ArticlePDF Available

ИНТЕГРАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ЧЕЛОВЕКА И ЕГО МИКРОБИОМА ПРИ КРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ

Authors:
  • Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology, Russia, Moscow

Abstract

Изучение механизмов критических состояний — важнейший раздел медицинской науки, так как контролии руемое управление этими механизмами направлено на соо хранение и продление человеческой жизни. Сегодня для научного поиска в этой области применяют самые соврее менные технологии. Последние достижения биологии, бии охимии, биофизики, патофизиологии, генетики и многих других дисциплин незамедлительно используются для объяснения сложных патогенетических механизмов, идет интенсивный поиск новых гипотез, решений, проводятся клинические исследования для оценки их эффективности. В мировой литературе накоплен фактологический материал, обобщение которого позволяет сделать вывод — дальнейший прогресс в медицине критических состоо яний невозможен без пересмотра базовых представлее ний о гомеостазе человека и его регуляции [1, 2]. Данн ная работа, постулируя существование явления интеграции метаболизма человека с метаболизмом наа селяющего его микробного сообщества (микробиома), предлагает оценить потенциальные возможности пракк тического использования этих представлений в медии цине критических состояний. Еще в начале ХХ века И. И. Мечников обратил внимание на влияние веществ, продуцируемых норр мальной микрофлорой организма человека, на жизнее деятельность и состояние здоровья макроорганизма. Дальнейшее развитие этих идей способствовало создаа В статье постулируется существование явления интеграции метаболизма человека и его микробиома. Высказанная авв тором ранее гипотеза об участии малых молекул микробного происхождения в гомеостазе человека [1, 2] нашла подд тверждение в дальнейших экспериментальных и клинических исследованиях. Показано, что взаимодействия метабоо литов бактерий с организмом человека, естественные и гармоничные в норме, приобретают искаженный характер при различных заболеваниях, что максимально проявляется при критических состояниях, а усугубление дезинтеграции вее дет к полиорганным нарушениям и фатальному исходу. Так, в результате проведенных исследований установлена завии симость 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 взаимодейстт виях с клетками человека, изучены механизмы такого взаимодействия на клеточном и субклеточном уровне. По убежж дению автора, изучение механизмов интеграции, роли ароматических микробных метаболитов (АММ) и поиск метоо дов АМММориентированной терапии открывает новые возможности для улучшения результатов лечения больных в различных областях медицины и прежде всего — в реаниматологии. Ключевые слова:
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 442
www.niiorramn.ru
Изучение механизмов критических состояний —
важнейший раздел медицинской науки, так как контроли
руемое управление этими механизмами направлено на со
хранение и продление человеческой жизни. Сегодня для
научного поиска в этой области применяют самые совре
менные технологии. Последние достижения биологии, би
охимии, биофизики, патофизиологии, генетики и многих
других дисциплин незамедлительно используются для
объяснения сложных патогенетических механизмов, идет
интенсивный поиск новых гипотез, решений, проводятся
клинические исследования для оценки их эффективности.
В мировой литературе накоплен фактологический
материал, обобщение которого позволяет сделать вывод
— дальнейший прогресс в медицине критических состо
яний невозможен без пересмотра базовых представле
ний о гомеостазе человека и его регуляции [1, 2]. Дан
ная работа, постулируя существование явления
интеграции метаболизма человека с метаболизмом на
селяющего его микробного сообщества (микробиома),
предлагает оценить потенциальные возможности прак
тического использования этих представлений в меди
цине критических состояний.
Еще в начале ХХ века И. И. Мечников обратил
внимание на влияние веществ, продуцируемых нор
мальной микрофлорой организма человека, на жизне
деятельность и состояние здоровья макроорганизма.
Дальнейшее развитие этих идей способствовало созда
В статье постулируется существование явления интеграции метаболизма человека и его микробиома. Высказанная ав
тором ранее гипотеза об участии малых молекул микробного происхождения в гомеостазе человека [1, 2] нашла под
тверждение в дальнейших экспериментальных и клинических исследованиях. Показано, что взаимодействия метабо
литов бактерий с организмом человека, естественные и гармоничные в норме, приобретают искаженный характер при
различных заболеваниях, что максимально проявляется при критических состояниях, а усугубление дезинтеграции ве
дет к полиорганным нарушениям и фатальному исходу. Так, в результате проведенных исследований установлена зави
симость 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 взаимодейст
виях с клетками человека, изучены механизмы такого взаимодействия на клеточном и субклеточном уровне. По убеж
дению автора, изучение механизмов интеграции, роли ароматических микробных метаболитов (АММ) и поиск мето
дов 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 the 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, become distorted in different diseases, which may be pre
sent 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 out
come 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). 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.
ИНТЕГРАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ЧЕЛОВЕКА
И ЕГО МИКРОБИОМА ПРИ КРИТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ
Н. В. Белобородова
НИИ общей реаниматологии им. В. А. Неговского РАМН, Москва
Integration of Metabolism in Man and His Microbiome
in Critical Conditions
N. V. Beloborodova
V. A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
Адрес для корреспонденции (Correspondence to):
Белобородова Наталья Владимировна (Beloborodova N. V.)
Email: nvbeloborodova@yandex.ru
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 4 43
Фундаментальные основы анестезиологии!реаниматологии
нию лечебных препаратов на основе культур бактерий
нормальной микрофлоры человека, которые активно
вошли в нашу жизнь в виде пробиотиков, в то время как
исследованию роли метаболитов микробиоты в орга
низме хозяина пока не уделяли должного внимания. До
сих пор в учебной и научной литературе биохимические
процессы в организме человека принято рассматривать
в изоляции от продуктов жизнедеятельности микроб
ного сообщества. Тем не менее интерес к изучению ми
кробиома значительно возрос в последние годы, в част
ности — благодаря данным о его роли в канцерогенезе.
Обобщая данные литературы, можно считать до
казанным, что метаболическая активность микрофлоры
кишечника способствует высвобождению энергии в хо
де утилизации нутриентов, участвует в трофике эпите
лия слизистой, выполняет защитную функцию, препят
ствуя колонизации и инвазии патогенов, обеспечивает
адекватное функционирование иммунных структур ки
шечного барьера и выполняет ряд других полезных
функций [16, 17, 19, 24, 29]. Однако попрежнему отсут
ствуют ответы на вопросы о химической структуре и
механизмах участия метаболитов микробиоты в сис
темных биохимических и регуляторных процессах, про
текающих в организме человека в норме и патологии.
Как будет показано ниже, есть серьезные основа
ния утверждать, что явление интеграции метаболизма
человека и его микробиоты имеет важное физиологиче
ское значение. Еще более важно, что эти взаимодейст
вия радикально меняются при неблагоприятных усло
виях, достигая максимальных нарушений при
критических состояниях, вплоть до развития необрати
мых поломок гомеостаза и гибели организма хозяина.
Представления о непосредственном вмешательст
ве продуктов микробного метаболизма в патогенетиче
ские механизмы наиболее убедительно воспринимают
ся на примере тяжелых больных с хирургическим
сепсисом. Наличие обширных гнойных очагов (перито
нит, абсцессы внутренних органов, инфицированные
ожоги, скальпированные гнойные раны и т. д.) тесно ас
социируются с понятием бактериальной интоксикации,
но эти представления традиционно связывают либо с
микробными токсинами неизвестного строения, либо с
липополисахаридом (LPS или так называемым эндо
токсином) грамотрицательных бактерий, а также с про
дуктами воспаления и деградации собственных тканей
больного (например, средние молекулы). Соответст
венно, положительный эффект хирургической санации
и адекватной антибактериальной терапии традиционно
связывают с уменьшением микробной нагрузки, подра
зумевая уменьшение количества микробных клеток или
снижение эндотоксемии [3, 4]. Забегая вперед, следует
отметить, что с позиций теории интеграции метаболиз
ма эффект адекватной антибиотикотерапии прежде все
го связан со снижением продукции низкомолекуляр
ных метаболитов микробными клетками и,
соответственно, с устранением «нежелательных» мик
робных метаболитов из участия в обменных процессах
у критически больного человека.
Данная публикация обращает особое внимание
специалистов в области реаниматологии на участие ми
кробных метаболитов в патогенезе и исходе критичес
ких состояний. Важно подчеркнуть, что принципиаль
ное значение имеет сам факт критического состояния
независимо от контингента больных. Рассмотрим это на
примере двух групп.
Как сказано выше, у тяжелых хирургических
больных с клинической картиной манифестации сепси
са, например, при абдоминальном сепсисе, раневой,
ожоговой болезни и др., явление интеграции человечес
кого и микробного метаболизма более очевидно. Благо
даря колоссальным усилиям специалистов в области
интенсивной терапии, включая методы экстракорпо
ральной детоксикации, у ряда больных удается «обуз
дать» запущенные механизмы танатогенеза, однако в
условиях недостатка знаний о пользе или, напротив,
токсичности тех или иных микробных метаболитов, на
практике процесс дезинтоксикации осуществляется без
объективного мониторинга за уровнем «токсинов», по
этому эффект лечения часто непредсказуем.
У больных в отделениях реанимации так называе
мого «нехирургического профиля» явление интеграции
человеческого и микробного метаболизма также весьма
актуально. У так называемых «неинфицированных» ре
анимационных больных, например, в случае внутриче
репных кровоизлияний травматического или ишемиче
ского генеза, при кардиогенном шоке, гипоксических
состояниях, требующих искусственной вентиляции
легких, постреанимационных состояниях и др. микроб
ный метаболизм также извращен, то есть «работает»
против организма больного. Другими словами, во всех
этих случаях метаболическая интеграция приобретает
патологическую направленность: измененные проме
жуточные и конечные продукты микробного метабо
лизма, вступая во взаимодействие с клетками больного
организма, больше не выполняют физиологических
функций, а напротив, лишь усугубляют метаболические
нарушения и дисфункцию органов, неизбежно развива
ющихся при критическом состоянии любого происхож
дения. Однако при изучении механизмов вторичных
органных повреждений, например, при черепномозго
вой травме, роль продуктов микробного происхожде
ния, как правило, остается вне поля зрения [5].
