Prediction of the Complicated Wound Process in Overweight Patients Depending on the Composition of the Intestinal Microbiota
- Authors: Suhoparova E.P.1, Zinoviev E.V.2, Khrustaleva I.E.3, Kniazeva E.S.4
-
Affiliations:
- The First St. Petersburg State Medical University named after Academician I.P. Pavlov
- St. Petersburg Scientific Research Institute of Ambulance named after I. I. Janelidze
- First St. Petersburg State Medical University named after Academician I.P. Pavlov
- St. Petersburg Research Institute of Emergency Medicine named after I. I. Janelidze
- Issue: Vol 16, No 1 (2023)
- Pages: 10-17
- Section: Original articles
- URL: https://vestnik-surgery.com/journal/article/view/1604
- DOI: https://doi.org/10.18499/2070-478X-2023-16-1-10-17
- ID: 1604
Cite item
Full Text
Abstract
Introduction. Overweight and imbalance of the intestinal microbiota are risk factors for disruption of reparative processes during the postoperative wound healing. Given the scale of the obesity epidemic in the modern world, the number of overweight patients undergoing surgery for various reasons is also increasing. The potentiation of the risk of a delayed and complicated course of the wound process combined with obesity and violated composition of the intestinal microbiota determines the relevance of this study.
The aim of the study was to investigate the composition of the intestinal microbiota in patients with increased body weight, with long-term non-healing and complicated surgical wounds.
Methods. The composition of the parietal intestinal microbiota was studied by microbial markers in the blood using gas chromatography in 49 overweight women who underwent planned surgical interventions for aesthetic indications in the period from 2019 to 2020, aimed at correcting body contours. After the operation, women were observed for 6 months, with assessment of the timing of wound healing. We carried out a comparative analysis of the composition of the intestinal microbiota in the different course of the wound process, studied the prognostic significance of individual parameters of the intestinal microbiota in relation to the risk of delayed and complicated wound healing.
Results. In the postoperative period, all patients were divided into three groups: group 1 - complicated wound process (n=21), group 2 - delayed wound process 16 (n=16), group 3 - conventional wound process (n=12). Statistically significant differences were found between groups 1 and 2 in terms of "Peptostreptococcus anaerobius (Gr 1) ≥ 562.0" (621.76±962.03 versus 101.75±371.90, respectively, p=0.025) and "Propionibacterium ≥ 3.2" (77.57 ± 48.57 vs. 40.44 ± 38.15, respectively, p=0.014). Differences were found between groups 1 and 3 in terms of “Endotoxin ≥ 0.7” (0.73±0.58 nmol/ml versus 0.86±0.48 nmol/ml, respectively, p=0.051). The most risk of the complicated and delayed postoperative wound healing is observed when the values of the parameters were "Propionibacterium ≥ 32.0", "Peptostreptococcus anaerobius (Gr 1) ≥ 7.0" and "Endotoxin ≥ 0.7". Based on the decision tree analysis, 4 risk classes of delayed and complicated course of the wound process were identified. Patients with a combination of Propionibacterium ≥ 3.2 and Endotoxin ≥ 0.7 had the highest risk.
Conclusion. A number of parameters of the intestinal microbiota have a high prognostic value regarding the risk of developing a complicated and delayed course of the wound process in overweight individuals. The data obtained can be used to predict unfavorable healing of surgical wounds. Further research is needed in this area on a larger sample of patients, including males.
Keywords
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., 6-8Evgeny 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 FederationIrina 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., 6-8Ekaterina 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 FederationReferences
- Aitbaev KA, Murkamilov IT. Intestinal microbiota: its role in pathogenesis of arterial hypertension. Klinicheskaya meditsina. 2017; 95: 2: 123-126. (in Russ). doi: 10.18821/0023-2149-2017-95-2-123-126
- Artemyeva OV, Gankovskaya LV. Inflammaging as the basis of age-associated diseases. Meditsinskaya Immunologiya. 2020; 22: 3: 419-432. (in Russ). doi: 10.15789/1563-0625-IAT-1938
- Sittipo P, Lobionda S, Lee YK, Maynard CL. Intestinal microbiota and the immune system in metabolic diseases. J Microbiol.2018; 56: 3: 154-162. doi: 10.1007/s12275-018-7548-y
- Bobunov DN, Iordanishvili AK, Mikhailov VD, ShapurkoON.Role of normal intestinal microflora (microbiotas) in rehabilitation of patients with obesity. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2019; 5: 105-110. (in Russ). doi: 10.31146/1682-8658-ecg-165-5-105-110
- Adak A, Khan MR. An insight into gut microbiota and its functionalities. Cell Mol Life Sci. 2019;76: 3:473-493. doi: 10.1007/s00018-018-2943-4
- Muñoz-Garach A, Diaz-Perdigones C, Tinahones FJ. Gut microbiota and type 2 diabetes mellitus. Endocrinol Nutr. 2016;63: 10:560-568. English, Spanish. doi: 10.1016/j.endonu.2016.07.008
- Pang M, Zhu M, Lei X, Xu P, Cheng B. Microbiome Imbalances: An Overlooked Potential Mechanism in Chronic Nonhealing Wounds. Int J Low Extrem Wounds.2019; 18: 1: 31-41. doi: 10.1177/1534734619832754
- Yudin SM, Egorova AM, Makarov VV. Analysis of human microbiota. Russian and foreig nexperience. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii.2018; 11: 1: 175-180. (in Russ).
