Биохимическое исследование метаболической активности кишечной микрофлоры с использованием метода газожидкостной хроматографии (ГЖХ) позволяет оценить состав и функциональное состояние микробиоты на основе анализа продуктов её жизнедеятельности.

Кишечные бактерии участвуют в расщеплении пищевых компонентов, синтезе витаминов, ферментов и короткоцепочечных жирных кислот, а также в поддержании иммунного и метаболического баланса организма. Метод ГЖХ позволяет количественно определить летучие жирные кислоты, газообразные продукты и органические соединения, образующиеся при ферментации углеводов и белков в кишечнике. На основе этих данных врач получает информацию о функциональной активности микрофлоры, выявляет дисбаланс или нарушения метаболических процессов.

Исследование применяется при различных клинических состояниях: синдром раздражённого кишечника, хронические воспалительные заболевания, дисбактериоз, нарушения всасывания питательных веществ и метаболические расстройства. Данные ГЖХ помогают оценить эффективность терапии, корректировать питание и назначать пробиотики или пребиотики.

Показания для анализа

Биохимическое исследование кишечной микрофлоры назначается при различных состояниях, когда есть подозрение на функциональные нарушения кишечной микробиоты.

Основные показания включают:

• СРК и хронические функциональные расстройства пищеварения, сопровождающиеся диареей, запорами, метеоризмом и болями в животе.
• Дисбактериоз, особенно после курса антибиотиков или при нарушении нормальной микрофлоры у детей и взрослых.
• Нарушения всасывания и переваривания питательных веществ, проявляющиеся дефицитом витаминов, белков или энергии.
• Хронические ВЗК, такие как болезнь Крона или язвенный колит, для оценки состояния микробиоты и контроля терапии.
• Метаболические нарушения, включая ожирение, сахарный диабет и синдромы нарушения обмена веществ, где микробиота влияет на метаболизм углеводов и жиров.

Подготовка к исследованию

Исследуемый материал – кал. За 3–5 дней до исследования рекомендуется исключить продукты, усиливающие брожение и газообразование (бобовые, капусту, черный хлеб, сладости, газированные напитки). За 72 часа до сбора материала необходимо прекратить приём слабительных средств, ректальных свечей и масел, а также ограничить (по согласованию с врачом) препараты, влияющие на моторику кишечника (например, белладонну, пилокарпин) или окраску кала (железо, висмут, сернокислый барий).

Что показывает исследование кишечной микрофлоры

Анализ оценивает продуктивность кишечной микрофлоры через определение концентрации короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в кале. Эти соединения синтезируются преимущественно анаэробными бактериями и играют ключевую роль в поддержании нормальной работы кишечника и всего организма.

К основным кислотам относятся: уксусная (C2), пропионовая (C3), масляная (C4), а также их изомерные формы – изомасляная (iC4), изовалериановая (iC5) и изокапроновая (iC6). Изомеры имеют тот же состав атомов, что и «обычные» кислоты, но различаются строением, что влияет на их свойства и биологическую активность.

Кроме отдельных кислот рассчитываются интегральные показатели: отношение изоCn/Cn, отражающее баланс кислот с разветвлённой и прямой цепью, и анаэробный индекс (АИ), показывающий соотношение пропионовой и масляной кислот к уксусной.

Анализ позволяет оценить функциональное состояние микрофлоры, выявить дисбаланс метаболитов и судить о её влиянии на обмен веществ, энергетический баланс, иммунный ответ, подавление патогенных микроорганизмов и моторику кишечника.

Нормы и расшифровка результатов

Качественный и количественный профиль короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в фекалиях служит индикатором видового доминирования в кишечном микробиоме. Метаболические особенности различных таксонов микробиоты проявляются в специфичности синтезируемых КЦЖК:

• Ацетат (уксусная кислота) ассоциирован с метаболической активностью Bifidobacterium, Lactobacillus, Actinomyces и Ruminococcus;
• Пропионат продуцируется преимущественно Veillonella, Propionibacterium и Anaerovibrio;
• Бутират (масляная кислота) синтезируется штаммами Clostridium, Bacteroides и Eubacterium;
• Изомерные формы жирных кислот образуются Bacteroides и Megasphaera.

Общее количество КЦЖК служит показателем метаболической активности микрофлоры: низкий уровень указывает на снижение функциональной активности анаэробов, замедление моторики кишечника или дефицит питательных субстратов, тогда как высокий – на усиленную ферментацию, избыточное размножение отдельных бактерий или нарушения всасывания.

Анаэробный индекс отражает соотношение строгих анаэробов к аэробам и факультативным микроорганизмам; его повышение свидетельствует об относительном снижении популяции строгих анаэробов.

Структура короткоцепочечных жирных кислот демонстрирует характерные нарушения при различных патологиях желудочно-кишечного тракта. При синдроме раздраженного кишечника с преобладанием запоров отмечается повышение концентрации уксусной кислоты, увеличение доли изокислот и смещение анаэробного индекса в сторону слабоотрицательных значений. В случаях СРК с диарейным синдромом и неспецифического язвенного колита наблюдается рост уровня пропионовой и масляной кислот с параллельным формированием резко отрицательного анаэробного индекса.

Локализация воспалительного процесса в кишечнике определяет особенности изменения КЦЖК: при дистальном поражении отмечается синхронная динамика показателей пропионовой и масляной кислот, тогда как при левостороннем или тотальном поражении изменения этих параметров носят разнонаправленный характер.

Что может повлиять на результаты

На показатели КЦЖК влияют приём антибиотиков, пробиотиков и пребиотиков, а также слабительного, ректальных свечей и масел. Лекарства, изменяющие моторику кишечника (например, белладонна, пилокарпин), или окраску кала также способны повлиять на результаты. Нарушение диеты, стресс, инфекционные заболевания и несоблюдение времени сбора материала могут снижать достоверность исследования.