Тяжелая травма, обширная операция, кровопоте
ря, массивное повреждение тканей любого генеза (ожо
ги, сдавление и др.) сопровождаются гипоксией, дефи
цитом энергетических и пластических материалов
(белков, аминокислот, жирных кислот и др.), что отра
жает нарушения метаболических процессов макроорга
низма, но не может не влиять на метаболизм его микро
биоты. Даже при отсутствии очагов инфекции и/или
бактериемии микробиота активно борется за выживание
в естественных биоценозах, прежде всего — в кишечни
ке, но в патологических условиях деятельность этого
«метаболического реактора» в организме тяжелого
больного направлена на выживаемость микробиоты — за
счет хозяина. При первичном гнойновоспалительном
заболевании, напротив, «агрессия» со стороны микроби
оты выходит на первый план. Таким образом, вопрос о
причинноследственных связях сложен, и как в любом
конфликте, обычно можно лишь выделить первичный
пусковой фактор, а в дальнейшем процесс дезинтегра
ции метаболизма принимает каскадный характер.
Цель данной публикации — обосновать существо
вание явления интеграции метаболизма человека и его
микробиоты на основе обобщения результатов исследо
ваний, показать участие микробных метаболитов в раз
витии жизнеугрожающих состояний.
Общие представления об интеграции
метаболизма двух систем
Сегодня в практической медицине крайне мало
известно о роли общих с бактериями метаболитов, о
возможности стимуляции или ингибирования экспрес
сии специфических генов, регулирующих активность
ферментов, о взаимопоставках ростовых факторов, на
пример, по аналогии с симбиотическими взаимоотно
шениями бактерий с растениями [6]. Чрезвычайно ак
туальным представляется изучение и использование
способности бактерий влиять на энергетический обмен
в тканях человека. Результаты наших исследований
позволяют утверждать, что ряд продуктов микробного
метаболизма, а именно — фенольные кислоты, в избы
точном количестве поступающие в кровь тяжелых
больных, могут блокировать дыхательные цепи мито
хондрий, нарушая функции органов и тканей, то есть
непосредственно участвовать в генезе полиорганной не
достаточности [7].
Разрозненные теоретические и эксперименталь
ные исследования в этой области ведутся давно, однако
пока явление метаболической интеграции человека и
его микробиома не стало предметом пристального изу
чения, особенно в реаниматологии.
Под интеграцией (лат . integratio — восстановление,
восполнение, от integer — целый), следует понимать про
цесс взаимопроникновения и взаимовлияния продуктов
метаболизма человека и его микробиоты. Этот процесс
обеспечивает состояние симбиоза в норме, но приводит к
тяжелым и даже необратимым последствиям при сбоях и
нарушениях в функционировании его механизмов. Наи
более ярко катастрофические последствия разрушения
физиологической интеграции метаболизма человека и
его микрофлоры проявляются при сепсисе.
Данные литературы свидетельствуют о растущей
актуальности проблемы сепсиса [8, 9]. Так, в последнее
десятилетие в развитых странах Европы, США и др.
среди всех причин летальных исходов в ОРИТ первое
место принадлежит сепсису с полиорганной недоста
точностью, а среди причин смертности сепсис уже опе
режает по численности такие «проблемные» нозологии,
как рак легких, карцинома кишечника, инфаркт мио
карда и др. [10]. Одной из объективных причин создав
шейся ситуации можно с уверенностью назвать низкий
уровень наших знаний о метаболизме бактерий, населя
ющих организм человека. Подавляющее большинство
исследований ключевых молекул воспалительного кас
када направлены преимущественно в область взаимо
действия белков и пептидных молекул, в то время как
более древние механизмы, связанные с природными
низкомолекулярными соединениями (или малыми мо
лекулами — small molecules), чаще остаются вне поля
зрения ученых. В литературе появляются работы об эф
фектах применения при абдоминальном сепсисе неко
торых низкомолекулярных соединений ароматического
строения, например, производного люминола — амино
дигидрофталазиндиона натрия, но в них речь идет не о
природных, а о синтетических препаратах [11].
Обращает на себя внимание сходство химического
строения ряда ароматических микробных метаболитов
(АММ) с катехоламинами, что не может пройти незаме
ченным и служит основанием для появления гипотез,
связанных с критическими состояниями. В частности,
нами было выдвинуто предположение, что причиной не
эффективности лечения септического шока адренали
ном может быть конкурентное использование гормона
бактериями в качестве субстрата. Однако в условиях экс
перимента данное предположение было опровергнуто —
уровень адреналина, добавленного в питательную среду,
не снижался в процессе культивирования бактерий. В то
же время в присутствии адреналина по сравнению с кон
тролем нарастали уровни метаболитов, что указывало на
активацию метаболизма бактерий этим катехоламином
(неопубликованные данные).
Исследования в области взаимодействия макро и
микросистем на гормональном уровне наиболее полно
обобщены в монографии «Microbial endocrinology» [12].
Установлено, что катехоламины действительно стиму
лируют рост стафилококков, псевдомонад и многих
других бактерий, в том числе — поврежденных антиби
отиками. Как следует из опубликованных материалов,
экспериментальные исследования в области микробной
эндокринологии направлены преимущественно на изу
чение влияния гормонов человека (норадреналина, до
фамина) и нейротрансмиттеров (серотонина) на про
цессы взаимодействия микробов со слизистой
кишечника, полости рта (при заболеваниях пародонта),
зависимость от характера питание (диет) и проч. К со
жалению, в литературе не удалось найти работ, изучаю
щих обратную связь, а именно — влияние микробных
метаболитов на регуляцию гормонального статуса
больного человека, что, несомненно, было бы востребо
вано в реаниматологии.
Связь микробиоты с эндокринологическими забо
леваниями показана на нескольких экспериментальных
моделях сахарного диабета. Так, у мышей с диетинду
цированным ожирением метаболическая эндотоксемия
(повышение липополисахарида грамотрицательных
бактерий LPS в крови) служила пусковым фактором
гипервоспаления, способствовала развитию резистент
ности к инсулину и диабету. Путем ингибирования ки
шечной микробиоты антибиотиками удавалось снизить
уровень LPS в крови, минимизировать воспалительный
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 444
www.niiorramn.ru
ответ, выраженность ожирения и диабета 2го типа [13].
Такого же положительного эффекта удалось добиться
путем селективного повышения уровня бифидобакте
рий в кишечнике экспериментальных животных с диа
бетом, индуцированным диетой с высоким содержани
ем жиров [14].
О прямом вмешательстве микробных метаболи
тов в метаболизм клеток человека и о существовании
общих сигнальных путей через транспортеры нутриен
тов свидетельствуют результаты одного из эксперимен
тальных исследований, представленных на междуна
родном симпозиуме «Микробиота кишечника — друг
или враг?» (июнь 2012 г.) : уже после 4х часов инкуба
ции супернатанта разных видов кишечных бактерий с
эпителиальными клетками достоверно изменялась экс
прессия транспортеров глюкозы GLUT2 и SGLT1, а
также транспортера жирных кислот GPR120 [15].
Микробиом человека в норме
и при критических состояниях
В рамках национальных и мировых проектов по
изучению микробиома человека установлены следую
щие факты [16, 17]: бактерии населяют все открытые
эпителиальные поверхности, но основное их сообщество
локализуется в кишечнике, общее число бактерий в ми
кробиоме в 10—100 раз превышает число клеток самого
человека, а количество генов микробиоты кишечника в
150 раз превосходит число генов человека. В организме
здорового человека представлены около 1000 видов ми
кробов, 70% из которых не поддается микробиологичес
кому культивированию, то есть не могут быть выделены
в чистой культуре и изучены. Парадокс состоит в том,
что с углублением наших знаний о микробиоме усугуб
ляется впечатление необъятности и непознаваемости
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 4 45
Фундаментальные основы анестезиологии!реаниматологии
Рис. 1. Модель изучения метаболизма микробиоты в организме человека.
а — микробные метаболиты (ММ) – интегральный показатель многофакторного процесса в «метаболическом реакторе» ки
шечника; б — пути поступления АММ в кровь и клетки человека.
Здесь и на рис. 2, 3: АММ — ароматические микробные метаболиты; ЛЖК — летучие жирные кислоты.
«микровселенной», живущей внутри нас (рис. 1 а). По
рой планирование клинических исследований в этой об
ласти отпугивает сложностью и громоздкостью, что на
практике не способствует новым решениям.
В 2004 г. Deitch E. et al . применили следующий
прием: на экспериментальной модели посттравматичес
кого шока — в условиях суперроста энтеробактерий в
кишечнике оттекающую от кишечника лимфу, содержа
щую неизвестные растворимые компоненты, вводили
интактным животным, что приводило к развитию сеп
сиса кишечного происхождения и дистантного повреж
дения органов [18]. Однако химическое строение этих
сепсисиндуцирующих компонентов микробного про
исхождения не было установлено.
В нашей клинической работе мы применили другую
модель: исследуя вклад микробного метаболизма, осуще
ствляли детекцию низкомолекулярных метаболитов мик
робиома непосредственно в крови, условно «заперев в чер
ный ящик» разнообразие и особенности видового состава
в каждом конкретном случае (рис. 1 а, б). Известно, что ор
ганизм млекопитающего может быть стерильным и суще
ствовать годами в стерильных условиях гнотобиологичес
кого изолятора, обеспечивая свои метаболические циклы
автономно, без участия бактерий. Однако стерильные гно
тобиологические животные значительно менее устойчивы
к стрессу, хуже переносят воздействие неблагоприятных
факторов, иммунологически несостоятельны и др. При
микробной колонизации безмикробных животных суще
ственно возрастает усвоение энергии из пищи и ее депони
рование в адипоцитах, причем установлено, что это проис
ходит не только изза микробной ферментации пищевых
компонентов, но также благодаря генерации метаболитов,
вовлеченных в энергетический баланс, и регуляции экс
прессии генов организма хозяина. Так, микробная колони
зация стерильных мышей повышала экспрессию генов
ключевых печеночных ферментов печени, вовлеченных в
цикл биосинтеза жиров (ацетилКоА карбоксилаза и син
таза жирных кислот) [19]. Микробиота кишечника моду
лировала также экспрессию генов ангиогенеза: так, у
взрослых безмикробных животных (при полностью сфор
мированной каппилярной сети кишечника) после колони
зации бактериями процесс ангиогенеза претерпевал «ре
старт», резко активировался и завершался только спустя
10 дней [20].
Однако полезность сосуществования здорового
организма человека с бактериями (симбиоз) вовсе не
означает, что микробиота продолжает выполнять свои
«благородные функции» даже тогда, когда организм хо
зяина оказывается в экстремальных условиях (крово
потеря, гипоксия, гипо или гипертермия, голод, гипо
волемия, отравление, облучение и т. д.), то есть в
условиях резкого изменения среды обитания населяю
щих его микроорганизмов. Существуют общебиологи
ческие закономерности возникновения и разрушения
симбиозов, изученные и сформулированные в фунда
ментальных трудах ученых [21, 22].