- Belenkov YN, Privalova EV, Kaplunova VY, Zektser VY, Vinogradova NN, Ilgisonis IS, et al. Metabolic Syndrome: development of the issue, main diagnostic criteria. Rational Pharmacotherapy in Cardiology.2018; 14: 5: 757-764. (in Russ). doi: 10.20996/1819-6446-2018-14-5-757-764
- Pence BD, Woods JA. Exercise, Obesity, andCutaneousWoundHealing: Evidence from Rodent and Human Studies. Adv Wound Care (New Rochelle). 2014; 3: 1: 71-79. doi: 10.1089/wound.2012.0377.
- Olsson M, Järbrink K, Divakar U, Bajpai R, Upton Z, Schmidtchen A, et al. The humanistic and economic burden of chronic wounds: A systematic review. Wound Repair Regen. 2019;27: 1:114-125. doi: 10.1111/wrr.12683.
- Grinevich VB, Radchenko VG. Gut microbiota and metabolic syndrome. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2020;183: 11: 11-19. (In Russ.)doi: 10.31146/1682-8658-ecg-183-11-11-19
- Abenavoli L, Scarpellini E, Colica C, Boccuto L, Salehi B, Sharifi-Rad J. Gut Microbiota and Obesity: A Role for Probiotics. Nutrients.2019;11: 11:2690. doi: 10.3390/nu11112690
- Monaghan M, Sreenivasan S. Pathophysiology of the metabolic syndrome. ClinDermatol. 2018; 36: 1: 14-20. doi: 10.1016/j.clindermatol.2017.09.004
- Pitocco D, Di Leo M, Tartaglione L, De Leva F, Petruzziello C, Saviano A. The role of gut microbiota in mediating obesity and diabetes mellitus. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2020; 24: 3:1548-1562. doi: 10.26355/eurrev_202002_20213
- Le Chatelier E, Nielsen T, Qin J, Prifti E, Hildebrand F, Falony G, Almeida M, Arumugam M, Batto JM, Kennedy S, Leonard P, Li J, Burgdorf K, Grarup N, Jørgensen T, Brandslund I, Nielsen HB, Juncker AS, Bertalan M, Levenez F, Pons N, Rasmussen S, Sunagawa S, Tap J, Tims S, Zoetendal EG, Brunak S, Clément K, Doré J, Kleerebezem M, Kristiansen K, Renault P, Sicheritz-Ponten T, de Vos WM, Zucker JD, Raes J, Hansen T, MetaHIT consortium; Bork P, Wang J, Ehrlich SD, Pedersen O. Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers. Nature. 2013: 500: 541-546.doi: 10.1038/nature12506
- Tang WHW, Bäckhed F, Landmesser U, Hazen SL. Intestinal Microbiota in Cardiovascular Health and Disease: JACC State-of-the-Art Review. J Am CollCardiol. 2019; 73: 16:2089-2105. doi: 10.1016/j.jacc.2019.03.024
- Alam A, Neish A. Role of gut microbiota in intestinal wound healing and barrier function. Tissue Barriers. 2018; 6: 3:1539595. doi: 10.1080/21688370.2018.1539595
- Wolcott R, Sanford N, Gabrilska R, Oates JL, Wilkinson JE, Rumbaugh KP. Microbiota is a primary cause of pathogenesis of chronic wounds. J Wound Care. 2016;25(Sup10):33-43. doi: 10.12968/jowc.2016.25.Sup10.S33
Supplementary files
![](/img/style/loading.gif)