Введение

Синдром мультиорганной дисфункции (Multiple Organ Dysfunction Syndrome — MODS) — это потенциально обратимое физиологическое расстройство двух или более систем органов, не вовлеченных в патологический процесс. MODS приводит к более длительному пребыванию в отделениях реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) и в тяжелых случаях к смерти (27—100%). Пациенты в ОРИТ неоднородны и поступают с различными и часто не связанными между собой состояниями, однако для некоторых пациентов MODS является конечным патогенетическим путем, ведущим к летальному исходу [1].

Что именно инициирует каскад событий, обусловливающих MODS, является предметом споров. Однако высказано предположение, что расстройства желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) могут играть центральную роль. У пациентов ОРИТ расстройства со стороны ЖКТ могут быть следствием многих факторов: системной провоспалительной реакции, повышения циркулирующих медиаторов воспаления, нарушения регуляции висцерального кровотока и гипоперфузии слизистой оболочки кишечника, нарушения перистальтики кишечника, избыточного роста патогенных бактерий — возбудителей нозокомиальной инфекции [2, 3].

В ОРИТ у пациентов, находящихся в тяжелом состоянии, развиваются изменения со стороны различных систем организма, в том числе иммунная система реагирует выработкой эндогенных провоспалительных медиаторов. Кроме того, из-за нарушений микроциркуляции, ишемии и гипоксии стенки кишечника, усугубляемой в некоторых случаях повышением уровня интраабдоминального давления, увеличивается проницаемость кишечной стенки, нарушается ее барьерная функция. Вследствие этого бактерии и/или их эндотоксины проникают через поврежденный слизистый барьер кишечника (бактериальная транслокация) и еще больше усиливают иммунный ответ, который становится системным и в конечном счете приводит к мультиорганной дисфункции [4, 5].

У пациентов в тяжелом состоянии возникают нарушение микроциркуляции, дальнейшая ишемия и гипоксия кишечной стенки, чередуемые с реперфузией, что приводит к повреждению слизистой оболочки кишечника и в первую очередь наиболее чувствительных к гипоксии ворсинок кишечника. Данные изменения активируют каскад иммунных реакций: систему комплемента, хемотаксис, миграцию нейтрофилов, макрофагов, лимфоцитов в участки ишемии кишечника, что усугубляет нарушение микроциркуляции, нарастание ишемии и гипоксии слизистой оболочки кишечника (1-й порочный цикл). Гипоперфузия, ишемия, последующая реперфузия приводят к окислительному стрессу, который ведет к гибели энтероцитов, нарушению межклеточных плотных соединений, увеличению проницаемости кишечной стенки. В результате повреждения слизистой оболочки кишечника вредоносные биомолекулы DAMPS (Danger-associated molecular patterns) выделяются в брыжеечные лимфатические сосуды, затем переносятся в легкие и системный кровоток. Эти вещества распознаются клетками врожденного иммунитета (макрофагами, дендритными клетками), а также фибробластами, эпителиальными клетками, в итоге активируется синдром системного воспалительного ответа (systemic inflammatory response syndrome — SIRS) с последующей мультиорганной дисфункцией, что, в свою очередь, снова усугубляет повреждения кишечного барьера (2-й порочный цикл) [4] (рис. 1). В результате данных порочных циклов все больше повреждается слизистая оболочка кишечника, что приводит к усилению транслокации кишечной микрофлоры, развитию мультиорганной дисфункции и септических осложнений [6].

Рис. 1. Патофизиологические аспекты синдрома мультиорганной дисфункции (MODS) у пациентов, находящихся в критическом состоянии в отделениях реанимации и интенсивной терапии [4].

Исходя из этого, ключевым механизмом усиленной системной воспалительной реакции, приводящей к мультиорганной дисфункции, принято считать феномен бактериальной транслокации [4, 7]. На сегодняшний день актуальны не только определение самой транслокации кишечной микрофлоры, но и оценка изменений проницаемости стенки кишечника, так как повышение проницаемости и приводит к усилению транслокации. В качестве биомаркеров повреждения кишечной стенки и нарушения кишечного барьера исследователи предлагают такие потенциальные маркеры, как зонулин, цитруллин, кишечный белок, связывающий жирные кислоты, регенерирующий белок островкового происхождения 3-альфа, D-лактат, аргинин, тирозин, клаудин-2, клаудин-3, лактулоза/маннит, фекальный кальпротектин, фактор трилистника 3, альфа-актин гладких мышц, основной мочевой метаболит простагландина E2 (PGE-MUM), летучие органические соединения в стуле и многие другие.

