Az anális gáz ürítése és a vastagbél mikrobiota a diétás bél puffadással járó betegeknél

Néhány beteg kifejezetten panaszkodik a végbélnyíláson belüli túlzott gázkiürítésre.

A bélgáztartalom nagymértékben függ a felszívatlan szubsztrátok baktériumfermentációval történő gáztermelésétől.

Az étrend befolyásolja az anális gáz kiürítését és a bél mikrobiális összetételét.

Mik az új eredmények?

A gázképződésre panaszkodó betegek egy részének megnövekedett a gázkiürítésének száma, de a kiürített gáz nettó térfogata a normál tartományon belül van.

A puffadás hasi tünetekkel jár.

A betegek mikrobiotája diszbiotikus tulajdonságokat mutat, és jellemzően a mikrobiális összetétel instabilitásával reagál a flatulogén étrend fogyasztása során.

Számos bélbaktériumos taxon korrelál az anális gáz kiürítésével és a kiürített gáz térfogatával.

Hogyan befolyásolhatja belátható időn belül a klinikai gyakorlatot?

Az étrend befolyásolja a meteorizmust, a hasi tüneteket, az emésztési kényelmet és a bél mikrobiális ökoszisztémájának stabilitását a meteorizmusra panaszkodó betegeknél.

A mikrobiális biomarkerek megjósolhatják a felfúvódással járó tüneteket.

Bevezetés

Néhány beteg panaszkodik a végbélnyílás túlzott evakuálódásáról, ami szociálisan fogyatékossá válhat. A puffadás fiziológiája és patofiziológiája azonban továbbra sem eléggé megértett.1, 2

A végbélnyíláson keresztül kiürített gáz nagyjából a vastagbélben keletkezik, ahol a felszívatlan ételmaradékokat vastagbélbaktériumok fermentálják.3–5 Ugyanakkor ugyanazon étrenden is a gáztermelés mennyisége nagyon nagy az egyének közötti különbségekkel. Ezért a végbélnyíláson keresztül termelt és kiürített gáz mennyiségét két fő tényező határozza meg: az étrend, különösen az erjedhető maradékok mennyisége, valamint a vastagbél mikrobiota összetétele és metabolikus aktivitása.

Feltételeztük, hogy azok a betegek, akik panaszkodnak a végbélnyílás túlzott gázátadására: (a) a szokásos étrendjüknél valóban nagyobb számú gázkiürítést végeznek, mint egészséges alanyoknál; b) nagyobb bélgáztermeléssel rendelkezik, és nagyobb mennyiségű gázt ürít ki; (c) a gázelvezetés étrendtől függ, de a betegek és az egészséges alanyok közötti kiürítések számának és a kiürített gáz térfogatának különbségei nem az étrendbeli különbségek miatt következnek be, vagyis a standard étrenden is jelen vannak; és (d) ezek a különbségek összefüggenek a vastagbél mikrobiotájának eltéréseivel. Ezért célunk az volt, hogy meghatározzuk: (a) az étrend hatását a gázkiürítések számára és a kiürített gáz mennyiségére; b) megnövekedett-e a kiürítések száma és a kiürített gázmennyiség a puffadásra panaszkodó betegeknél; és c) az étrend, a hasi érzések, a gázkiürítés és a vastagbél mikrobiota közötti összefüggések. E célból átfogó vizsgálatot terveztünk, összehasonlítva a végbélnyíláson túlzott gázátadással panaszkodó betegeket és az egészséges személyeket. Kihasználtuk a nagy áteresztőképességű szekvenálási technológiát és a közelmúltban kifejlesztett bioinformatikai eszközökkel átfogóan elemezhettük a bél mikrobaközösségeinek teljes spektrumát.

Anyag és módszerek

Résztvevők

Összesen 30 beteg panaszkodott a végbélnyílás túlzott gázátadására (25–65 éves kor) és 20 egészséges, gyomor-bélrendszeri tünetek nélküli alany (21–63 éves kor). Az előző két hónap antibiotikum-fogyasztása kizárási kritérium volt. Azokat a betegeket, akik konzultáltak a végbélnyíláson belüli gáz túlzott mértékű átjutása miatt, arra utasították, hogy prospektív módon töltsenek ki egy klinikai kérdőívet (lásd a részleteket az alábbiakban: a klinikai adatok szakasza) 3 napig (belépési időszak), és csak azokat, akiknek az anális gáz kiürítése ≥5 volt 10 ponton skálán ajánlották fel a vizsgálatban való részvételt. Valamennyi beteg társult tünetekről számolt be, és teljesítette az étkezés utáni distressz szindróma (n = 15), az irritábilis bél szindróma (n = 11; öt hasmenés-domináns, két székrekedés-domináns és négy váltakozó) vagy a funkcionális hasi fájdalom (n = 4) .6, 7 Egészséges alanyokban ugyanezt az értékelést végezték el a belépési periódus alatt a gyomor-bélrendszeri tünetek hiányának megerősítésére. Az alanyok írásbeli beleegyezésüket adták a vizsgálatban való részvételhez. A tanulmány protokollját korábban a Vall d'Hebron Egyetemi Kórház Intézményi Felülvizsgálati Testülete hagyta jóvá.

