eISSN: 1897-4317
ISSN: 1895-5770
Gastroenterology Review/Przegląd Gastroenterologiczny
Current issue Archive Manuscripts accepted About the journal Editorial board Abstracting and indexing Subscription Contact Instructions for authors Publication charge Ethical standards and procedures
Editorial System
Submit your Manuscript
SCImago Journal & Country Rank
1/2007
vol. 2
 
Share:
Share:

Review paper
An assessment of large bowel bacterial fermentation processes in children bowel diseases

Piotr Landowski
,
Barbara Kamińska
,
Małgorzata Szumera
,
Jacek Brodzicki
,
Wojciech Radys
,
Maria Korzon

Przegląd Gastroenterologiczny 2007; 2 (1): 38–41
Online publish date: 2007/04/05
Article file
- Ocena bakteryjnych.pdf  [0.07 MB]
Get citation
 
 

Wstęp
Mikroflorze jelitowej poświęca się coraz więcej badań zarówno eksperymentalnych, jak i klinicznych [1–3]. Obecność w świetle przewodu pokarmowego tak licznej populacji drobnoustrojów o potencjalnym działaniu chorobotwórczym jest wiązana z występowaniem wielu schorzeń układu trawiennego. Procesy fermentacyjne zachodzące w świetle jelita mogą stanowić pierwotny czynnik patogenetyczny lub być konsekwencją innego schorzenia, zwłaszcza zaburzeń motoryki przewodu pokarmowego [4–6]. Najwięcej doniesień w literaturze dotyczy badań nad składem i metabolizmem bakteryjnej flory jelitowej u chorych na nieswoiste zapalenia jelit, zespół jelita drażliwego oraz raka okrężnicy [7–9]. Dynamika fermentacji bakteryjnej zachodzącej w świetle okrężnicy zależy od składu mikroflory jelitowej, ilości i składu resztek pokarmowych oraz czasu pasażu jelitowego. Wszelkie zaburzenia trawienia i wchłaniania prowadzą do nasilenia przemian bakteryjnych, a ich rodzaj zależy od rodzaju bakterii dominujących w okrężnicy [10, 11]. Produktem wspomnianych procesów fermentacyjnych jest wolny wodór. Około 20% tego gazu wydalane jest z wraz z wydychanym powietrzem z płuc i drogą naturalną. Reszta podlega kolejnym przemianom i jest wykorzystywana głównie przez trzy rodzaje bakterii: acetogenne, metanogenne i redukujące siarczany [12, 13]. Przypuszcza się, że te dwa ostatnie rodzaje mają swój udział w etiopatogenezie niektórych schorzeń przewodu pokarmowego. Bakterie redukujące siarkę (SRB – sulphate-reducing bacteria) należą do grupy Desulfovibrio i wykorzystują siarczany jako akceptory elektronowe w procesie oddychania, w efekcie syntetyzując toksyczny siarkowodór [14]. Dotychczas niewielu badaczom udało się stwierdzić podwyższone stężenie tego gazu u chorych na wrzodziejące zapalenie jelita grubego (UC – ulcertive colitis) [15]. Produkcja metanu jest natomiast procesem dominującym, wykorzystującym ok. 75% wodoru i pozwala na pięciokrotną redukcję jego objętości. Metan stwierdza się w wydychanym powietrzu u 50% zdrowych dorosłych, których określa się mianem wydzielaczy metanu lub metanododatnich. Obecność metanu jest wiązana z występowaniem raka odbytnicy u dorosłych. Wśród najczęściej izolowanych gatunków bakterii wytwarzających ten gaz wymienia się Methanobacterium i Methanobrevibacter [16]. Do analizy procesów fermentacyjnych zachodzących w jelicie grubym wykorzystuje się wodorowy test oddechowy (WTO). Jest to badanie proste i łatwe do wykonania, nieobciążające chorego, a przede wszystkim nieinwazyjne. Między innymi dlatego technika ta znalazła powszechne zastosowanie w diagnostyce schorzeń przewodu pokarmowego u dzieci [17, 18].