В данном обзоре рассмотрены механизмы нарушения кишечного барьера, а также наиболее перспективные биомаркеры повреждения кишечной стенки, определяемые в сыворотке крови: зонулин (zonulin), кишечный белок, связывающий жирные кислоты (Intestinal fatty acidbinding protein — I-FABP), регенерирующий белок островкового происхождения 3-альфа (Regenerating islet-derived 3-alpha — REG3α), цитруллин (citrulline).

Поиск публикаций в базе данных Scopus проведен по ключевым словам: «multiple organ dysfunction syndrome», «intestinal wall damage», «intestinal permeability», «I-FABP», «REG3α», «zonulin», citrulline». В результате данного поиска выявлены 734 публикации, из них на английском и русском языках за последние 10 лет опубликованы 569 статей и обзоров. Полнотекстовых публикаций, принятых на проверку, было 112, из них включенных в исследование — 53, а также в ходе изучения материала добавлены 6 статей, опубликованных с 2000 г. В итоге качественному анализу подверглись 59 публикаций.

Нарушение барьерной функции слизистой оболочки кишечника

Известно о четырех механизмах, связанных с нарушением кишечного барьера: это разрушение защитного слизистого слоя, снижение иммунитета слизистой оболочки, увеличение параклеточной проницаемости и нарушение целостности самих энтероцитов.

Первая линия защиты от бактериальной инвазии — это слизистая оболочка кишечника, она содержит муцин и антимикробные пептиды. Слизь, продуцируемая бокаловидными эпителиальными клетками кишечника, образует толстый непрерывный слой, который препятствует проникновению бактерий через кишечную стенку. Слизистые выделения богаты секреторным IgA, который нейтрализует токсины и микроорганизмы, предотвращает их адгезию и колонизацию. Toll-подобные рецепторы на поверхности энтероцитов реагируют на патогены и активируют иммунную защиту. В нормальных условиях, как только патогены проходят через слизистые и эпителиальные барьеры, они подвергаются фагоцитозу макрофагами [8].

Эпителиальный слой слизистой оболочки кишечника представляет собой однослойный цилиндрический эпителий, который постоянно обновляется, в его состав входят столбчатые эпителиоциты с каемкой из микроворсинок, бокаловидные клетки, эндокриноциты, клетки Панета, недифференцированные клетки в основании крипт. В местах соединения между эпителиальными клетками, в апикальной части, находятся плотные соединения, а под ними располагаются соединения адгезивов. Плотные соединения состоят в основном из белков, таких как клаудины и окклюдины, они удерживают эпителиальные клетки вместе и ограничивают проход ионов, молекул и клеток через параклеточное пространство [9]. R.J. Anand и соавт. в своей работе показали, что увеличение выделения оксида азота во время воспалительного ответа изменяет экспрессию белков плотного соединения, что приводит к повышению проницаемости кишечной стенки [10].

Бактериальная транслокация происходит двумя путями — трансклеточным и параклеточным; они могут быть задействованы по отдельности или в комбинации.

1. Трансклеточный путь находится под контролем энтероцитарных каналов и мембранных насосов. Он включает в себя транспортировку веществ с использованием первичного и вторичного активного транспорта через апикальную и базолатеральную мембраны эпителиальных клеток кишечника.

2. Параклеточный путь проходит через плотные эпителиальные соединения, которые открываются и закрываются в ответ на различные стимулы, такие как состав потребляемой пищи, гуморальные или нейрональные сигналы, медиаторы воспаления, а также различные микробные агенты и их метаболиты. Транслокация параклеточным путем происходит из-за разрушения плотных соединений и зависит от прямого повреждения цитоскелета энтероцитов, состоящих из актиновых филаментов и микротрубочек [11] (рис. 2).

Рис. 2. Схематическое изображение прохождения бактерий через кишечный барьер трансклеточным и параклеточным путями [13].