Dizájnt tanulni

A résztvevőket arra utasították, hogy 3 napig kövessék szokásos étrendjüket (bazális fázis), és további 3 napig fogyasszanak erjedő maradványokban gazdag étrendet (provokációs szakasz), amelynek során minden étkezés (reggeli, ebéd, vacsora) legalább egy adagot tartalmazott. a következő: a) teljes kiőrlésű vagy kukoricából készült kenyér, gabonafélék és péksütemények; b) bab, szójabab, kukorica, babszem vagy borsó; c) kelbimbó, karfiol, brokkoli, káposzta, zeller, hagyma, póréhagyma, fokhagyma vagy articsóka; és d) banán, füge, őszibarack, szőlő vagy aszalt szilva. Egy speciálisan képzett nővér részletes utasításokat adott a fogyasztandó ételekről, de az étrend kalóriatartalmát nem szabványosították. A résztvevőknek felajánlották, hogy az élelmiszereket közvetlenül a kutatási egységben szerezzék be. Az étrend betartásának kezelése érdekében a résztvevőket arra kérték, hogy töltsenek ki egy naplót, amelyben meghatározzák az elfogyasztott ételeket.

Az étrendi beavatkozás mindkét szakaszában a következő értékeléseket hajtották végre: (a) klinikai adatok; b) az anális gáz kiürítésének száma; c) mikrobiotanalízis (székletmintavétel az elmúlt 2 napban) a negyedik nap reggelén; d) a vizsgálati étkezés után keletkező bélgáz térfogata; és (e) a hasi gáz térfogata CT-leképezéssel csak a kiváltási szakasz után, csak betegeknél.

Mérések

Az anális gáz kiürítésének száma

A végbélnyílásonkénti gázkiürítések számát minden vizsgálati szakaszban eseményjelzővel (DT2000 Memory Stopwatch, Digi sport instruments, Shanggiu, Kína) mértük. A résztvevőket arra utasították, hogy nappal viseljék az eseményjelzőt, és regisztrálják a végbélnyílásonkénti minden gázkiürítést. Korábbi vizsgálatok egy eseményjelzővel egyidejűleg mérve a gázkiürítések számát és az anális gázkiürítés folyamatos rögzítését nagyon jó korrelációt mutattak.8–11

Klinikai adatok

A résztvevőket arra bízták, hogy az egyes vizsgálati fázisokban a 3 nap végén töltsenek ki egy kérdőívet, amely a következő paramétereket értékeli: (a) a bélmozgások száma és a széklet formája a Bristol-skála segítségével; 12 (b) szubjektív puffadásérzet (meghatározott anális gáz kiürítésével), hasi puffadás (nyomás/teltség), hasi feszülés (körzetnövekedés), borborygmi és hasi kellemetlenség/fájdalom, megfelelő 0–10 analóg skálával; és (c) emésztőrendszeri jólét, 10 fokos skálán, +5 (elégedettség) –5 (elégedetlenség) osztályozással. Az egyes vizsgálati fázisok utolsó napján mértük a testtömeget és a kerületet.

A teszt étkezés után keletkező bélgáz mennyisége

A gázgyűjtési teszteket minden vizsgálati fázis negyedik napján egy éjszakán át tartó böjt után végeztük. Normál ételt (normál vagy flatulogén) adtak be, és a kiürített gáz térfogatát 6 órán keresztül mértük, az előzőkben leírtak szerint; röviden a 13., 14., a gázt egy rektális ballonkatéterrel (20 F Foley katéter, Bard, Barcelona) gyűjtöttük össze. (Spanyolország) szivárgás nélküli vezetéken keresztül csatlakozott a barosztathoz, és a hangerőt folyamatosan rögzítették. A normál ételt az alapfázis végén adtuk be, és egy pohár tejből (opcionális kávé) és lekvárral vajas pirítósból állt (330 Kcal, 1,2 g rost); A flatulogén ételt a fertőzés fázisának végén adtuk be, főtt babból, kolbásszal, teljes kiőrlésű kenyérből és őszibarackkonzervből (874 Kcal, 26,5 g rost).