При критических состояниях любого генеза неиз
бежно разрушаются сложные многовидовые ассоциации
микроорганизмов, обеспечивающие полный метаболичес
кий цикл ингредиентов. Изза неблагоприятных условий
прежде всего разрушаются микробные биопленки симби
онтов, многие виды (например, бифидо, лактобактерии)
прекращают свою жизнедеятельность или исчезают совсем
(дисбиоз), а другие, например, энтеробактерии, стафило
кокки — вместо естественных биотопов формируют био
пленки в верхних отделах пищеварительного тракта (фе
номен бактериального суперроста в тонкой кишке), что
проявляется несостоятельностью кишечного барьера и ин
токсикацией. Покинув биопленки, выжившие бактерии в
планктонной форме циркулируют в крови «в поиске» бо
лее благоприятных условий, что регистрируется как «бак
териемия». Устойчивые к неблагоприятным факторам (в
том числе — к антибиотикам) бактерии «оседают» на мик
ротромбах, в экссудате, поврежденном эпителии/эндоте
лии, формируя гнойновоспалительные очаги во внутрен
ней среде организма человека («септикопиемия»).
В наших работах доказано упрощение видового со
става микробного сообщества у реанимационных больных
[23], что позднее подтверждено исследованиями зарубеж
ных авторов [24]. Очевидно, что разрушение симбиозов
неизбежно сопровождается микробной трансформацией
метаболизма, то есть неполным превращением органичес
ких соединений ферментами микроорганизмов, что про
является накоплением в среде (то есть в организме боль
ного!) продуктов этого превращения и отражается
изменениями клиниколабораторных показателей.
Среди промежуточных и конечных продуктов ме
таболизма человека вряд ли можно назвать вещества, от
сутствующие в обмене веществ бактерий, или соедине
ния, недоступные для дальнейшей микробной
биодеградации. А вот среди метаболитов бактерий, вхо
дящих в состав микробиома человека, довольно велик
перечень низкомолекулярных соединений (SMOM), ко
торые не продуцируются эукариотическими клетками,
более того — не подвергаются дальнейшим превращени
ям изза отсутствия у человека необходимых ферментов.
Присутствие в крови человека таких SMOM документи
ровано [25, 26], однако в доступных базах данных о ме
таболоме человека и информационных сайтах отсутст
вуют сведения об их биологической роли [27]. Наиболее
обширна среди SMOM группа ароматических соедине
ний, индолпроизводных и фенольных кислот, которым
ниже будет посвящен отдельный раздел.
Сопоставляя научные факты о механизмах регу
ляции в живой природе, удается обнаружить волную
щие совпадения, например, о том, что АММ фенилук
сусная и индолуксусная кислоты, обнаруженные нами в
крови людей, относятся к ауксинам — фитогормонам,
которые в низких концентрациях 105—106 передают
сигналы и координируют процессы роста в жизненном
цикле растений [6].
Метаболиты микробиома человека
Сведения о метаболитах бактерий, входящих в со
став микробиома человека, в литературе крайне скудны.
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 446
www.niiorramn.ru
Согласно традиционным представлениям, это небелко
вые низкомолекулярные органические соединения, не
пригодные для дальнейшего биосинтеза, и поэтому бес
полезные для человека. Принято считать, что в процессе
брожения «полезные бактерии», такие как бифидо и
лактобактерии, продуцируют «безвредные» вещества, в
частности, молочную кту (лактат). Другие условнопа
тогенные бактерии могут в процессе гниения выделять
токсичные ароматические соединения, которые детокси
цируется в печени (фенол — в крезол, индол — в скатол)
и выводятся почками.
Нами проведена серия экспериментальных иссле
дований с целью изучения экзометаболитов, которые
продуцируются бактериями микробиома человека при
культивировании in vitro. В исследование были включе
ны основные представители микрофлоры человека:
А) облигатные анаэробные бактерии, составляю
щие основу эндогенной микрофлоры здорового человека,
формирующие колонизационную резистентность (бифи
добактерии, лактобактерии, эубактерии, бактероиды);
Б) аэробные и факультативно анаэробные бакте
рии, которые могут выступать в роли возбудителей
гнойновоспалительных заболеваний и сепсиса (стафи
лококки, энтеробактерии, неферментирующие грамот
рицательные бактерии).
При культивировании микроорганизмов применя
лись стандартные многокомпонентные питательные сре
ды (среда Шедлера, триптонсоевый бульон HIMEDIA),
содержащие все необходимые компоненты для роста и
размножения бактерий, т.е. создавая условия, имитирую
щие внутреннюю среду организма человека. Детекция
экзометаболитов осуществлялась с применением газово
го хроматомассспектрометрического анализа.
На рис. 2 а, б отражена способность изученных на
ми бактерий продуцировать или утилизировать арома
тические метаболиты на примере шести фенилкарбоно
вых кислот ФКК. Исходное содержание каждой ФКК в
среде культивирования условно принято за 1. Высота
столбцов отражает кратность повышения (или сниже
ния) уровня ФКК через 24 часа культивирования дан
ного вида бактерий по отношению к исходному.
Интерпретация полученных in vitro результатов
интересна в сопоставлении с данными, полученными в
клинике.
В процессе изучения явления интеграции метабо
лизма нами исследованы различные биологические сре
ды здоровых и больных людей (кровь, моча, ликвор,
экссудаты, клетки крови и др.), идентифицированы и
измерены десятки низкомолекулярных соединений [1,
28—30] — промежуточных и конечных метаболитов, от
носящихся к разным химическим группам. Некоторые
из них, такие как летучие жирные кислоты (ЛЖК, в за
рубежной литературе SCFA — small chain fatty acids)
имеют исключительно микробное происхождение, так
как являются продуктами анаэробных бактерий и не об
разуются в эукариотических клетках. Другие, напри
мер, карбоновые кислоты, участвующие в цикле Кребса,
характерны и для макроорганизма, и для бактерий.
Оценка степени участия того или иного метаболи
та в интеграции основана на полученных нами данных о
степени изменчивости уровня данного метаболита у
«критических больных» по сравнению со здоровыми. И
перечень метаболитов, и эта оценка может, безусловно,
меняться по мере накопления новых данных.
Среди множества изученных метаболитов наиболее
интересные данные получены, как будет показано ниже, в
отношении некоторых ФКК, именно поэтому их степень
участия отмечена «+++». На рис. 3 приведены данные об
уровне ряда ФКК в нг/мл в сыворотке крови у разных
групп больных. В образовании ФКК в ходе катаболизма
ароматических аминокислот задействованы несколько
биохимических путей, включая эндогенные (основной и
альтернативный) и микробные пути (аэробный и ана
эробный), но у реанимационных больных высокие уров
ни ФКК в крови имеют микробное происхождение [26].
Возвращаясь к обсуждению результатов, пред
ставленных на рис. 2, следует отметить, что они получе
ны in vitro при культивировании изолированных чистых
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 4 47
Фундаментальные основы анестезиологии!реаниматологии
Рис. 2. Продукция и потребление АММ при культивировании
чистых культур бактерий – основных представителей микро
биоты человека.
а— строгих анаэробов в анаэробных условиях; б— аэробов и
факультативных анаэробов – в аэробных условиях.
Здесь и на рис. 3, 4: ФУК — фенилуксусная кислота; ГФУК —
пгидроксифенилуксусная кислота; ФПК — фенилпропионо
вая кислота; ГФПК — пгидроксифенилпропионовая кисло
та;ФМК — фенилмолочная кислота; ГФМК — пгидроксифе
нилмолочная кислота.
культур бактерий, чего в природе практически не встре
чается, тем не менее выявлены некоторые интересные
факты, которые обращают на себя внимание и будут
прокомментированы ниже.
1) Как показано на рис. 2, метаболит пГФУК, ток
сичный для человека, утилизируется из питательной сре
ды практически всеми анаэробными бактериями, а также
аэробами (и стафилококками, и энтеробактериями), из
чего следует заключить, что в ассоциации эти бактерии
могут «обезопасить» ситуацию в случае избыточной про
дукции ГФУК в кишечнике (например, при колонизации
Pseudomonas aeruginosa). Однако при поступлении ГФУК
напрямую из очага инфекции в крови могут создаваться
высокие концентрации, что действительно наблюдается,
как будет показано ниже, в группе септических больных.
2) Показано, что максимально высокие количества
ФУК (в 1000 раз превышающих фон), in vitro продуцируют
анаэробные грамотрицательные бактерии семейства бакте
роидов, но почти все остальные аэробы и анаэробы утилизи
руют ФУК, каждый из которых в 10—100 раз снижает исход
ный уровень этого метаболита в питательной среде,
поддерживая физиологическое равновесие. Теоретически в
случае активного размножения анаэробов (бактероидов) за
пределами кишечника в крови могут создаваться опасно вы
сокие уровни ФУК, что действительно описано в литературе,
например, при анаэробных инфекциях мягких тканей [31].
3) Нами обнаружена продукция больших коли
честв ФМК и ГФМК молочнокислыми бактериями. Не
однозначность этого факта связана с тем, что с одной
стороны, бифидо и лактобактерии традиционно отно
сят к полезной микрофлоре, а с другой — метаболиты
ФМК и ГФМК достоверно повышены в крови септиче
ских больных и их уровень коррелирует с летальностью
[32—34]. В ходе дальнейших исследований обнаружено,
что ФМК и ГФМК подавляют активность нейтрофилов,
что может иметь важное физиологическое значение, в
частности, — предотвращение гипервос
паления в условиях постоянного контак
та кишечной слизистой с микроорганиз
мами [35]. У здоровых людей такое
участие в регуляции воспаления пред
ставляется целесообразным, однако при
инфекционной патологии эффект угнете
ния фагоцитоза крайне нежелателен.
Симбиотические механизмы так устрое
ны, что практически при любых заболева
ниях уровень молочнокислых бактерий в
кишечнике снижается, а значит и снижа
ется вероятность снижения фагоцитоза
под действием их метаболитов. В то же
время избыточное поступление ФМК и
ГФМК в кровоток может развиваться
вследствие продукции этих метаболитов
стафилококками или энтеробактериями,
и это может негативно отразиться на
функции нейтрофилов и качестве воспа
лительного ответа в целом.
С этих позиций применение препара
тов живых биокультур (пробиотиков) в реа
ниматологии представляется вовсе небезо
бидным и даже опасным. Так, в
рандомизированном, двойном слепом, пла
цебоконтролируемом независимом иссле
дованиии у больных с тяжелым острым пан
креатитом (n=298) [36] одна группа (n=153)
с целью профилактики гнойных осложне
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 448
www.niiorramn.ru
Рис. 3. Уровни ароматических микробных метаболитов
(АММ) в сыворотке крови здоровых и больных людей
(метод ГХМС).