Как упоминалось выше, нарушения микроциркуляции слизистой оболочки кишечника приводят к гипоперфузии, отеку слизистой оболочки, ее ишемии, увеличению свободных кислородных радикалов, разрушающих цитоскелет слизистой оболочки, что обусловливает нарушение целостности кишечного барьера и последующую бактериальную транслокацию [12]. Сегодня ряд ученых считают, что транслокация кишечных бактерий является пусковым механизмом для возникновения и усиления SIRS, который может привести к развитию мультиорганной дисфункции, септических осложнений и летальному исходу [4, 7, 8].

Биомаркеры дисфункции и повышенной проницаемости кишечного барьера

Зонулин

Исследования в ходе разработки вакцины против холерного вибриона привели к открытию zonula occludens toxin (Zot) — энтеротоксина, который способен обратимо открывать плотные эпителиальные соединения путем полимеризации актина с участием протеинкиназы C. Ученые предположили, что Zot имитирует эндогенный белок, регулирующий плотные контакты кишечной стенки [13].

Зонулин, впервые описанный в 2000 г. A. Fasano и соавт., представляет собой белок, играющий значительную роль в проницаемости стенки кишечника [14]. Он открывает плотные эпителиальные соединения между клетками двенадцатиперстной и тонкой кишки, что приводит к увеличению проницаемости кишечной стенки. Чтобы приступить к «разборке» плотных соединений, предполагается, что зонулин активирует рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) посредством рецептора 2, активируемого протеиназой (PAR2). Активация этих двух рецепторов снижает трансэпителиальное электрическое сопротивление, что влечет за собой повышение проницаемости стенки кишечника [15]. Поэтому зонулин сыворотки крови принято считать биомаркером стабильности плотных контактов и целостности парацеллюлярного барьера [16].

Исследователи подтвердили повышение содержания зонулина в сыворотке крови при различных заболеваниях, сопровождаемых нарушением проницаемости кишечной стенки: это целиакия, воспалительные заболевания кишечника, синдром раздраженного кишечника, ожирение, сахарный диабет, ВИЧ, а также COVID-19 [13, 17—21]. При этом высокие уровни сывороточного зонулина во время тяжелого течения COVID-19 коррелировали с показателем смертности.

Что касается пациентов с сепсисом, то у них уровни зонулина в сыворотке крови также были повышены [22]. Послеоперационная септицемия остается частым осложнением, несмотря на достижения в хирургической технике и периоперационном уходе. Высказано предположение, что зонулин может быть ключевым фактором, способствующим послеоперационной септицемии. Исследователи предположили, что лечение пробиотиками коррелирует со снижением уровня зонулина в сыворотке крови и может уменьшить риск развития послеоперационного сепсиса [23].

В дополнение к предыдущим исследованиям показано, что уровень зонулина в сыворотке крови был значительно повышен у пациентов с бактериемическим сепсисом, вне зависимости от генеза сепсиса, абдоминального и неабдоминального. Авторы отметили, что уровни зонулина значительно различались у выживших и пациентов с летальным исходом, коррелировали с показателями APACHE II, qSOFA и концентрацией эндотоксина в сыворотке крови, а также что зонулин играет прогностическую роль в отношении 28-дневной смертности. Пороговое значение зонулина в сыворотке крови для прогнозирования смертности, продемонстрированное в результате ROC-анализа, было выше 1,5 нг/мл [24].

Эти данные позволяют предположить, что повышенное высвобождение зонулина из энтероцитов приводит к миграции бактерий через эпителий, что может вызывать мультиорганную дисфункцию и сепсис [25]. Результаты исследований указывают на то, что зонулин в сыворотке крови может использоваться в качестве надежного и раннего маркера дисфункции кишечного барьера.

Кишечный белок, связывающий жирные кислоты

I-FABP — это цитозольный протеин с молекулярной массой 14 кДа, специфичный для зрелых энтероцитов тонкой кишки. I-FABP играет роль во внутриклеточном транспорте жирных кислот во время абсорбции липидов [26]. Низкие уровни I-FABP могут быть обнаружены в крови вследствие постоянного выделения данного белка зрелыми энтероцитами как часть нормального гомеостаза кишечника, тогда как при повреждении энтероцитов, разрушении их мембраны уровни I-FABP в крови будут значительно повышены [16, 27].

