруктополисахаридов) ускоряло восстановление кишечной микробиоты в 7118 и 1047 раз соответственно [155].

Пробиотики – препараты функциональных микроорганизмов, относящихся к коллекционным штаммам. Классическим примером пробиотикотерапии может служить использование предложенной И.И. Мечниковым Lactobacillus bulgaricus [29]. Широко применяются с этой целью препараты живых Lactobacilli, Enterococci, Bifidobacteria и E. coli [156]. Анаэробные грамположительные бактерии: Lactobacilli, Bifidobacteria, Propionobacteria – подавляют условно-патогенные микроорганизмы кишечника, выработку аммиака, аминов, субстратов для синтеза триметиламин-N-оксида, индоксилсульфата, п-крезилсульфата, обладающих как системной, так и местной токсичностью [45]. В качестве источника пробиотических микроорганизмов применимы содержащие их официнальные микробиологические препараты. Вместе с тем отмечается неспособность таких микроорганизмов к участию в формировании “микробно-тканевого комплекса” и длительной колонизации кишечника человека [155]. В связи с этим перспективна аутопробиотикотерапия – применение определенных аборигенных бактерий, выделенных из организма и возвращенных в него после культивирования и накопления in vitro. Показана терапевтическая эффективность при экспериментальном дисбиозе используемых таким образом Enterococci [157] и Bifidobacteria [158].

С целью повышения местной устойчивости кишечника к токсичным веществам бактериального происхождения перспективны малотоксичные препараты, пригодные для длительного применения. Перспективен их поиск среди препаратов, обладающих адаптогенными свойствами. Экспериментально показана эффективность сока подорожника как средства коррекции острых гипераммонемического и нейротоксического эффектов циклофосфамида. На фоне всего лишь однократного внутрижелудочного введения крысам официнального препарата сока подорожника в дозе, эквивалентной 47 мл для человека, гипераммониемический эффект циклофосфамида, вводившегося в супралетальной дозе, 2.1 ЛД₅₀, снижался в полтора раза, на 20% возрастала средняя продолжительность виса животных на проволочной решетке, на 30% – средняя продолжительность их жизни [159].

Перспективными средствами экстренной профилактики поражения ЭГБ являются препараты, способные образовывать на слизистой оболочке экранирующую пленку. Такими веществами могут быть пектины, адгезивные свойства которых используются в гидроколлоидных пластырях для ран [160]. При пероральном введении пектина на слизистых оболочках образуется защитная пленка из пектатов кальция [75], препятствующая попаданию в кровь веществ, образованных микрофлорой. Желатина таннат обладает аналогичной способностью [161]. Защитный эффект этих веществ ожидается преимущественно во время транзита препарата в тонкой кишке: с 10 мин до 5 ч после приема внутрь.

Необходимыми условиями поддержания барьерной функции кишечника при тяжелых острых отравлениях являются устранение его гипоксии и воспаления. Это подтверждается противовоспалительным действием гипербарической оксигенации при сепсисе [162]. Перспективны клинические испытания газовых смесей, обогащенных кислородом, содержащих инертные газы, оксид азота или водород в малых концентрациях; свойства этих добавок могут модулировать эффекты кислородной терапии. Ксенон, оксид азота и водород обладают нейропротекторными и кардиотоническими свойствами, аргон и сероводород – только нейрозащитными свойствами [163]. Противовоспалительные препараты могут быть дополнением к оксигенотерапии: при экспериментальном моделировании сепсиса дисфункция ЭГБ и эндотоксемия предотвращались введением гидрокортизона [164].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Химус кишечника здорового человека содержит продукты бактериального происхождения, количество и профиль системной токсичности которых при потере градиентов их концентрации между химусом и кровью обеспечивают формирование критических состояний организма: шока, сепсиса, вторичных острых поражений легких и острой церебральной недостаточности.

2. При тяжелых острых экзогенных отравлениях создаются предпосылки ко вторичной дисфункции энтерогематического барьера и эндотоксемии кишечного происхождения.

3. Эндотоксемия, включающая эндотоксинемию и гипераммониемию, вовлечена в формирование осложнений острого отравления, проявляющихся критическими состояниями организма, перечисленными в пункте 1.

4. Плановые меры защиты энтерогематического барьера от повреждения при последующем остром отравлении должны быть направлены на оптимизацию состава кишечной микробиоты, подавление образования ею цитотоксических веществ и повышение местной кишечной резистентности путем назначения малотоксичных препаратов, рассчитанных на длительное применение.

5. Основными подходами к оптимизации состава кишечной микробиоты являются пребиотико-, метабиотико-, пробиотико- и аутопробиотикотерапия. Для повышения местной устойчивости кишечника к токсичным веществам бактериального происхождения перспективны малотоксичные препараты, обладающие адаптогенными свойствами и пригодные для длительного применения.

6. Экстренная профилактика вторичной дисфункции энтерогематического барьера предусматривает применение препаратов, экранирующих слизистую оболочку от химуса, устраняющих гипоксию и воспаление кишечника.