Здесь и на рис. 4: БК — бензойная кислота; ХСН — хрониче
ская сердечная недостаточность; FMF — средиземномор
ская лихорадка.
Рис. 4. Сравнение метаболических профилей ароматических микробных ме
таболитов в сыворотке крови.
а — здоровых; б— больных сепсисом; в— выживших; д—умерших.
ний получала биопрепарат, содержащий 4 вида лактобакте
рий (L.acidophilus, L.casei, L.salivarius, L.lactis), и 2 вида бифи
добактерий (B.bifidum, B.lactis) в дозе 1010 ежедневно, а кон
трольная группа (n=145) получала плацебо. Результаты
огорчили исследователей — в группе больных, получавших
пробиотики, зарегистрировано более тяжелое течение забо
левания, чаще развивался панкреонекроз, присоединялась
бактериемия и другие инфекционные осложнения, досто
верно чаще отмечалось развитие ПОН, был достоверно вы
ше уровень летальных исходов (р=0,01). Авторы исследова
ния не смогли дать убедительных объяснений, но высказали
мнение о сомнительности показаний для применения про
биотиков у «критических больных». По нашему мнению,
применение живых микробных культур молочнокислых
бактерий могло еще более усугубить метаболические нару
шения и привести к неблагоприятным последствиям у ис
ходно тяжелых пациентов, в частности, за счет избыточной
продукции ФМК и ГФМК, характерных метаболитов би
фидо и лактобактерий (см. рис. 2 аи рис. 4).
Летучие жирные кислоты (ЛЖК)
Уже более двух десятков лет известны факты о спо
собности низкомолекулярных метаболитов анаэробных
бактерий кишечника — летучих жирных кислот (ЛЖК) —
подавлять активность иммунокомпетентных клеток чело
века [29], однако до настоящего времени эти факты не на
шли должного применения не только на практике, но и в
научных лабораториях, например, при изучении механиз
мов запуска иммунопаралича у «критических больных»,
где исследования попрежнему концентрируются на изу
чении регулирующих свойств белков и интерлейкинов.
Метаболическую интеграцию в здоровом организ
ме можно назвать физиологической, соответственно, у
больных — патологической. Рассмотрим интеграцию
метаболизма человека и индигенных анаэробов на при
мере летучих жирных кислот (ЛЖК) (таблица), к кото
рым относятся пропионовая (пропионат), масляная
(бутират), валерьяновая, капроновая и некоторые дру
гие, причем все они специфичны для строгих анаэробов
в качестве конечных продуктов метаболизма и не обра
зуются клетками человека. Факт обнаружения ЛЖК в
биологических средах и тканях используют для диагно
стики анаэробных инфекций.
Природная (физиологическая) целесообразность
накопления ЛЖК в просвете толстой кишки состоит, по
видимому, в подавлении активности иммунокомпетент
ных клеток. То есть метаболиты анаэробных бактерий
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 4 49
Фундаментальные основы анестезиологии!реаниматологии
Группа Метаболит Оценка потенциального участия в интеграции
Летучие жирные кислоты — ЛЖК уксусная (ацетат) ++
пропионовая (пропионат) ++
масляная(бутират) +++
изомасляная +
валериановая +
изовалериановая +
капроновая +
изокапроновая +
Производные фенола/бензола пкрезол
бензиловый спирт
бензойная кта, БК +++
2,4дигидроксибензойная кта +
3,4дигидроксибензойная кта +
пгидроксибензойная кта, ГБК ++
Карбоновые кты молочная (лактат) +++
яблочная +
фумаровая(фумарат) +
янтарная +
2кетоглютаровая +
2гидроксиглютаровая, +
2гидроксимасляная ++
Фенилкарбоновые кты (ФКК) фенилуксусная кта, ФУК +++
огидроксифенилуксусная —
2гидроксифенилуксусная —
пгидроксифенилуксусная, ГФУК +++
Фенилпропионовая, ФПК +++
пгидроксифенилпропионовая, ГФПК +
циннамовая, ЦК +++
пгидроксифенилциннамовая +
фенилмолочная, ФМК +++
пгидроксифенилмолочная, ГФМК +++
фенилпировиноградная, +
пгидроксифенилпировиноградная —
Индольные кты 1индолуксусная кта,
3индолуксусная кта, ИУК ++
Изученные группы природных низкомолекулярных соединений и конкретные метаболиты,
потенциально участвующие в процессе интеграции
препятствуют реализации воспаления в пищеваритель
ном тракте в условиях высокого уровня микробной обсе
мененности. Доказано также, что ЛЖК стимулируют
пролиферацию эпителиальных клеток и их дифференци
ровку, улучшают микроциркуляцию, перистальтику и аб
сорбцию в кишечнике, регулируют адгезию и хемотаксис
нейтрофилов. Особая роль отводится противовоспали
тельным эффектам бутирата, у которого описана способ
ность ингибировать активность NFkB и снижать актив
ность провоспалительных цитокинов, а для пропионата и
ацетата характерен другой механизм — повышение экс
прессии противовоспалительного цитокина IL10 [37].
У больных с SIRS параллельно с угнетением ана
эробной микрофлоры резко снижается содержание в
кишечнике ЛЖК, особенно пропионовой и масляной
[24], что не может не отразиться на функции кишечно
го эпителия и состоянии проницаемости кишечного ба
рьера в целом у реанимационных больных.
В норме ЛЖК не поступают в системный крово
ток, утилизация этих кислот происходит там же, в ки
шечнике, они служат субстратом для кишечного эпите
лия, обеспечивая надежность кишечного барьера. В то
же время можно привести пример патологической ин
теграции с участием тех же ЛЖК: при несанированных
абсцессах внутренних органов, абдоминальном, гинеко
логическом сепсисе и др. метаболиты анаэробов посту
пают из очагов непосредственно во внутреннюю среду
человека, подавляя иммунореактивность, способствуя
развитию иммунопаралича и неблагоприятному исходу.
Карбоновые кислоты
Ряд промежуточных продуктов метаболизма, на
пример — карбоновые кислоты, являются ключевыми
для метаболических циклов как в клетках человека, так
и его бактерий, например, лактат, пируват, фумарат, сук
цинат и др. Являются ли они общими метаболитами —
вопрос спорный, что можно продемонстрировать на
примере лактата. Известно, что Lизомер молочной кис
лоты (Lлактат) метаболизируется в клетках человека
Lлактат дегидрогеназой (LЛДГ). Основные биохими
ческие учебники утверждают, что микроорганизмы в
процессе жизнедеятельности образуют исключительно
Dлактат, а люди не обладают Dлактатдегидрогеназой
(DЛДГ). Ранее в литературе доминировали представ
ления, согласно которым клетки человека усваивают
только Lлактат. Однако в последующем эксперимен
тально было показано, что здоровый человек может
весьма эффективно усваивать Dмолочную кислоту,
причем как при пероральном, так и при внутривенном
введении. Осуществляется этот процесс с участием D2
гидроксикислой (hydroxyacid) дегидрогеназы (D2
HDH) 31 [38]. Фермент D2HDH является внутрими
тохондриальным флавопротеидом с высокой
активностью в почках и печени. У здорового человека
избыточная нагрузка Dлактатом не приводит к разви
тию Dлактат ацидоза, так как Dлактат подвергается
окислению с участием бактериальных процессов фер
ментации. При нарушении микробного метаболизма
развитие Dлактат ацидоза весьма вероятно, причем не
только у больных с синдромом короткого кишечника,
чему посвящено уже немало публикаций [39, 40]. Обсле
дуя пациентов в состоянии метаболического ацидоза
различного генеза, в том числе — на фоне лактатацидо
за (c уровнем лактата > 5 mmol/l), были получены высо
кие концентрации Dлактата с достоверным превыше
нием уровня в контроле, тогда как повышение Lлактата
было недостоверным [41].
Пересмотр представлений о роли пространствен
ной изомерии молекул позволяет под другим углом зре
ния рассматривать причины гиперлактатемии у «крити
ческих больных», так как во многих ситуациях
гиперлактатемия и лактатацидоз могут быть микробно
го происхождения, отражая избыточную микробную на
грузку и неадекватную антимикробную терапию. Также
не исключена возможность конкуренции за лактат меж
ду макро и микросистемами при дефиците последнего,
что в равной степени относится и к другим «общим» ме
таболитам. Отмечены выраженные видовые различия
метаболической активности. Среди изученных микро
организмов наиболее выраженную способность к про
дукции молочной кты проявили бифидо и лактобакте
рии, янтарной и фумаровой — бактероиды [32]
Среди экзометаболитов бактерий — такие извест
ные участники цикла трикарбоновых кислот, как мо
лочная, янтарная, фумаровая, яблочная кты и др. Во
влекаются ли эти кислоты микробного происхождения
в метаболические превращения в организме человека?
Ответа на этот вопрос в литературе нет. Принято счи
тать, что в ассоциациях, из которых состоит микробное
сообщество человека, конечные продукты жизнедея
тельности одного вида бактерий являются промежуточ
ными для других, то есть априори на выходе работы
этого «метаболического реактора» мы должны полу
чить «0». Хочется заметить, что такая точка зрения
весьма сомнительна, особенно для «критического боль
ного» с выраженными метаболическими нарушениями.
В экспериментальном исследовании Г. А. Ливано
ва с соавт. (2006) продемонстрировано, что экзогенное
введение янтарной кислоты может оказывать разный
эффект в зависимости от степени угнетения тканевого
дыхания, в том числе — приводить к метаболической
десинхронизации, тяжелому повреждению тканей голо
вного мозга и летальному исходу, когда организм жи
вотного находится в состоянии выраженной интоксика
ции и янтарная кислота не может быть включена в
энергетические процессы [42].
Процесс цитопатической гипоксии, характерный
для сепсиса, проявляется в гипоксии тканей даже при
достаточном содержании кислорода в крови. Наруше
ния метаболических процессов в тканях проявляются
полиорганной недостаточностью (ПОН), что характер
но для сепсиса [43]. На начальных этапах ПОН при сеп
сисе носит обратимый характер, так как связана именно
с метаболическими нарушениями на уровне митохонд
рий и не сопровождается деструкцией и некрозом кле
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 450
www.niiorramn.ru
ток, ее иногда образно называют гибернацией. В наших
исследованиях показано, что снижение количества ме
таболитов цикла трикарбоновых кислот в крови септи
ческих больных происходило или параллельно с ростом
уровня ФКК, есть то что находится в обратной зависи
мости от метаболической активности микробиома [44].
