Prediction of the Complicated Wound Process in Overweight Patients Depending on the Composition of the Intestinal Microbiota

Full Text

В последнее время увеличилось число работ, подчеркивающих роль микробиоты кишечника в различных физиологических и патологических процессах не только в системе органов пищеварения, но и во всем организме человека [1-3]. На сегодняшний день становится понятным, что кишечная микробиота не просто участвует в переваривании пищи, а также выделяет различные биологически активные вещества, стимулирует иммунные функции организма, ограничивает инвазию патогенных микробов, выполняет детоксикационную, антиканцерогенную, синтетическую функции и др. [4, 5]. Учитывая большую суммарную биомассу клеток, составляющих кишечную микробиоту, их высокую метаболическую активность и важную роль нормальной микробиоты в поддержании здоровья человека, некоторые авторы обозначают кишечную микробиоту как «забытый орган»[6, 7]. Научный интерес к изучению микробиоты кишечника, наблюдаемый в последние годы, также связан с появлением современных методов качественного и количественного анализа состава микробиоты [8].
Ожирение в настоящее время рассматриваются как ключевой участник каскада негативных метаболических сдвигов в организме, объединенных в понятие метаболического синдрома[9, 10]. Помимо высокого риска кардиоваскулярных заболеваний, ожирение ассоциировано с увеличением частоты осложнений после хирургических вмешательств, в том числе, длительного заживления ран [10].Нарушение заживления ран представляют собой серьезную проблему современной хирургии. Замедленный и осложненный раневой процесс отмечается примерно у 1-2% населения в развитых странах и имеет неблагоприятные экономические и социальные последствия [11].
В ряде работ подчеркивается существенный вклад кишечной микробиоты в развитие метаболического синдрома и ожирения [12-14] ввиду усиления воспалительной реакции и механизмов окислительного стресса, а также увеличения проницаемости эпителия кишечника и снижения его барьерной функции [15]. Вместе с тем, исследований, посвященных изучению роли кишечной микробиоты в процессе заживления ран у больных с повышенной массой тела, на сегодняшний день недостаточно.
Цель
Изучить состав микробиоты кишечника у пациентов, имеющих повышенную массу тела, с длительно незаживающими и осложненными хирургическими ранами.
Методы
Дизайн исследования
В исследование включено 49 женщин с избыточной массой тела, которым в период с 2019 по 2020 гг выполнены плановые оперативные вмешательства по эстетическим показаниям, направленные на коррекцию контуров тела: подтяжка молочных желез, уменьшение молочных желез, абдоминопластика. Исследование было проведено на базе ожогового отделения с пластической хирургией ФГБУ ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России. От всех пациенток получено добровольное информированное согласие.
Критерии соответствия
К критериям включения относились возраст от 30 до 60 лет (средний возраст − 46,9±7,1 года), окружность талии > 80 см и индекс массы тела > 25 кг/м2(31,64±5,04 кг/м2).Критериями исключения явились возраст менее 29 лет и более 59 лет, окружность талии > 80 см, подтвержденный диагноз сахарного диабета, наличие выраженных сопутствующих соматических заболеваний – онкопатология, аутоиммунные процессы и т.д. 
Продолжительность исследования
Пациенток в течение 6 месяцев наблюдали в послеоперационном периоде. Особое внимание уделяли времени заживления хирургической раны.
Описание медицинского вмешательства
У всех пациенток выполняли забор крови из локтевой вены в количестве 6 мл в пробирки - вакутейнеры с К3 ЕДТА. Промежуток времени между взятием крови и ее центрифугированием не превышал 30 мин. Плазму крови отделяли центрифугированием на 3 000 оборотов/мин в течение 10 мин. Оценку состава пристеночной микробиоты кишечника по микробным маркерам в крови проводили на газовом хроматографе «Agilent 7890» с масс - селективным детектором «Agilent 5975С» («AgilentTechnologies», США). Хроматографическое разделение пробы осуществляли на капиллярной колонке с метилсиликоновой привитой фазой HP-5ms (фирма «AgilentTechnologies», США) длиной 25 м и внутренним диаметром 0,25 мм. В 2010 году Росздравнадзором разрешено его применение в качестве новой медицинской технологии «Оценки микроэкологического статуса человека методом хромато - массспектрометрии» на территории Российской Федерации (Разрешение ФС 2010/038 от 24.02.2010). Проводили анализ общего количества микроорганизмов, содержания анаэробов, Гр+ кокков аэробных или факультативных, Гр+ и Гр- палочек аэробных или факультативных, грибов, вирусов, плазмалогена и эндотоксина.