A hasi gáz térfogata

A hasi CT-vizsgálatokat a 6 órás gázgyűjtési teszt után, spirális, többszeletes CT-leolvasóval (M × 8000, Philips Medical Systems, Best, Hollandia) végeztük, a következő specifikációkkal: 120 kV és 50 mA expozíció, 2,5 mm vastagság, rekonstrukció 1,6 mm-es időközönként, 1,5 hangmagasság-arány és 512 × 512 felvételi mátrix.15 Ezekkel a jellemzőkkel a teljes effektív dózis 2,4 mSv volt, hasonlóan a CT-kolográfia dózisához és a standard dózisának kb. CT-vizsgálat.16 A hasi gáz térfogatát laboratóriumunkban kifejlesztett szoftver segítségével mértük meg.15

Mikrobiota elemzés

A PCR-termékek piroszekvenálása összesen 570 000 nyers szekvenciát eredményezett az összes mintából. Ezeket a szekvenciákat (vagy leolvasásokat) utólag a QIIME csővezeték V.1.3 segítségével (http://qiime.sourceforge.net/) szűrtük, Huse és mtsai ajánlásait követve. 19 Cd-hitet használtak a szekvenciák működési rendszertani klaszterezéséhez. egységek (OTU-k vagy taxonok) 97% -os szekvenciaazonosság mellett. Összehasonlítottuk ezt a megközelítést az UCLUST klaszterezési módszerrel is, hasonló eredményekkel a sokféleség és az OTU számok tekintetében. Az egyes OTU-k reprezentatív szekvenciáit PyNAST használatával igazítottuk a Greengenes sablon összehangolásához (2011. februári kiadás), és taxonómiát rendeltünk az OTU-khoz, amelyeket az Basic Local Alignment Search Tool és a Greengenes taxonómia fájlok segítségével észleltünk. Csak azokat a taxonokat vettük figyelembe, amelyeket legalább egy mintában az adott mintában lévő szekvenciák legalább 0,2% -a képvisel.

Statisztikai analízis

Mikrobiota elemzés

Az α és β mikrobiota sokféleség elemzéséhez a mintákat mintánként 1356 szekvenciára szubmintába vettük, hogy eltávolítsuk a szekvenálási mélység miatti torzításokat. Mintánként 1356 szekvenciával ritkán, az adatkészletünk összes mintájának Good átlagos lefedettsége átlagosan 97% volt (SD ± 0,84), ami azt jelenti, hogy ezen lefedettségi szinten egy további szekvenciának csak 3% az esélye, hogy egy korábbi láthatatlan típus. A távolságmátrixokat mind a súlyozott, mind a súlyozatlan UniFrac mérőszámok felhasználásával építették fel, és fák építéséhez az UPGMA (súlyozatlan páros csoportos módszer aritmetikai átlaggal) hierarchikus klaszterezést használtak.

Összehasonlítások

Minden alanyban átlagolták az egyes diéták napi méréseit. Minden alanycsoportban kiszámolták az összes mért paraméter átlagos vagy nagy átlagértékét (± SE). Az egyes változók (betegek és egészséges alanyok, a diéta kiváltása előtt és után) átfogó összehasonlítását Kruskal – Wallis nem-parametrikus varianciaanalízissel végeztük, és ha az adatsorok közötti variációt szignifikánsnak tekintettük (p 2 függetlenségi teszt (összesítve) összehasonlítás) és a Fisher-pontos teszt (két csoport összehasonlítása).

Eredmények

Alapfázis

A diéta kalóriatartalma a bazális periódusban hasonló volt a betegeknél (1584 ± 58 kcal/nap) és az egészséges egyéneknél (1582 ± 51 kcal/nap), de a rosttartalom alacsonyabb volt a betegeknél (13,3 ± 0,9 vs 17,7 ± 0,7 g/nap egészséges egyéneknél; p = 0,003).

A gázkiürítések száma

A diéta hatása a nappali végbélgáz kiürítésének számára. Vegye figyelembe a betegek magasabb számát, mint az egészséges alanyokban, mind a bazális (B), mind a provokáló étrend (C) során, és a markáns növekedést a provokációs étrend alatt. Az adatok egyedi értékek (napi három mérés átlaga a bazális fázisban és az utolsó 2 napos provokációs fázisban). A szaggatott vonal a normál tartomány felső határát jelenti az alapdiéta során.

Klinikai paraméterek

Az étrend hatása a klinikai paraméterekre. Tünetek (0-tól 10-ig értékelték) és emésztési kényelem (+5-től 5-ig értékelték) a bazális és a kihívási fázis utolsó napján. Az adatok átlag ± SE.