В здоровом организме микробиота вовлекается в
метаболизм человека и может способствовать прибавке
массы тела. Это положение наиболее ярко демонстри
руется в экспериментах с применением безмикробных
животных (гнотобионтов) и животных, колонизирован
ных микрофлорой дистального отдела кишечника. По
казано, что за период 10—14 дней прибавка в весе у ко
лонизированных животных была на 60% больше, чем у
безмикробных, то есть микробная колонизация способ
ствовала повышению способности организма хозяина
извлечь энергию из пищи и аккумулировать ее в адипо
цитах, что возможно лишь путем продукции метаболи
тов, влияющих на энергетический баланс и регулирую
щих экспрессию генов в организме хозяина [19].
Механизмы интеграции, обеспечивающие прибав
ку массы тела с участием метаболитов бактерий, могут
играть определенную положительную роль, например,
для новорожденных детей с установившейся бифидо и
лактофлорой. Напротив, избыточкая прибавка в весе на
фоне обычного рациона у людей с нарушениями обмена
веществ может расцениваться как сомнительный ре
зультат «метаболического сотрудничества» с микрофло
рой, что проявляется клиникой «метаболического синд
рома». И в том, и в другом случае можно говорить об
«анаболическом эффекте» метаболической интеграции.
При критических состояниях любого генеза, на
против, имеет место потеря веса, энергетический дефи
цит, выражены процессы катаболизма. Создаются ре
альные условия для противостояния макро и
микросистем, конкуренции за субстрат. Важно отме
тить, что сегодня этот факт не учитывается ни в одной
из формул теоретического расчета потребности «крити
ческого больного» в основных ингредиентах. Не удиви
тельно, что применение таких расчетов на практике при
критических состояниях нередко дает серьезные по
грешности, и поэтому даже на фоне коррекции питания
усугубление нарушений гомеостаза и прогрессирование
катаболизма могут приобретать необратимый характер.
Ароматические микробные
метаболиты (АММ)
Особого внимания заслуживает группа микроб
ных экзометаболитов, имеющих ароматическое строе
ние, — это продукты метаболизма ароматических ами
нокислот тирозина, фенилаланина и триптофана.
Анализ состава около 50 ароматических соединений в
кишечнике здорового человека показал, что в количест
венном отношении преобладают такие метаболиты, как
ФУК (400—1100 мкМ) > ГФУК (60—400 мкМ) > 3,4
диГЦК (50—200 мкМ) > ФПК (200—600 мкМ) > БК
(23—25 мкМ) [45]. Нами обнаружено, что в сыворотке
крови здоровых людей присутствует большинство этих
АММ, но в другом соотношении: ГФМК (1,1 мкМ) >
БК (0,7 мкМ) > ГФУК(0,5 мкМ) > ФУК(0,4 мкМ) >
ФМК(0,3 мкМ) > ФПК(0,2 мкМ) [34]. Изменение со
отношения АММ в крови мы связываем с их избира
тельной утилизацией клетками тканевых барьеров (ки
шечная стенка, лимфоидная ткань, печень, эндотелий
сосудов и др.) (рис.1б), что будет показано в дальней
ших исследованиях.
Факт постоянного присутствия АММ в крови
здоровых людей, а также существование специальных
белковтранспортеров для их переноса внутрь клеток
млекопитающих (например, монокарбоксилатный
транспортер Mct1) указывает на их потенциальное
участие в процессах внутриклеточной регуляции. Под
тверждением вышесказанному служат результаты на
ших первых экспериментальных исследований по изу
чению влияния АММ на митохондрии клеток печени
и мозга [7, 46, 47]. Это подтверждает одну из основопо
лагающих идей статьи об интеграции метаболизма — о
выполнении АММ особых, неизвестных ранее, функ
ций в организме человека. В клинических исследова
ниях нами установлено достоверное повышение сыво
роточных концентраций ряда ФКК у наиболее
тяжелых больных с сепсисом и ПОН. Факт повыше
ния их уровня в крови при критических состояниях
отражает реальный вклад метаболизма «поврежденно
го» микробиома, что характерно для критических со
стояний и сепсиса [26].
Как показали результаты экспериментальных ис
следований, большинство изученных нами микроорга
низмов in vitro демонстрировали способность продуци
ровать или потреблять ФКК, что отражено на рис. 2 аи
б. Очевидно, что это чрезвычайно многофакторный
процесс Невозможно рассчитать реальный конечный
результат метаболизма всех бактерий, входящих в со
став микробиома человека, даже для здорового челове
ка с нормальным биоценозом, а тем более — для больно
го, находящегося в критическом состоянии. Используя
модель «черного ящика» (рис. 1, а), мы условно дистан
цируемся от микробной биомассы, а конечный резуль
тат работы этого «метаболического реактора» оценива
ем по уровню ФКК в сыворотке крови и клетках
организма больного (см. рис. 1, б). У септического боль
ного при наличии гнойного очага последний служит до
полнительным резервуаром для активнометаболизи
рующих бактерий и нередко становится реально
опасным источником микробных метаболитов, так как
токсичные АММ имеют возможность напрямую попа
дать в системный кровоток (1б).
Таким образом, метаболический профиль ФКК в пе
риферической вене отражает результат суммарного по
ступления микробных метаболитов как из основного есте
ственного резервуара (кишечник), так и из очагов
воспаления в органах и тканях больного. По нашему мне
нию, профиль ФКК в крови может служить интеграль
ным показателем, дающим представление о степени вме
шательства микробного метаболизма в гомеостаз
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 4 51
Фундаментальные основы анестезиологии!реаниматологии
человека. Отмечена однонаправленность изменений в ка
чественноколичественном спектре ФКК при развитии
критических состояний, например, снижение ФПК
вплоть до полного исчезновения и, напротив, многократ
ное увеличение ГФУК, ГФМК и ФМК. Некоторые из
ФКК можно использовать в качестве маркеров сепсиса
[48—50], для мониторинга эффективности терапии, а так
же для прогноза и неблагоприятного исхода. Наши дан
ные свидетельствуют о многократном достоверном
(p<0,0000) повышении уровня таких ФКК, как ГФУК,
ГФМК, ФМК и БК в сыворотке крови септических боль
ных по сравнению с фоновыми концентрациями у здоро
вых людей [33, 48], и у больных с другой патологией (рис.
3). Среди групп сравнения — больные с хронической сер
дечной недостаточностью (ХСН), средиземноморской ли
хорадкой — в состоянии приступа (FMF), ИВЛассоции
рованной пневмонией и больные с сепсисом. На рис. 4 а
визуально изображены выраженные различия метаболи
ческих профилей ФКК у септических больных (n=22, ле
тальность 50%) по сравнению со здоровыми, а ниже на
рис. 4 ботражены различия уровней ФКК при сравнении
выживших (n=11) и умерших (n=11) от сепсиса.
Заключение
В онтогенетически сложившейся системе чело
векмикробиом присутствуют все необходимые объек
тивные условия для формирования метаболической ин
теграции, а именно:
организм человека осуществляет свою жизне
деятельность на протяжении всей жизни в тесном кон
такте с населяющей его микрофлорой;
высокая скорость размножения микроорганиз
мов и обновление клеток микробного сообщества предпо
лагает активный метаболический процесс, протекающий
в микробиоме, который сравнивают с «метаболическим
реактором»;
относительное постоянство или стабильность
биоценозов свидетельствует о существовании механиз
мов регуляции внутри микробного сообщества;
динамический характер напряженности ме
ханизмов иммунореактивности, направленных на
поддержание симбиотических отношений, свидетель
ствует в пользу существования взаимной регуляции
через систему общих метаболитов и /или сигнальных
молекул.
Механизмы интеграции метаболизма могут быть
самыми разными — от субстратной конкуренции до ак
тивации или блокирования сигнальных каскадов.
В литературе есть отдельные исследования, до
казывающие способность некоторых фенольных со
единений из приведенного выше перечня (см. табли
цу) выступать в роли антиоксидантов, блокировать
тирозиназу, NOсинтазу, и др. В недалеком будущем,
при наличии достаточного уровня знаний и методов
лабораторного мониторинга за ключевыми молекула
ми, станет возможным эффективное управление эти
ми процессами.
Важно подчеркнуть, что явление интеграции ме
таболизма человека и микробиома, изучение взаимо
действия макро и микросистем на молекулярном уров
не имеют фундаментальное значение в медицине
критических состояний, раскрывая новые механизмы
гомеостаза и танатогенеза, а главное — новые мишени
для цельориентированной терапии.
Обобщения, представленные в данной статье, осно
ваны на результатах междисциплинарных исследований,
полученных благодаря совместной работе с учеными и
врачами разных специальностей: анестезиологамиреа
ниматологами, хирургами, микробиологами, биохимика
ми, биофизиками, хроматомассспектрометристами и
др. Автор выражает всем признательность за плодотвор
ное сотрудничество.
Статья подготовлена при поддержке Министерст
ва образования и науки РФ в рамках Федеральной целе
вой программы «Исследования и разработки по приори
тетным направлениям развития научнотехнического
комплекса России на 20072013 годы», Государственный
контракт с ФГБУ «НИИОР» РАМН № 16.512.11.2227
от «12 « июля 2011 г.
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 452
www.niiorramn.ru
Литература
1. Beloborodova N. V., Osipov G. A. Small molecules originating from
microbes (SMOM) and their role in microbeshost relationship.
Microb. Ecol. Health Disease. 2000; 12: 12—21.
2. Белобородова Н. В., Осипов Г. А. Гомеостаз малых молекул микроб
ного происхождения и его роль во взаимоотношениях микроорга
низмов с организмом хозяина. Вестник РАМН. 1999; 7: 25—31.
3. Храмых Т. П., Долгих В. Т. Патогенез интоксикации при геморраги
ческой гипотензии (экспериментальное исследование). Общая
реаниматология. 2008; 4 (5): 36—39.
4. Матвеева Е. Ю., Власенко А. В., Яковлев В. Н., Алексеев В. Г. Инфек
ционные осложнения катетеризации центральных вен. Общая
реаниматология. 2011; 7 (5): 67—74.
5. Мороз В. В., Чурляев Ю. А. Вторичные повреждения головного моз
га при тяжелой черепномозговой травме М.; 2006: 403.
6. Wightman F., Lighty D. L. Identification of phenylacetic acid as a natur
al auxin in the shoots of higher plants. Physiologia Plantarum. 1982; 55:
17—24
7. Федотчева Н. И., Теплова В. В., Белобородова Н. В. Участие феноль
ных кислот микробного происхождения в дисфункции митохонд
рий при сепсисе. Биологические мембраны. 2010; 27 (1): 60—66.
8. Harbarth S., Haustein T. Year in review 2009: Critical Care — infection.
Crit. Care. 2010; 14 (6): 240—244.