Основной исход исследования
Основной конечной точкой исследования являлось заживление послеоперационной раны.
Дополнительные исходы исследования
Заживление раны считали замедленным в случае более длительных, по сравнению со стандартными, сроками. При развитии в ходе наблюдения за раневым процессом серомы, расхождения краев раны, образования лигатурных свищей и др. заживление раны считали осложненным. 
Анализ в подгруппах
Все женщины в послеоперационном периоде были распределены на группы в зависимости от характера течения раневого процесса. В 1-ю группу включены 21 пациентка (42,8%) с осложненным течением раневого процесса (ОРП); 2-ю группу составили 16 (32,6%) пациенток с замедленным раневым процессом (ЗРП); 3-я группа была представлена 12 (24,4%) пациентками со стандартными сроками заживления раны (СРП).
Методы регистрации исходов
Исходы заживления ран оценивали наблюдательным клиническим методом.
Этическая экспертиза
Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом ФГБУ ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России.
Статистический анализ
Размер выборки предварительно не рассчитывался.
Статистический анализ данных выполнен с помощью программ STATISTICA 10 (StatSoft, США) и SAS JMP 11 (SAS, США).
Количественные данные представляли в формате «M±SD» (М − среднее арифметическое значение, SD − стандартное отклонение). Сравнение групп по количественным показателям осуществляли с помощью непараметрического критерия Краскела - Уоллиса, сравнение по бинарным и номинальным показателям – критерия Хи - квадрат Пирсона. Достоверными считали различия при доверительной вероятности p<0,05. Для оценки прогностической значимости различных факторов применялся метод множественного регрессионного анализа. Для выделения групп риска осложненного и замедленного заживления хирургических ран использовали метод дерева решений. Качество построенных деревьев решений оценивали посредством ROC-анализа.
Результаты
Объекты (участники) исследования
В табл.1 представлена характеристика участников исследования по возрасту, росто-весовым характеристикам, полу, окружности талии и индекса массы тела в зависимости от характера заживления раны.
Результаты исследования
Общее количество микроорганизмов в 1-й группе составило 37 616,29±11 242,72, во 2-й − 33 017,12±7 767,67, в 3-й − 40 246,75±9 535,15. Достоверных различий между группами получено не было.
Анализ содержания грамположительных аэробных или факультативных кокков не выявил достоверных отличий у пациенток с различным характером заживления послеоперационной раны. Наиболее однородные распределения между группами наблюдаются по показателям «Streptococcusmutans», «Eubacterium» и «Staphylococcusintermedius» (p>0,338).
Получены достоверные отличия между исследуемыми группами в отношении содержания анаэробов. Наиболее значимые различия обнаружены между 1-й и 2-й группами исследования для показателя «Peptostreptococcusanaerobius(Гр 1)» − 621,76±962,03 против 101,75±371,90, соответственно(p=0,025), а также для показателя «Propionibacterium»− 77,57±48,57 против 40,44±38,15, соответственно(p=0,014). Наиболее однородные распределения между группами наблюдаются по показателям«EubacteriumLentum», «Riminicoccus» и «Nocardia» (p> 0,854).
По содержанию грамположительных аэробных или факультативных палочек, грибов, вирусов и плазмалогена группы не отличались.
Для показателя эндотоксина наиболее значимые различия обнаружены в 1-й группе пациенток по отношению к 3-й − 0,73±0,58 нмоль/мл против 0,86±0,48нмоль/мл, соответственно(p=0,051).
В табл.2представлены наиболее значимые показатели микробиоты кишечника, повышающие риск развития осложненного и замедленного заживления раны.
Как видно из табл. 2, 10 показателей микробиоты кишечника имеют высокую статистическую значимость в отношении риска развития осложненного или замедленного раневого процесса в послеоперационном периоде с диапазоном уровней рисков от 58,3% до 83,3%.
Лидирующими факторами риска являются «Peptostreptococcusanaerobus(Гр2) ≥ 562,0»(риск 83,3%), «Эндотоксин,нмоль/мл ≥ 0,7»(риск 76,9%) «Cytomegalovirus ≥ 351,0» (риск 75,0%), «PropionibacteriumJensenii< 70,0» (риск 72,7%) и «Propionibacterium≥ 32,0» (риск 72,5%).
С помощью метода дерева решений на основе комбинации трех прогностических факторов: «Propionibacterium», «Peptostreptococcusanaerobius» и «Эндотоксин» было выделено 4 класса риска осложненного и замедленного течения раневого процесса (рис.).