Cel pracy
Celem pracy była ocena bakteryjnych procesów fermentacyjnych zachodzących w jelicie grubym u dzieci z wybranymi, przewlekłymi schorzeniami przewodu pokarmowego i porównanie tych chorych z grupą kontrolną.
Materiał i metody
W badaniach uczestniczyło 40 dzieci hospitalizowanych w 2006 r. w Klinice Pediatrii, Gastroenterologii i Onkologii Dziecięcej AM w Gdańsku z powodu przewlekłych bólów brzucha, z podejrzeniem zespołu jelita drażliwego, manifestującego się zaparciami lub biegunką i z powodu brudzenia bielizny. Grupę kontrolną stanowiło 20 dzieci hospitalizowanych z innych powodów niż schorzenia przewodu pokarmowego. Na udział w badaniu uzyskano zgodę pacjentów i ich opiekunów. W badanej grupie było 26 chłopców i 34 dziewczęta w wieku od 5,2 do 17,1 lat (średnia wieku 10,1; mediana 10,2). Wszystkich poddano badaniu podmiotowemu, które poszerzono o wypełnienie formularza dotyczącego ewentualnego występowania objawów ze strony przewodu pokarmowego i nawyków żywieniowych, ze szczególnym uwzględnieniem spożycia mleka i jego przetworów. Następnie wszystkim dzieciom wykonano wodorowy test oddechowy po doustnym obciążeniu laktozą. Do testu użyto laktozy (1,75 g/kg masy ciała, maksymalnie 50 g) rozpuszczonej w 250 ml wody. Próbkę powietrza pobierano na czczo, a następnie trzykrotnie w odstępach godzinnych, licząc od momentu wypicia roztworu. Analizę powietrza wydechowego przeprowadzono za pomocą aparatu MicroLyzer SC firmy QuinTron z USA. Specjalny system gwarantował eliminację gazów zawartych w tzw. przestrzeni martwej dróg oddechowych. Za patologiczny wynik testu przyjęto taki, w którym obserwowano przyrost minimum 20 cząsteczek wodoru na milion cząsteczek powietrza (PPM) między maksymalnym odczytem a wartością na czczo. Ponadto sprawdzano, czy w powietrzu znajduje się metan. Za wynik patologiczny testu przyjęto, zgodnie z zaleceniami producenta urządzenia, wykrycie metanu we wszystkich próbkach. Następnie grupie badanych wykonywano wodorowy test oddechowy, po doustnym podaniu 15 ml laktulozy, w celu określenia czasu pasażu jelitowego. Powietrze pobierano na czczo, po 30 minutach i następnie dziesięciokrotnie w 15-minutowych odstępach. Czas pasażu jelitowego ustalano, oceniając minimalny przyrost wodoru lub metanu o 3 PPM w trzech kolejnych próbkach. Interpretację wyników wodorowego testu oddechowego porównywano z oceną kliniczną chorych w ciągu doby po wykonaniu badania. Wszystkich pytano, czy wystąpiły u nich jakiekolwiek objawy kliniczne nietolerancji laktozy lub laktulozy użytej do testu (bóle brzucha, gazy, biegunka). Wszystkim dzieciom dwukrotnie wykonano ogólne badanie kału (przed i po WTO), ze szczególnym uwzględnieniem jego pH i obecności ciał redukujących. Z badania wykluczono dzieci poddawane antybiotykoterapii w ostatnich 6 tygodniach poprzedzających hospitalizację. Analizę statystyczną wyników dokonano z wykorzystaniem programu Statistica. Analiza wariancji ANOWA posłużyła do oceny porównawczej, a za wynik istotny uznano wartość p<0,05.


Wyniki
Analizą objęto 40 dzieci chorych i 20 dzieci z grupy kontrolnej. Na podstawie danych z wywiadu, badania przedmiotowego i wyników badań dodatkowych postawiono ostateczne rozpoznania. W 20 wypadkach rozpoznano zaparcia stolca o charakterze nawykowym, w 10 zespół jelita drażliwego i w pozostałych 10 nieswoiste zapalenie jelit o umiarkowanym stopniu aktywności. Zbiorcze zestawienie danych przedstawiono w tabeli I. Ze względu na niewielką liczbę uczestniczących w badaniu porównywano zbiorczo całą grupę badaną z grupą kontrolną. Analiza statystyczna danych dzieci z zaparciami stolca wykazała znamienną istotnie zależność między wydłużeniem czasu pasażu jelitowego a obecnością metanogenezy. Towarzyszyła ona również wydłużonemu czasowi pasażu jelitowego w grupie dzieci z zespołem jelita drażliwego z przewagą zaparć, ale bez statystycznej znamienności. Tylko u jednego badanego z grupy z rozpoznanym nieswoistym zapaleniem jelit stwierdzono metanogenezę. Natomiast w tej grupie chorych stwierdzano statystyczną istotnie zależność między nieprawidłowym wynikiem wodorowego testu oddechowego a wystąpieniem objawów klinicznych po jego wykonaniu. W grupie kontrolnej występowanie metanogenezy stwierdzono u 5 (25%) chorych, a wykonaniu wodorowego testu oddechowego nie towarzyszyły żadne objawy niepożądane.