9. 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—2329.
10. Vincent J.-L., Abraham E. The last 100 years of sepsis. Am. J. Respir. Crit.
Care Med. 2006; 173 (3): 256—263.
11. Долина О. А., Шкроб Л. О. Коррекция иммунных нарушений у
больных с абдоминальным сепсисом. Общая реаниматология.
2011; 7 (1): 55—57.
12. Lyte M. (ed.). Microbial endocrinology. USA: Springer Science+
Business Media; 2010: 323.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. Bäckhed 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.
20. 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.
21. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М.: Мир; 1983: 351.
22. Бухарин О. В., Гинцбург А. Л., Романова Ю. М., Эль-Регистан Г. И.
Механизмы выживания бактерий. М.: Медицина; 2005: 367.
23. Белобородова Н. В., Вострикова Т. Ю. Особенности микрофлоры зе
ва у детей в отделениях интенсивной терапии. Антибиотики и хи-
миотерапия. 1998; 43 (8): 16—22.
24. 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.
25. Белобородова Н. В., Архипова А. С., Белобородов Д. М., Бойко Н. Б.,
Мелько А. И., Оленин А. Ю. Хроматомассспектрометрическое оп
ределение низкомолекулярных соединений микробного происхож
дения в сыворотке крови больных сепсисом. Клин. лаб. диагности-
ка. 2006; 2: 3—6.
26. Белобородова Н. В., Ходакова А. С., Байрамов И. Т., Оленин А. Ю.
Микробный путь образования фенилкарбоновых кислот в организ
ме человека. Биохимия. 2009; 74 (12): 1657—1663.
27. Wishart D. 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.
28. 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.
29. Белобородова Н. В., Белобородов С. М. Метаболиты анаэробных бак
терий (летучие жирные кислоты) и реактивность макроорганизма.
Антибиотики и химиотерапия. 2000; 2 (45): 28—36.
30. 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.
31. Истратов В. Г., Кулешов С. С., Макарова А. В. Хроматомассспект
рометрическое исследование токсических метаболитов анаэробов
при неклостридиальной анаэробной инфекции. Раны и раневая ин
фекция. М.; 1988: 223—224.
32. Белобородова Н. В., Байрамов И. Т., Оленин А. Ю., Федотчева Н. И.
Экзометаболиты некоторых анаэробных микроорганизмов микро
флоры человека. Биомедицинская химия. 2011; 57 (1): 95—105.
33. 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
34. Белобородова Н. В., Оленин А. Ю., Ходакова А. С., Черневская Е. А.,
Хабиб О. Н. Происхождение и клиническое значение низкомолеку
лярных фенольных метаболитов в сыворотке крови человека. Ане-
стезиология и реаниматология. 2012; 5; 37—41.
35. 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.
Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. 2009; 4: 17.
36. 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 pre
dicted severe acute pancreatitis: a randomised, doubleblind, place
bocontrolled trail. Lancet. 2008; 371 (9613): 651—659.
37. 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.
38. Vella A., Farrugia G. Dlactic acidosis: pathologic consequence of sapro
phytism. Mayo Clin. Proc. 1998; 73 (5): 451—456.
39. 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.
40. 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.
41. 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.
42. Ливанов Г. А., Александров М. В., Васильев С. А., Батоцыренова X. В.,
Батоцыренов Б. В., Лодягин А. Н., Луцык М. А., Носов А. В. Метабо
лическая десинхронизация при критических состояниях. Общая
реаниматология. 2006; 2 (1): 42—46.
43. Данилов И. А., Овечкин А. М. Полиорганная недостаточность: состо
яние проблемы и современные методы лечения с использованием
низкопоточных мембранных технологий. Общая реаниматология.
2011; 7 (6): 66—69.
44. Федотчева Н. И., Теплова В. В., Оленин А. Ю., Белобородова Н. В.
Метаболиты цикла трикарбоновых кислот при цитопатической ги
поксии. Рецепция и внутриклеточная сигнализация. Пущино; 2009:
634—638.
45. 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.
46. Теплова В. В., Федотчева Н. И., Белобородова Н. В. Роль циннамовой
и бензойных кислот в дисфункции митохондрий при сепсисе. Ре
цепция и внутриклеточная сигнализация. Пущино; 2009: 628—634.
47. Fedotcheva N. I., Kazakov R. E., Kondrashova M. N., Beloborodova N. V.
Toxic effects of microbial phenolic acids on the functions of mitochon
dria. Toxicol. Lett. 2008; 180 (3): 182—188.
48. Beloborodova N. V., Khodakova A. S., Olenin A. J. Are phenylcarboxylic
acids really markers in severe sepsis? Crit. Care. 2009; 13 (4): 41.
49. Beloborodova N. V., Khodakova A. S., Olenin A. Y., Ovseenko S. T.
Phenylcarboxylic acids in blood as new markers for sepsis diagnos
tics. Intensive Care Med. 2009; 35 (Suppl 1): S84.
50. Белобородова Н. В., Оленин А. Ю., Ходакова А. С. Патент «Способ
лабораторной диагностики сепсиса» №2423704 от 10. 07. 2011.
References
1. Beloborodova N. V., Osipov G. A. Small molecules originating from
microbes (SMOM) and their role in microbeshost relationship.
Microb. Ecol. Health Disease. 2000; 12: 12—21.
2. Beloborodova N.V., Osipov G.A. Homeostasis of small molecules origi
nating from microbes and its role in microbial relations with the host.
Vestnik RAMN. 1999; 7: 25—31. [In Russ.].
3. Khramykh T.P., Dolgikh V.T. Pathogenesis of intoxication in hemorrhag
ic hypotension (experimental study). Obshchaya Reanimatologiya.
2008; 4 (5): 36—39. [In Russ.].
4. Matveyeva E.Yu., Vlasenko A.V., Yakovlev V.N., Alekseyev V.G. Infectious
complications of central venous catheterization. Obshchaya
Reanimatologiya. 2011; 7 (5): 67—74. [In Russ.].
5. Moroz V.V., Churlyaev Yu.A. Secondary brain injuries in severe brain
injury. Moscow; 2006. 403. [In Russ.].
6. 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
7. Fedotcheva N.I., Teplova V.V., Beloborodova N.V. Involvement of pheno
lic acids originating from microbes in mitochoncrial dysfunction in sep
sis. Biologicheskiye Membrany. 2010; 27 (1): 60—66. [In Russ.].
8. Harbarth S., Haustein T. Year in review 2009: Critical Care — infection.
Crit. Care. 2010; 14 (6): 240—244.
9. 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—2329.
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 4 53
Фундаментальные основы анестезиологии!реаниматологии
10. Vincent J.-L., Abraham E. The last 100 years of sepsis. Am. J. Respir. Crit.
Care Med. 2006; 173 (3): 256—263.
11. Dolina O.A., Shrob L.O. Correction of immune disorders in patients
with abdominal sepsis. Obshchaya Reanimatologiya. 2011; 7 (1):
55—57. [In Russ.].
12. Lyte M. (ed.). Microbial endocrinology. USA: Springer Science+
Business Media; 2010: 323.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. Bäckhed 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.
20. 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.
21. Margelis L. The role of symbiosis in cell evolution. Moscow: Mir; 1983.
351.
22. Bukharin O.V., Gintsburg A.L., Romanova Yu.M., El-Registan G.I.
Mechanisms of bacterial survival. Moscow: Meditsina Publishers; 2005.
367. [In Russ.].
23. Beloborodova N.V., Vostrikova T.Yu. The specific features of the pharyn
geal microflora in children in intensive care units. Antibiotiki i
Khimioterapiya. 1998; 43 (8): 16—22. [In Russ.].
24. 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.
25. Beloborodova N.V., Arkhipova A.S., Beloborodov D.M., Boiko N.B., Melko
A.I., Olenin A.Yu. Chromatographic mass spectrometric determination
of lowmolecularweight compounds of microbial origin in the serum
from patients with sepsis. Klin. Lab. Diagnostika. 2006; 2: 3—6. [In
Russ.].
26. Beloborodova N.V., Khodakova A.S., Bairamov I.T., Olenin A.Yu. The
microbial pathway in the formation of phenylcarboxylic acids in the
human body. Biokhimiya. 2009; 74 (12): 1657—1663. [In Russ.].
27. Wishart D. 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., Shri vastava 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.
28. Razumovsky A.Yu., Rachkov V.E., Beloborodova N.V., Potapova T.V.,
Pozdorovkina V.V. The content of toxic metabolites of blood volatile fatty
acids and urinary indole in children with extrahepatic portal hypertension
after different bypass surgeries. Annaly Khirurgii. 1998; 6: 50—54. [In Russ.].
29. Beloborodova N.V., Beloborodov S.M. Metabolites of anaerobic bacteria
(volatile fatty acids) and macroorganism responsiveness. Antibiotiki i
Khimioterapiya. 2000; 2 (45): 28—36.
30. Ktsoyan Zh.A., Osipov G.A., Sarkisyan N.N., Karagezyan K.G. The spec
trum and level of lowmolecularweight compounds of microbial origin in
periodic disease. Vestnik RAMN. 2002; 2: 41—45. [In Russ.].
31. Istratov V.G., Kuleshov S.S., Makarova A.V. Chromatographic mass spec
trometric study of toxic metabolites from anaerobes in nonclostridial
anaerobic infection. Rany i Ranevaya Infektsia. Moscow; 1988. 223—224.
[In Russ.].
32. Beloborodova N.V., Bairamov I.T., Olenin A.Yu., Fedotcheva N.I.
Exometabolites from some anaerobic microorganisms of the human
microflora. Biomeditsinskaya Khimiya. 2011; 57 (1): 95—105. [In Russ.].
33. 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
34. Beloborodova N.V., Olenin A.Yu., Khodakova S.S., Chernevskaya E.A.,
Khabib O.N. The origin and clinical value of lowmolecularweight phe
nolic metabolites in human serum. Anesteziologiya i Reanimatologiya.
2012; 5; 37—41. [In Russ.].
35. 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.
Gastroenterologiya Sankt-Peterburga. 2009; 4: 17.
36. 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 pre
dicted severe acute pancreatitis: a randomised, doubleblind, place
bocontrolled trail. Lancet. 2008; 371 (9613): 651—659.
37. 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.
38. Vella A., Farrugia G. Dlactic acidosis: pathologic consequence of sapro
phytism. Mayo Clin. Proc. 1998; 73 (5): 451—456.
39. 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.
40. 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.
41. 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.