Всего с помощью дерева - решений было выделено 4 класса риска (табл. 3).
Наиболее высокий риск (риск 100,0%, объем группы=1) развития осложнений наблюдается у пациентов со следующей комбинацией факторов: «Propionibacterium< 32,0» и «Peptostreptococcusanaerobius ≥ 7,0».
Наименьший уровень риска (риск 1,3%, объем группы=16) развития осложнений наблюдается для следующей комбинации факторов: «Propionibacterium< 32,0» и «Peptostreptococcusanaerobius< 7,0».
Результаты ROC-анализа показали высокое прогнозное качество смоделированного дерева решений; точка отсечения – 44,4%, значение AuROC − 0,96, чувствительность – 100,0%, специфичность – 88,9%, эффективность – 94,4%.
Нежелательные явления
Нежелательных явлений в ходе наблюдения за пациентками не отмечалось.
Обсуждение
Резюме основного результата исследования
Выявлены статистически значимые различия между 1-й и 2-й группами по показателям кишечной микробиоты «Peptostreptococcusanaerobius (Гр 1) ≥ 562,0» и «Propionibacterium ≥ 3,2», а также между 1-й и 3-й группами по показателю «Эндотоксин ≥ 0,7». Для всех прочих показателей различий между группами не обнаружено.
Наибольший риск осложненного и замедленного заживления послеоперационной раны наблюдается при значении показателей «Propionibacterium ≥ 32,0», «Peptostreptococcusanaerobius (Гр 1) ≥ 7,0» и «Эндотоксин ≥ 0,7».
На основе метода дерева решений к классу высокого риска неблагоприятного течения раневого процесса относятся пациенты с комбинацией факторов «Propionibacterium ≥ 3,2» и «Эндотоксин ≥ 0,7».
Обсуждение основного результата исследования
Согласно литературным источникам, состав микробиоты при различных заболеваниях и у здоровых людей существенно отличается [3, 16, 17]. В данном исследовании выявлены отклонения в структуре микробиоты кишечника у больных с избыточной массой тела при осложненном и замедленном раневом процессе. Отдельные виды бактерий микробиоты кишечника могут рассматриваться как предикторы развития неблагоприятного заживления раны. Роль кишечной микробиоты в заживлении ран включает участие в процессах эпителизации раневого дефекта, выработке коллагена, реализации иммуномодулирующего потенциала [18].
Пациенты с избыточной массой тела и ожирением сами по себе представляют группу риска замедленного заживления ран, а в сочетании с нарушениями состава микробиоты кишечника уровень риска повышается еще больше. В этой связи обсуждается связь микробиоты кишечника с развитием системного хронического низко градуированного воспаления, которое отличается хронической избыточной секрецией клетками иммунной системы различных факторов воспаления и цитокинов, содержание которых в этом случае увеличивается не в десятки и сотни раз, как при остром воспалении, а всего в 3-5 раз [19]. По некоторым данным, именно этот процесс обусловливает феномен субклинического воспаления жировой ткани при метаболическом синдроме [14].При этом кишечная микробиота является важной частью каскада метаболических нарушений при ожирении [13]. С учетом того, что ожирение на сегодняшний день приобретает масштаб эпидемии, необходимо индивидуализация подходов к ведению таких пациентов после хирургических вмешательств с оценкой уровня риска послеоперационных осложнений.
Ограничения исследования
Ограничения исследования обусловлены включением в исследование только женщин, что связано со спецификой проведенных оперативных вмешательств − подтяжкой молочных желез, уменьшением молочных желез, абдоминопластики.
Заключение
Микробиота кишечника участвует во многих процессах в организме человека, в том числе играет положительную роль в процессе заживления ран. Длительно незаживающие и осложненные послеоперационные раны являются серьезной проблемой в хирургической практике, особенно у больных с избыточной массой тела и ожирением. Ряд показателей микробиоты кишечника имеют высокую прогностическую значимость относительно риска развития осложненного и замедленного раневого процесса после хирургических вмешательств у лиц с избыточной массой тела. Полученные в данном исследовании результаты могут быть использованы для прогнозирования неблагоприятного заживления хирургических ран, что позволит вовремя скорректировать лечебную тактику. Необходимо проведение дальнейших исследований в этой области на большей выборке пациентов, включая лиц мужского пола.
Дополнительная информация.
Источник финансирования.  Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