Omówienie
Jelito grube skolonizowane jest przez wiele szczepów bakterii. Rutynowe badanie mikrobiologiczne pozwala na identyfikację zaledwie 30% z nich. Pozostałe są niesklasyfikowane, nawet u ludzi zdrowych. By dokładniej ocenić mikroflorę jelitową, wykorzystuje się coraz nowocześniejsze techniki laboratoryjne, chociażby PCR, cytometrię przepływową czy analizę DNA i rybosomów [19, 20]. Niezbędny jest do tego specjalistyczny sprzęt, a co za tym idzie, kosztowne inwestycje. Dlatego technika wodorowego testu oddechowego, wsparta wywiadem lekarskim, oceną kliniczną badanych po wykonaniu testu i badaniem ogólnym kału (pH, ciała redukujące), wydaje się wystarczająca do analizy procesów fermentacyjnych zachodzących w jelicie. Wiemy, że rodzaje bakterii zasiedlających przewód pokarmowy i ich wzajemne korelacje mogą odpowiadać za wystąpienie stanów zapalnych. Nadal nie wiadomo, czy zmiany składu mikroflory jelitowej powodują wystąpienie nieswoistego stanu zapalnego czy dochodzi do niej jako do zjawiska wtórnego w przebiegu tego zapalenia [21]. Dane z literatury dowodzą, że czynniki środowiskowe i predyspozycje genetyczne gospodarza wpływają na jego relacje z mikroflorą jelitową. Szczegółów tej relacji i tego, który z czynników odgrywa rolę inicjującą, nie udało się jeszcze poznać [22, 23]. Wstępne dane przemawiają za tym, że mikroflora jelitowa odgrywa rolę w procesach inicjacji i utrzymywaniu procesu zapalnego w jelicie [24]. Na podstawie wyników naszej pracy można z dużym prawdopodobieństwem wypowiadać się na temat dominującego szlaku metabolicznego w okrężnicy. Nasze wyniki dotyczące częstości występowania bakteryjnej metanogenezy i czasu pasażu jelitowego są zgodne z innymi doniesieniami. Wydaje się, że występowanie metanogenezy jest sprzężone z wydłużeniem czasu pasażu. Obserwowaliśmy to zarówno u dzieci z zaparciem stolca, jak i w grupie z zespołem jelita drażliwego z dominacją zaparć. Drugim ciekawym spostrzeżeniem jest to, że prawie nie występuje wspomniana metanogeneza u dzieci ze skróconym czasem pasażu jelitowego, co obserwowaliśmy u dwóch pacjentów z postacią biegunkową zespołu jelita drażliwego oraz u dziewczynki z nieswoistym zapaleniem jelit o niewielkim stopniu aktywności. W tej grupie obserwowano trudny do interpretacji przebieg wodorowego testu oddechowego. Polegał on na znacznym wzroście stężenia cząsteczek wodoru w wydychanym powietrzu w pierwszej i/lub drugiej godzinie po spożyciu laktozy. Później następowała jego szybka normalizacja. U dzieci tych w ciągu 24 godzin od wykonania WTO wystąpiło wiele niezależnych od stopnia aktywności zapalenia jelit objawów klinicznych: złe samopoczucie, bóle brzucha, wzdęcia i biegunka. Wynika to najprawdopodobniej z szybkiego namnożenia bakterii redukujących siarczany, spowodowanego dużą podażą wodoru [18]. Bakterie te mają bowiem największe powinowactwo do wodoru i w wypadku jego nadmiaru mogą szybko zdominować mikroflorę jelitową. Jak wspomniano wcześniej, ich obecność sprzyja nasileniu procesu zapalnego. Dlatego należy szczególnie rozważyć wykonanie wodorowego testu oddechowego u chorych na nieswoiste zapalenia jelit, zwłaszcza o umiarkowanym i ciężkim stopniu aktywności. Uzasadnione wydaje się poprzedzenie go badaniem ogólnym kału w celu ewentualnego wykrycia zaburzeń trawienia węglowodanów. Dokładne poznanie opisanych relacji zachodzących w jelicie grubym wymaga dalszych badań na większych grupach chorych. Zasadnym wydaje się również poszerzenie panelu badań o analizę składu chemicznego kału, ze szczególnym uwzględnieniem obecności związków siarki.


Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badań można wnioskować, że: • metanogeneza jelitowa stwierdzana metodą wodorowego testu oddechowego może sugerować wydłużenie czasu pasażu jelitowego, • wykonanie wodorowego testu oddechowego u dzieci chorych na nieswoiste zapalenia jelit może być pomocne w poszukiwaniu czynnika etiopatogenetycznego pierwotnie lub wtórnie wpływającego na przebieg tego schorzenia, • podając laktozę dzieciom z nieswoistym zapaleniem jelit, należy zachować szczególną ostrożność ze względu na możliwe nasilenie biegunki.
Piśmiennictwo
1. Guarner F. Enteric flora in health and disease. Digestion 2006; 73 S1: 5-12. 2. Christl SU, Gibson GR, Cummings JH. Role of dietary sulphate in the regulation of methanogenesis in the human large intestine. Gut 1992; 33: 1234-8. 3. Yang SC, Chen JY, Shang HF i wsp. Effect of synbiotics on intestinal microflora and digestive enzyme activities in rats. World J Gastroenterol 2005; 11: 7413-7. 4. Christl SU, Murgatroyd PR, Gibson GR i wsp. Production, metabolism, and excretion of hydrogen in the large intestine. Gastroenterology 1992; 102: 1269-77. 5. Fiedorek SC, Pumphrey CL, Casteel HB. Breath methane production in children with constipation and encopresis. J Pediatr Gastroenterol Nutr 1990; 10: 473-7. 6. Soares AC, Lederman HM, Fagundes-Neto U i wsp. Breath methane associated with slow colonic transit time in children with chronic constipation. J Clin Gastroenterol 2005; 39: 512-5. 7. Pimentel M, Mayer AG, Park S i wsp. Methane production during lactulose breath test is associated with gastrointestinal disease presentation. Dig Dis Sci 2003; 48: 86-92. 8. Levine J, Ellis CJ, Furne JK i wsp. Fecal hydrogen sulfide production in ulcerative colitis. Am J Gastroenterol 1998; 93: 83-7 9. McGarr SE, Ridlon JM, Hylemon PB. Diet, anaerobic bacterial metabolism, and colon cancer: a review of the literature. J Clin Gastroenterol 2005; 39: 98-109. 10. Montes RG, Saavedra JM, Perman JA. Relationship between methane production and breath hydrogen excretion in lactose-malabsorbing individuals. Dig Dis Sci 1993; 38: 445-8. 11. Strocchi A, Furne JK, Ellis CJ i wsp.Competition for hydrogen by human faecal bacteria: evidence for the predominance of methane producing bacteria. Gut 1991; 32: 1498-501 12. Peyrin-Biroulet L, Bigard MA. Digestive gas, EMC-Hépato- -Gastroentérologie 2005; 2: 370-87. 13. Kamińska B, Landowski P, Szarszewski A i wsp. Udział beztlenowej flory bakteryjnej w patogenezie wrzodziejącego zapalenia jelita grubego. Przegl Pediat 2002; 32: 275-9. 14. Roediger WE, Moore J, Babidge W. Colonic Sulfide in Pathogenesis and Treatment of Ulcerative Colitis. Dig Dis Sci 1997; 42: 1571-9. 15. Jorgensen J, Mortensen PB. Hydrogen sulfide and colonic epithelial metabolism: Implications for ulcerative colitis. Dig Dis Sci 2001; 46: 1722-6. 16. Perman JA Methane and colorectal cancer. Gastroenterology 1984; 87: 728-30. 17. Veligati LN, Treem WR, Sullivan B i wsp. Delta 10 ppm versus delta 20 ppm: a reappraisal of diagnostic criteria for breath hydrogen testing in children. Am J Gastroenterol 1994; 89: 758-61. 18. Di Stefano M, Missanelli A, Miceli E i wsp Hydrogen breath test in the diagnosis of lactose malabsorption: accuracy of new versus conventional criteria. J Lab Clin Med 2004; 144: 313-8. 19. Andus T, Gross V. Etiology and pathophysiology of inflammatory bowel disease-environmental factors. Hepatogastroenterology 2000; 47: 29-43. 20. Cummings JH, Macfarlane GT, Macfarlane S. Intestinal bacteria and ulcerative colitis. Curr Issues Intest Microbiol 2003; 4: 9-20. 21. Marteau P, Lepage P, Mangin I i wsp. Gut flora and inflammatory bowel disease. Alimentary Pharmacology & Therapeutics 2004; 20: 4-18. 22. Hendrickson BA, Gokhale R, Cho JH. Clinical Aspects and Pathophysiology of Inflammatory Bowel Disease. Clinical Microbiology 2002; 15: 79-94. 23. Kamińska B, Landowski P, Korzon M, i wsp. Zależność pomiędzy składem beztlenowej flory bakteryjnej jelita grubego a stopniem aktywności nieswoistych zapaleń jelit u dzieci. Pediatria Współczesna 2003; 5: 113-9. 24. Blumberg RS, Strober W. Prospects for research in inflammatory bowel disease. JAMA 2001; 285: 643-7.
Copyright: © 2007 Termedia Sp. z o. o. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/), allowing third parties to copy and redistribute the material in any medium or format and to remix, transform, and build upon the material, provided the original work is properly cited and states its license.
Quick links
© 2024 Termedia Sp. z o.o.
Developed by Bentus.