42. Livanov G.A., Aleksandrov M.V., Vasilyev S.A., Batotsyrenova Kh.V.,
Batotsyrenov B.V., Lodyagin A.N., Lutsyk M.A., Nosov A.V. Metabolic
desynchronization in critical conditions. Obshchaya Reanimatologiya.
2006; 2 (1): 42—46. [In Russ.].
43. Danilov I.A., Ovechkin A.M. Multiple organ dysfunction: the stateof
theart and current treatments using lowcurrent membrane technolo
gies. Obshchaya Reanimatologiya. 2011; 7 (6): 66—69. [In Russ.].
44. Fedotcheva N.I., Teplova V.V., Olenin A.Yu., Beloborodova N.V.
Tricarboxylic acid cycle metabolites in cytopathic hypoxia. Retseptsiya i
Vnutrikletochnaya Signalizatsiya. Pushchino; 2009. 634—638. [In Russ.].
45. 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.
46. Teplova V.V., Fedotcheva N.I., Beloborodova N.V. Role of cinnamic and
benzoic acids in mitochondrial dysfunction in sepsis. Retseptsiya i
Vnutrikletochnaya Signalizatsiya. Pushchino; 2009. 628—634. [In
Russ.].
47. Fedotcheva N. I., Kazakov R. E., Kondrashova M. N., Beloborodova N. V.
Toxic effects of microbial phenolic acids on the functions of mitochon
dria. Toxicol. Lett. 2008; 180 (3): 182—188.
48. Beloborodova N. V., Khodakova A. S., Olenin A. J. Are phenylcarboxylic
acids really markers in severe sepsis? Crit. Care. 2009; 13 (4): 41.
49. Beloborodova N. V., Khodakova A. S., Olenin A. Y., Ovseenko S. T.
Phenylcarboxylic acids in blood as new markers for sepsis diagnos
tics. Intensive Care Med. 2009; 35 (Suppl 1): S84.
50. Beloborodova N.V., Olenin A.Yu., Khodakova A.S. Patent «A laboratory
diagnosis of sepsis» No. 2423704 dated July 10, 2011. [In Russ.].
Поступила 29.05.12
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2012, VIII; 454
www.niiorramn.ru
... Пользу при этой форме симбиоза извлекает как человек, так и его микробиота [16]. В рамках метаболической интеграции человек получает от микробиоты ключевые метаболиты, не только поддерживающие его энергетический баланс (прежде всего, короткоцепочечные жирные кислоты), но и активно участвующие в регуляции экспрессии его генов, нейротрансмиссии, иммуномодуляции и других регуляторных и сигнальных процессах [17][18][19][20][21][22][23][24][25] . Сложная система метаболического взаимодействия человека и микробиоты хорошо описывается осью «микробиота — кишечник — мозг», включающей в себя эндокринные, иммунные и нейрогуморальные пути [23, 26, 27]. ...
Article
Full-text available
Existing methods of clustering of gut microbiota (enterotypes, clusters, gradients), as well as the term ‘phylogenetic core’ do not reflect its functional activity. The authors propose to describe the key microbiota using term ‘phylometabolic core of intestinal microbiota’, which more accurately reflects the functional importance of metabolically active microbiota. Phylometabolic core includes functional groups of microorganisms that perform similar metabolic functions: butyrate-producing bacteria, propionate-producing bacteria, acetate-producing bacteria (acetogens), hydrogenotrophic microorganisms (reductive acetogens, sulfate-reducing bacteria, methanogens), lactate-producing and lactate-utilizing bacteria, bacteria involved in bile acids metabolism, bacteria that metabolize proteins and amino acids, vitamin-producing microorganisms, oxalate-degrading bacteria and others. The hypothesis that disturbance of microbial metabolism is the root of many human diseases is discussed. The microbial dysmetabolism leads to the metabolic dysbiosis (a particular form of dysbiosis) that is primarily characterized by metabolic abnormalities (e.g. serum, urinary, fecal or exhaled air). Metabolic dysbiosis is not necessarily accompanied by appreciable quantitative and/or qualitative changes in microbiota composition that called taxonomic dysbiosis. Since in the metabolic dysbiosis metabolic pathways can be switched only, it means the need for completely different approaches to its assessment using metabolomics (metabolic fingerprinting, metabolic profiling, meta-metabolomics). Metabolites concentrations in colon (feces, biopsy samples), blood (serum, plasma), urine or exhaled air, as well as metabolic profiles of examined substrates can serve as biomarkers. The main clinical variants of metabolic dysbiosis are due to the disturbances in microbial synthesis of short-chain fatty acids (primarily butyrate and propionate) and due to increasing bacterial production of hydrogen sulfide, ammonia and secondary bile acids (particularly deoxycholic acid). These kinds of metabolic dysbiosis can eventually lead to inflammatory bowel disease (IBD) or colorectal cancer (CRC). The metabolic dysbiosis due to bacterial choline dysmetabolism followed by overproduction of trimethylamine (TMA), atherogenic precursor of trimethylamine N-oxide (TMAO), is associated with atherogenesis and increased risk of cardiovascular disease. Dysmetabolism of aromatic amino acids leads to changes in the microbial production of phenylalanine and tyrosine derivatives (phenyl carboxylic acid, p-cresol) and tryptophan indole derivatives (indole carboxylic acid, indole) and contributes to pathogenesis in IBS, IBD, CRC, chronic liver and kidney diseases, cardiovascular diseases, autism and schizophrenia. Metabiotics, a new class of therapeutic agents, e.g. based on microbial metabolites, can correct metabolic dysbiosis, prevent diet- and microbiota-related diseases and increase the effectiveness of treatment. Keywords: biomarkers of intestinal dysbiosis, butyrate, colonic metabolome, functional groups of microorganisms, gut microbiota, metabiotics, metabolic dysbiosis, metabolites, phylometabolic core of intestinal microbiota, propionate, short-chain fatty acids. Существующие методы группирования микробиоты кишечника (энтеротипы, кластеры, градиенты) не отражают ее функциональную активность. Для обозначения ключевой микробиоты предлагается более широко использовать термин «филометаболическое ядро микробиоты». Филометаболическое ядро включает в себя функциональные группы микроорганизмов, выполняющие сходные метаболические функции: бутират-продуцирующие бактерии, пропионат-продуцирующие бактерии, ацетат-продуцирующие бактерии (ацетогены), микроорганизмы, утилизирующие водород, или гидрогенотрофы (редуктивные ацетогены, сульфат-редуцирующие бактерии, метаногены), лактат-продуцирующие и лактат-утилизирующие бактерии, бактерии, метаболизирующие желчные кислоты, бактерии, метаболизирующие белки и аминокислоты, микроорганизмы, участвующие в биосинтезе витаминов, оксалат-утилизирующие бактерии и другие. Обсуждается гипотеза о том, что в основе многих хронических заболеваний человека лежат нарушения микробного метаболизма, приводящие к развитию метаболического дисбиоза, проявляющегося, прежде всего, метаболическими изменениями (в сыворотке крови, моче, кале, выдыхаемом воздухе). Метаболический дисбиоз не всегда сопровождается значимыми изменениями качественного и/или количественного состава микробиоты, то есть таксономическим дисбиозом, что означает необходимость применения метаболомных подходов к его диагностике (фингерпринтинг, метаболическое профилирование, мета-метаболомика). Биомаркерами метаболического дисбиоза могут служить как сами метаболиты, вернее, их концентрации в кишечнике (кал, биоптаты слизистой оболочки), крови (сыворотка, плазма), моче или выдыхаемом воздухе, так и метаболомные (метаболические) профили исследуемых субстратов. Важнейшие клинические варианты метаболического дисбиоза связаны с нарушением микробного синтеза короткоцепочечных жирных кислот (бутират, пропионат) и повышением продукции сероводорода, аммиака и вторичных желчных кислот (прежде всего, дезоксихолевой), что может иметь патогенетическое значение в развитии воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) и колоректального рака (КРР). Нарушения бактериального метаболизма холина, сопровождающиеся гиперпродукцией триметиламина (ТМА) – прекурсора атерогенного триметиламин-N-оксида (TMAO), можно охарактеризовать как метаболический дисбиоз, связанный с атерогенезом и повышенным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний. Дисметаболизм ароматических аминокислот приводит к изменению микробной продукции производных фенилаланина и тирозина (фенилкарбоновые кислоты, паракрезол) и индольных производных триптофана (индолкарбоновые кислоты, индол), участвующих в патогенезе СРК, ВЗК, КРР, хронических заболеваний печени и почек, сердечно-сосудистых заболеваний, аутизма и шизофрении. Обсуждаются перспективы коррекции метаболического дисбиоза и повышения эффективности профилактики и лечения заболеваний, связанных с нарушениями питания и микробиоценоза кишечника, с помощью принципиально нового класса терапевтических агентов – метабиотиков, например, на основе бактериальных метаболитов. Ключевые слова: биомаркеры дисбиоза кишечника, бутират, короткоцепочечные жирные кислоты, метабиотики, метаболиты, метаболический дисбиоз кишечника, метаболом кишечника, микробиота кишечника, пропионат, филометаболическое ядро микробиоты, функциональные группы микроорганизмов.
... У больных серповидно-клеточной анемией и бета-талассемией бутират способен увеличивать уровни продукции фетального гемоглобина за счет изменения эпигенетических механизмов экспрессии фетального гена, ответственного за указанный процесс [22] . Избыточное количество КЦЖК, образующееся анаэробными бактериями в абсцессах внутренних органов, абдоминальном , гинекологическом сепсисе нередко поступают из очагов в кровь, внутренние органы человека, что сопровождается подавлением иммунореактивности , вплоть до развития иммунопаралича, ведущему к неблагоприятному исходу основного заболевания [71]. ...
... С позиций кибернетики устойчивый симбиоз возможен только тогда, когда обмен пищевыми субстратами дополняется регуляторным диалогом между участниками симбиоза. Человек, по сути, «сотрудничает» с микробиотой, используя механизмы метаболической интеграции — явления , существование которого сравнительно недавно было постулировано отечественными учеными на основании многолетних исследований в области медицины критических состояний [13] . Микробиота не только поставляет человеку питательные вещества (в том числе и те, которые он не способен синтезировать самостоятельно), но и воздействует на хозяина при помощи регуляторных механизмов, вызывая соответствующие изменения в его метаболизме и даже морфологические изменения органов и тканей. ...
Article
Full-text available
The paper discusses the concept of the superorganism of man and his microbiota. A unique and little-known details regarding mutualistic relationship of the host and its microbiome are represented. The main metabolic effects of the gut microbiota of the intestine are described. The use of microbial metabolites as autoregulatory substances in experiments and in clinical practice is discussed. Authors propose an innovative concept of controlled microbiocenosis as a main goal and a priority task of the development of clinically effective probiotics and metabolite preparations (metabiotics).