В ряде исследований отмечено, что I-FABP был умеренно чувствительным, но высокоспецифичным биомаркером для диагностики некротического энтероколита. Уровень I-FABP коррелировал с тяжестью течения и клиническими исходами у пациентов с целиакией, язвенным колитом, болезнью Крона, мезентериальной ишемией, острым панкреатитом, менингококцемией, травмами брюшной полости, геморрагическим шоком, кардиогенным шоком, острой сердечной недостаточностью, в остром периоде ожоговой болезни, у ВИЧ-инфицированных, при остановке сердечной деятельности, после кардиохирургических операций, при критических состояниях и септическом шоке у пациентов ОРИТ [20, 28—36].

Высокие уровни I-FABP в плазме крови связаны со значительно более высокой смертностью в группе пациентов с COVID-19 и сепсисом [37]. Показано также, что уровень I-FABP в сыворотке коррелирует с общими показателями тяжести, такими как APACHE II и SOFA [38]. Уровни I-FABP у пациентов при поступлении в отделение интенсивной терапии связаны с 28-дневной смертностью и частотой неокклюзионной мезентериальной ишемии. Исследователи предположили, что у пациентов с септическим шоком повреждение энтероцитов могло быть связано с чрезмерным положительным балансом жидкости в раннем периоде после поступления в отделение интенсивной терапии [39].

Повышение уровня I-FABP в плазме более 100 пг/мл свидетельствует об острой мезентериальной ишемии и некрозе энтероцитов, при этом чувствительность составила 79,0%, а специфичность — 91,3% [35]. Получены доказательства того, что I-FABP как маркер очень чувствителен, так как его можно обнаружить на ранней стадии ишемии тонкой кишки, даже когда гистологические повреждения незначительны [27, 40].

Все эти особенности I-FABP как цитозольного белка с низкой молекулярной массой, его обильной и специфической локализацией в эпителии кишечника делают его достаточно пригодным в качестве маркера повреждения кишечной стенки. Точность диагностики повреждения кишечной стенки может повыситься, если I-FABP используют в сочетании с другими биомаркерами. Однако неясно, может ли определение уровня I-FABP в сыворотке крови дифференцировать ишемию тонкой и толстой кишки или определять степень ишемии кишечника. Ограниченные данные, основанные на небольших исследованиях, свидетельствуют о необходимости решения поставленных вопросов и дальнейшей оценки надежности данного маркера, поэтому нужны более крупные и хорошо спланированные исследования [41].

Регенерирующий белок островкового происхождения 3-альфа

Эпителиальные клетки крипт тонкой кишки (клетки Панета) играют важную роль в гомеостазе стволовых клеток кишки, развитии микробиома и защите хозяина от кишечных патогенов [42]. Клетки Панета важны, поскольку они синтезируют и секретируют антимикробные пептиды в тонкой кишке и их дисфункция может повысить восприимчивость к инфекциям [43—46]. Относительно недавно обнаруженный REG3α представляет собой антимикробный пептид лектина типа C, продуцируемый и секретируемый клетками Панета в просвет кишечника, который помогает сдерживать бактериальную инфекцию путем связывания с пептидогликанами в клеточной стенке некоторых бактерий и обладает способностью уничтожать некоторые грамположительные бактерии [47]. REG3α также помогает поддерживать целостность кишечного барьера за счет уменьшения апоптоза эпителиальных клеток кишечника [48]. Когда целостность кишечного эпителиального барьера нарушается, REG3α проникает через эпителий, перемещается в собственную пластинку слизистой оболочки и впоследствии попадает в системный кровоток [20, 49].

M. Darnaud и соавт. изучили механизм, с помощью которого REG3α поддерживает гомеостаз кишечника и влияет на воспалительные реакции у генетически модифицированных мышей C57BL/6. Авторы заметили, что REG3α является мощным поглотителем активных форм кислорода, он снижает окислительный стресс и воспалительные реакции в эпителиальных клетках кишечника, тем самым уменьшая восприимчивость хозяина к развитию колита и изменяя состав микрофлоры кишечника мышей [50].