 

Таблицы
Таблица 1. Характеристика участников исследования (М ± SD)
Table 1.Characteristics of study participants(M ± SD)

Таблица 2. Наиболее значимые показатели микробиоты кишечника, повышающие риск развития осложненного и замедленного заживления раны
Table 2. The most significant indicators of intestinal microbiota, increasing the risk of developing complicated and delayed wound healing

Примечание: * − статистически значимые отличия

Таблица 3. Классы риска развития осложненного и замедленного заживления раны
Table 3. Risk classes for the development of complicated and delayed wound healing

 

Рис. 1 Прогностический алгоритм оценки риска развития осложненного и замедленного течения раневого процесса

Fig.2 Predictive algorithm for assessing the risk of developing a complicated and delayed course of the wound process

About the authors

Elena Petrovna Suhoparova

The First St. Petersburg State Medical University named after Academician I.P. Pavlov

Email: suhoparova.e@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7133-0440

Ph.D., Associate Professor of the Department of Plastic Surgery

Russian Federation, 197022, Russian Federation, St. Petersburg, Leo Tolstoy str., 6-8

Evgeny Vladimirovich Zinoviev

St. Petersburg Scientific Research Institute of Ambulance named after I. I. Janelidze

Email: evz@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-2812-6839

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Thermal Lesions

Russian Federation, Budapest str., 3, St. Petersburg, 196128, Russian Federation

Irina Eduardovna Khrustaleva

First St. Petersburg State Medical University named after Academician I.P. Pavlov

Email: info@1medplastika.com
ORCID iD: 0000-0002-2187-8117

Doctor of Medical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Plastic Surgery

Russian Federation, 197022, Russian Federation, St. Petersburg, Leo Tolstoy str., 6-8

Ekaterina Sergeevna Kniazeva

St. Petersburg Research Institute of Emergency Medicine named after I. I. Janelidze

Author for correspondence.
Email: ek98@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-1200-6066

Resident of the Department of Plastic Surgery

Russian Federation, Budapest str., 3, St. Petersburg, 196128, Russian Federation

References

Supplementary files