Article
Full-text available
Objective: to reveal the toxicity of unpaired abdominal organs and portal venous blood, which would appraise the actual contribution of each organ to the development of endotoxemia in the presence of hemorrhagic hypotension. Materials and methods: experiments were carried out on 50 outbred albino male rats and hemorrhagic hypotension was simulated in 40 animals. Following 15, 30, and 60 min and 2 hours, the liver, spleen, and intestine were taken and used to prepare homogenates whose toxicity was studied by the procedure developed by N. I. Gabriyelyan et al. The levels of oligopeptides (OP) were measured in the portal venous blood by the Lowry method and those of low and median molecular-weight substances (LMMWS) were separately determined in the whole blood and plasma by chemiluminescence. The significance of mean value differences was determined using the paired Student test and the unpaired Wilcoxon test. Results. The maximum LMMWS increment was established to be in the homogenates of the bowel, its large portion in particular. However, a decrease in LMMWS levels was revealed in later periods, which was indicative of a rapid intestinal adaptation to hypoperfusion. The progressive rise in the portal venous blood concentrations of LMMWS and OP was caused by altered intestinal wall permeability and bacterial translocation, followed by hepatic damage with the substantial activation of the prooxidative system and with the concurrent decrease in the antioxidative activity, as well as in the phagocytic activity of leukocytes. The spleen and liver showed the increased compensatory biotransformation of endotoxins and their elimination from the body. In the late periods, these organs acted as a source of LMMWS. At the same time, no rise and a further reduction in leukocytic phagocytic activity suggest that the latter is inhibited by portal venous blood toxins. Conclusion: Evaluation of the time course of changes in the values of intoxication, the rate of free radical oxidation processes, the phagocytic activity of leukocytes, as well as the relationship of these parameters are of practical value for the determination of further prognosis in hemorrhagic hypotension. Key words: hemorrhagic hypotension, low and median molecular-weight substances, oligopeptides, free radical oxidation, portal vein.
Article
Full-text available
Objective. To conduct an experimental study of the impact of the time of administration of succinic acid preparations on central nervous system (CNS) function and gas exchange while simulating metabolic therapy for severe poisoning by ethyl alcohol. The study was performed on 74 male albino rats weighing 140?180 g. Acute severe and very severe intoxication was simulated, by intraabdominally administering 30% ethanol to the rats. Cytoflavin was used to simulate experimental therapy. The rate of gas exchange was estimated by the oxygen uptake determined by the closed chamber method in a Regnault apparatus (Germany). Spontaneous bioelectrical activity was recorded in the frontooccipital lead by the routine procedure. External pain stimulation and rhythmical photostimulation were employed to evaluate cerebral responsiveness. Heterodirectional EEG changes in the ?early? and ?late? administration of succinate were not followed by the similar alterations of gas exchange: oxygen consumption in both the ?early? and ?late? administration of succinate remained significantly lower than in the control animals. With the late administration of succinate to the animals with mixed (toxic and hypoxic) coma, the so-called discrepancy between the noticeably increased energy production and brutally diminished metabolism occurred. It may be just the pathological mechanism that was the basis for higher mortality in the late succinate administration group. The findings and their analysis make it possible to advance a hypothesis that succinate may cause metabolic desynchronization if activation of metabolic processes takes place under severe tissue respiratory tissue depression. In these cases, there is a severe damage to tissue and chiefly the brain. This manifests itself as EEG epileptiform activity splashes preceding the animals? death. Therefore, resuscitation aimed at restoring the transport of oxygen and its involvement in tissue energy processes should be followed by the administration of succinic acid preparations. The drug of this kind is now perfluorane, as demonstrated by experimental and clinical studies. It should be noted that the more potent a metabolic agent is, the more strictly the rules of its use should be observed.
Article
Full-text available
The extensive introduction of invasive diagnosis and treatment methods into medical practice is inseparably linked with the necessity of catheterizing the vessels to monitor patient status and to administer medications and other agents into the vascular bed. This results in increased number of cases of catheter-related blood stream infections, which are more than 60% of hospital-acquired bacteremias and 11?37% of all nosocomial infections in Europe. The association of sepsis with an infected catheter is 20?29 to 55%. No specific clinical manifestations of catheter septicemia (and hence its late diagnosis and delayed treatment) and difficulties in identifying a venous catheter as a source of a septic process make it necessary to pay particular attention to the prevention of infectious complications both when placing a central venous catheter and when applying a venous access. Various preventive measures have been developed to reduce the incidence of infections. The measures decreasing catheter-site or infusion system colonization are most effective. Key words: puncture, catheterization, venous access, central venous catheter, colonization, infection, nosocomial infections, catheter-related blood stream infections, septicemia, catheter sepsis.
Article
Full-text available
Objective: to estimate the diagnostic value of cerebral oximetry during cardiosurgical operations and to elaborate principles of the prevention of postperfusion neurological dysfunction. Subjects and methods. Four hundred and sixty-one patients operated on under extracorporeal circulation (EC) were examined. Cerebral oxygenation (CO) was monitored in all the patients. Pre-, intra-, and postoperative data were analyzed. Results. Two groups of patients were identified: 1) 148 patients with a reduced CO of lower than 45% during EC and 2) 313 patients without reduced CO. Group 1 was found to have lower preoperative levels of hemoglobin and packed cell volume and baseline reduced bilateral CO, more frequent concomitant brachiocephalic artery (BCA) stenoses of more than 50%, more detectable dyscirculatory encephalopathy (DEP) in the history. Group differences were found in the level of hemoglobin and packed cell volume, oxygen delivery, and PaCO2 during EC and there was a relationship of the rate of CO reductions to the type of cardioplegia. There were also group differences in the magnitude of CO reduction versus the baseline levels. In the postoperative period, encephalopathy (EP) was manifested in 24 (16.3%) and 12 (3.8%) patients in Groups 1 and 2, respectively (p<0.05). Decreased CO during EC was noted in 66.7% of the patients with postoperative EP. Conclusion. It is expedient to monitor CO at surgery with EC. A less than 45% decrease in CO, as well as its more than 20% reduction of the outcome levels during EC is a reliable predictor for the development of postoperative EP. The patients with preoperative anemia, concomitant BCA stenoses of more than 50%, manifestations of DEP in the history, as well as those with a baseline decreased CO of less than 70% were referred to as a group at risk for postoperative EC. Significant hemodilution and hypocapnia should be avoided in these patients during EC and preference be also given to blood cardioplegia. Key words: extracorporeal circulation, cerebral oximetry, neurological dysfunction, cerebral oxygenation.
Article
Full-text available
A hypothesis proposed, according to which non-specific purulent-inflammatory processes are mainly caused by disturbances at low-molecular level —i.e. by small molecules originating from microbes (SMOM), while SMOM homeostasis decompensation takes the leading role in complex polyfactorial pathogenesis of sepsis. The hypothesis is logically justified by understanding the reasonableness for creation within the ontogenesis the system of signal molecules, which would serve as mediators for informational exchange between microorganisms and host's cells. To check this hypothesis we've studied blood of 25 healthy donors and 161 patients with various conditions (peritonitis, endocarditis, infections of urinary tract etc.) using Gas chromatography-Mass spectrometry. In all cases we detected SMOMs-fatty acids (hydroxy-acids, branched, unsaturated and cyclopropanoic acids), aldehydes, alcohol's and phenyl-carbonic substances, that are never normally synthesized by mammals, but are structural components or metabolites of microorganisms. The quantitative and qualitative characteristics of SMOMs varied significantly in patients from those of healthy people. Substances of low molecular weight — that are the structural components of normal endogenous microflora and dominate in blood of healthy people — have disappeared or were present in very low quantities. Meanwhile concentration of bacterial molecules that are rarely found in healthy persons, has increased by 10–100 times. Other SMOMs, never present in healthy people, were also found. The data obtained stand pro the hypothesis on constant presence of SMOMs in blood of healthy and ill individuals and allow to formulate the Concept on Homeostasis of small molecules originating from microbes; serious break up of this homeostasis (decompensation of SMOM homeostasis) serves as inductor of general inflammatory response, septic shock and multisystem organ failure.
Book
Microbial endocrinology represents a newly emerging interdisciplinary field that is formed by the intersection of the fields of neurobiology and microbiology. It is the intent of this book to introduce a new perspective to the current understanding not only of the factors that mediate the ability of microbes to cause disease, but also to the mechanisms that maintain normal homeostasis. The discovery that microbes can both synthesize and directly respond to neuroendocrine hormones provides for a new framework with which to investigate how microorganisms interface not only with vertebrates, but also with invertebrates and even plants. The reader will learn that neuroendocrine hormones, most commonly associated with mammals, are actually found throughout the plant, insect and microbial kingdoms to an extent that will undoubtedly surprise many, and most importantly, highlight how interactions between microbes and neuroendocrine hormones influence health and the pathophysiology of infectious disease. This book will lead its readers to the understanding that through eons of association with eukaryotic organisms, bacteria have evolved specific detection systems for neuroendocrine hormones, which they utilize not only to "sense" their environment, but also to co-op products of neurophysiological responses for their own survival. © Springer Science+Business Media, LLC 2010. All rights reserved.
Article
Some bacterial pathogens directly respond to stress-induced neuroendocrine hormones, reacting to stress in parallel to host immune cells. • When catecholaminergic nerves within the gut release norepinephrine, the local population of gram-negative bacteria, mainly Escherichia coli, increases by as much as 105-fold. • Because catecholamines enhance bacterial attachment to plastics and thereby biofilm formation, we should consider such drug side effects when treating patients in intensive care units or similar settings. • Stress hormones not only enhance growth, but also modulate expression of virulence-associated genes in some bacterial pathogens. • Because bacteria both produce and respond to neuroendocrine hormones, understanding how these factors influence particular pathogens could lead to new ways of preventing infectious diseases.
Article
D-lactic acidosis is a rare complication of short bowel syndrome. Clinically there are episodes of encephalopathy and metabolic acidosis with an increased anion gap. Formation of D-lactic acid by the abnormal gut flora, together with its impaired metabolism results in its accumulation and subsequent effect on the central nervous system. In this article we reported a boy with short bowel syndrome and D-lactic acidosis provoked by ingestion of probiotics. The probiotics are in the form of capsules and probiotic- containing formula. We had also reviewed the paediatric cases of D-lactic acidosis and discussed its biochemistry, pathogenesis, clinical features, diagnosis and treatment. With more understanding of its mechanism, we stated that D-lactic acidosis can be treated as well as provoked by probiotics.