Согласно проведенным исследованиям, REG3α предлагается в качестве биомаркера повреждения кишечного эпителия при таких заболеваниях, как целиакия, язвенный колит, болезнь Крона, неалкогольный стеатогепатит, желудочно-кишечная реакция «трансплантат против хозяина», гепатоцеллюлярная карцинома [51—54]. Поскольку повреждение кишечника позволяет микробным продуктам попасть в кровоток, оно также способствует системному воспалению и активации иммунитета, поэтому исследователи выявили, что уровни REG3α в сыворотке крови коррелировали с уровнями липополисахарида, IL-6 и IL-8 [48]. К тому же REG3a продемонстрировал умеренную корреляцию с маркерами бактериальной транслокации (sCD14 и LBP) [54]. REG3α может быть лучшим потенциальным биомаркером целостности стенки кишечника и нарушения ее проницаемости.

Цитруллин

Цитруллин — это небелковая аминокислота, в основном продуцируется из глютамина энтероцитами тонкого кишечника, и его низкие концентрации в плазме крови указывают на повреждение слизистого барьера кишечника [55]. Ряд исследований показали, что снижение уровня цитруллина пропорционально потере массы энтероцитов. Его уровень умеренно коррелирует с кишечной абсорбцией и отрицательно коррелирует с тяжестью течения заболевания при кишечных энтеропатиях, синдроме короткой кишки, нарушениях ЖКТ после химиотерапии и лучевой терапии [5, 56, 57].

У пациентов ОРИТ, находящихся в критическом состоянии, низкие уровни цитруллина в плазме крови связаны с клиническими признаками дисфункции и недостаточности ЖКТ, высоким уровнем C-реактивного белка, более высокой частотой нозокомиальных инфекций и более высокой смертностью [3, 5, 58]. У пациентов с септическим шоком в связи с ишемией и гипоперфузией стенки кишечника, повреждением энтероцитов и нарушением кишечного барьера снижение уровня цитруллина указывает на уменьшение функциональной массы энтероцитов. У данной когорты пациентов низкие уровни цитруллина связаны со значительно более высоким риском развития желудочно-кишечной недостаточности, потребностью в более длительной искусственной вентиляции легких, более продолжительным пребыванием в ОРИТ [3].

Определение уровня цитруллина может быть полезено в качестве неинвазивного метода диагностики повреждения стенки кишечника, но на сегодняшний день он не используется рутинно [57]. Концентрация цитруллина в плазме крови зависит не только от синтеза в кишечнике, но и от выведения его почками, поэтому при почечной недостаточности уровень цитруллина может быть высоким за счет снижения почечного клиренса, что способно затруднить интерпретацию результатов [59]. Исследования, касающиеся цитруллина, в основном проведены в общей когорте пациентов ОРИТ, находящихся в критическом состоянии, поэтому необходимы дополнительные исследования у пациентов с синдромом мультиорганной дисфункции [3].

Выводы

У пациентов с синдромом мультиорганной дисфункции первичное повреждение приводит к гипоперфузии кишечника, при которой вырабатывается большое количество провоспалительных медиаторов. Последующая ишемия и реперфузия поврежденных участков кишечника усиливают воспалительный ответ и в большей степени способствуют нарушению барьерной функции кишечника. Бактерии или их эндотоксины проникают через поврежденный слизистый барьер и еще больше усиливают иммунный ответ, который становится уже системным и в конечном счете приводит усугублению мультиорганной дисфункции, сепсису и возможному летальному исходу. То есть основная роль отведена нарушению кишечного барьера с последующей транслокацией кишечной микрофлоры, в конечном итоге кишечник становится основным провоспалительным органом, управляющим системным воспалительным ответом. Поздняя диагностика повреждения слизистой оболочки кишечника увеличивает риск усугубления мультиорганной дисфункции, развития сепсиса, острого респираторного дистресс-синдрома, летальности. Данный обзор сосредоточен на трех многообещающих биомаркерах повреждения кишечника: зонулине, I-FABP и REG3α. Несмотря на различные ограничения исследований, эти биомаркеры являются интересными кандидатами для выявления пациентов с высоким риском развития осложнений. Эти биомаркеры могут быть использованы для проведения скрининга отдельных пациентов на предмет своевременных, быстрых и, возможно, агрессивных мер интенсивной терапии, которые будут способствовать сокращению пребывания пациентов в отделении реанимации и интенсивной терапии и снижению летальности.

Финансирование: исследование финансируется Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант №AP19677271). Спонсор исследования не играл никакой роли в его планировании, сборе, анализе, интерпретации данных или написании рукописи.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.