Что делать при отклонениях от нормы

При выявлении дисбаланса КЖЦ и нарушений метаболической активности микрофлоры важно обсудить результаты с врачом-гастроэнтерологом или диетологом. В первую очередь специалист оценивает, связаны ли отклонения с диетой, образом жизни, медикаментозным лечением или хроническими заболеваниями кишечника.

При сниженной активности микрофлоры может быть рекомендована коррекция рациона с увеличением количества пищевых волокон, пробиотиков и пребиотиков, поддерживающих рост полезных бактерий. При чрезмерной ферментации или повышенной продукции определённых кислот врач оценивает необходимость ограничить продукты, стимулирующие газообразование, и при необходимости назначает ферментативную или медикаментозную поддержку.

Какие метаболиты кишечной микрофлоры чаще всего исследуются методом газожидкостной хроматографии?

Основными исследуемыми метаболитами являются КЦЖК: уксусная, пропионовая и масляная кислоты, а также их изомерные формы – изомасляная, изовалериановая и изокапроновая. Помимо КЦЖК, определяются летучие жирные кислоты, спирты, кетоновые тела и органические кислоты, которые участвуют в регуляции кишечного pH, моторики, обмена веществ и поддержании иммунного гомеостаза.

Каков принцип метода газожидкостной хроматографии (ГЖХ) при анализе метаболитов микрофлоры?

ГЖХ используется для разделения и количественного определения летучих органических соединений, образующихся в кишечнике при ферментации пищи микрофлорой. В основе метода лежит взаимодействие исследуемого образца с неподвижной фазой колонки, через которую проходит переносчик – инертный газ, обычно гелий или азот. Разные метаболиты, включая короткоцепочечные жирные кислоты и изомеры, движутся с разной скоростью, что позволяет их разделить. По мере выхода соединений из колонки с ними взаимодействует детектор, фиксирующий концентрацию каждого компонента. Интенсивность сигнала пропорциональна количеству метаболита в образце, что позволяет точно оценить состав и пропорции продуктов микробной ферментации.

Метод отличается высокой чувствительностью, способностью обнаруживать даже минимальные концентрации веществ, и позволяет одновременно измерять несколько метаболитов, что делает его незаменимым для диагностики нарушений активности микрофлоры в кишечнике и выявления дисбаланса между группами бактерий.

Какие факторы могут влиять на метаболическую активность кишечной микрофлоры

На показатели ферментации и образование короткоцепочечных жирных кислот влияют рацион и состав пищи, особенно количество клетчатки и углеводов. Приём антибиотиков, пробиотиков, пребиотиков или других лекарственных препаратов может изменять соотношение бактерий и их ферментативную активность.

Также важны стресс, физическая нагрузка, сопутствующие заболевания пищеварительной системы, нарушения моторики кишечника и состояние иммунной системы. Нарушения водного баланса и инфекции могут снижать функциональную активность микрофлоры. Для получения достоверных результатов анализа необходимо учитывать эти факторы и правильно готовить пациента к исследованию.

В чём преимущества метода ГЖХ по сравнению с культуральными методами анализа микрофлоры?

Газожидкостная хроматография позволяет оценить функциональную активность кишечной микрофлоры на основе анализа продуктов её метаболизма, а не только количественного состава бактерий, как в культуральных методах. В отличие от посевов, ГЖХ фиксирует реальную ферментативную активность анаэробных и аэробных микроорганизмов, включая те виды, которые трудно или невозможно выращивать в лабораторных условиях.

ГЖХ отличается высокой чувствительностью и точностью, позволяет обнаруживать минимальные концентрации веществ и выявлять дисбаланс микрофлоры до появления клинических симптомов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ардатская М. Д. Клиническое значение короткоцепочечных жирных кислот при патологии желудочно-кишечного тракта. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук. Москва, 2003 год.
2. Per G. Farup, Knut Rudi and Knut Hestad. Faecal short-chain fatty acids – a diagnostic biomarker for irritable bowel syndrome? / BMC Gastroenterology (2016) 16:51.
3. Осипов Г.А., Парфенов А.И., Богомолов П.О. Сравнительное хромато-массспектрометрическое исследование состава химических маркеров микроорганизмов в крови и биоптатах слизистой оболочки кишечника. Российский гастроэнтерол.журнал. 2001, 1: 54-69.
4. Избыточный бактериальный рост в тонкой кишке, патофизиология и вопросы терапии / Э. П. Яковенко, И. З. Гиоева, А. В. Яковенко [и др.] // Лечащий врач. – 2015. – № 9. – С. 2-3.
5. Кожевников А.А., Раскина К.В., Мартынова Е.Ю., Тяхт А.В., Перфильев А.В., Драпкина О.М., Сычев Д.А., Фатхутдинов И.Р., Мусиенко С.В., Никогосов Д.А., Жегулина И.О., Бавыкина Л.Г., Каршиева А.В., Селезнева К.С., Алексеев Д.Г., Потешкин Ю.Е. Кишечная микробиота: современные представления о видовом составе, функциях и методах исследования. РМЖ. 2017;17:1244-1247.
6. Allaband C, McDonald D, Vázquez-Baeza Y, Minich JJ, Tripathi A, Brenner DA, Loomba R, Smarr L, Sandborn WJ, Schnabl B, Dorrestein P, Zarrinpar A, Knight R. Microbiome 101: Studying, Analyzing, and Interpreting Gut Microbiome Data for Clinicians. Clin Gastroenterol Hepatol. 2019 Jan;17(2).
7. Sonnenburg, J., Bäckhed, F. Diet–microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature 535, 56–64 (2016).