A gázelvezetés mennyisége

Normál reggeli után az egészséges alanyok átlagosan 269 ± 24 ml gázmennyiséget evakuáltak 6 óra alatt (3. ábra és lásd az online kiegészítő S1 ábrát). A betegek a szokásos reggeli után hasonló mennyiségű gázt evakuáltak (262 ± 22 ml; p = 0,943 az egészséghez viszonyítva) (3. ábra), annak ellenére, hogy az előző napokban mért nagyobb számú gázkiürítés történt; mindkét paraméter (az evakuált mennyiség és az előző napokban végzett evakuálások száma) korrelációja gyenge volt (R = 0,36; p = 0,048). A kiürítés aránya 5 órával a reggeli után csökkent mindkét csoportban (3. ábra).

Étkezés utáni rektális gázgyűjtés. Összesített adatok (átlag ± SE) a vizsgálati étkezés után.

Mikrobiális profilok

Az egészséges alanyokból származó minták filogenetikai jellemzése négy fő bakteriális phylát fedezett fel a következő arányokban: Firmicutes (50%), Bacteroidetes (46%), Actinobacteria (1,3%) és Proteobacteriumok (2,3%). Archaebacteriumok és kevésbé bőséges bakteriális phyla, például Fusobacteria, RF3, Tenericutes és Lentisphaerae is jelen voltak. Az összes taxonban 61 nemzetséget és 547 OTU-t azonosítottak, mintánként átlagosan 131 megfigyelt OTU-t. A szekvenciák 61% -át kitevő nemzetségek a következők voltak: Bacteroides (22%), Prevotella (18%), Faecalibacterium (8%), ismeretlen Lachnospiraceae (7%) és ismeretlen Ruminococcaceae (6,2%). Fajszinten ismeretlen Prevotella (14,6%), Bacteroides uniformis (6%), Bacteroides plebeius (5,6%), két ismeretlen Faecalibacterium (7,1%) és ismeretlen Roseburia (3,6%) képviselte a legbőségesebb taxonokat (37%) ). Methanobrevibacter smithii-t mutattak ki Archaea egyedüli képviselőjeként.

A mikrobiota változásai a taxonómia szintjén a diéta után. (A) Minden egyénre (20 egészséges alany és 29 beteg) megmutatja a Firmicutes (kék) és a Bacteroidetes (piros) bőségét a bazális (•) és a provokációs fázisban (▴) (vonallal összekötve). (B) A négy legelterjedtebb bakteriális phyla provokációs étrendje által kiváltott eltérések az alapvonaltól (egyedi adatokat és átlagértékeket mutatunk be).

A klinikai jellemzők és fiziológiai paraméterek kapcsolata

A bazális fázisban (a normális tartomány felső határa) a bazális állapotban (normális tartomány felső határa) több (n = 12) és napi kevesebb (n = 18) napi 18 evakuációval rendelkező betegek (normál tartomány felső határa) közötti különbségeket nem találtak a diéta kalória- és rosttartalmában, a hasi tünetek, a kiürített gáz mennyisége és a mikrobiális profilok (az adatokat nem mutatjuk be). Az élettani paramétereket összehasonlítottuk azon betegek alcsoportjai között, akik teljesítették az étkezés utáni distressz szindróma, az irritábilis bél szindróma és a funkcionális hasi fájdalom kritériumait. vizsgálatokat és mikrobiota profilt találtunk vagy a bazális fázis alatt, vagy a provokációs étrendre válaszul (a kiindulási értékekkel normalizált variációk).

Ezzel szemben számos összefüggést találtak a bakteriális taxonok és a tünetek között. A kiinduláskor három taxon pozitívan korrelált (Pearson-korreláció, R = 0,56-tól R = 0,71-ig; p, 27 A rektális megfelelés funkcionális bélbetegségben szenvedő betegeknél a bélszokáshoz kapcsolódik; alacsonyabb megfelelést mutattak ki a hasmenésben szenvedőknél. 26, 27 A bél mikrobiotájában a betegek és az egészséges alanyok közötti különbségek megmagyarázhatják a nettó gáztermelés változását, és elméletileg befolyásolhatják a bél működését, beleértve az érzékenységet és a tónusos motoros aktivitást, vagyis a megfelelést. 28 Valójában a gáz kiürítési gyakorisága pozitívan korrelált három baktérium taxonnal (B Ezek közül a B ovatus szignifikánsan nagyobb mennyiségben volt kimutatható a betegeknél. Figyelemre méltó, hogy a Bacteroides fragilis csoport ezen három együtt előforduló taxonját más vizsgálatokban is összefüggésbe hozták, és egy enterotoxin. Különösen a 29–31. A B ovatusok társultak szisztémás antitestválaszhoz gyulladásos bélbetegségben32 és az epithelialis integriumok változásával krónikus bélgyulladás állatmodelljeiben.33 Ezek a fajok gyulladásos utakat válthatnak ki, amelyek túlérzékenységhez és rossz bélgáz-toleranciához vezetnek.

Az étrend gáz evakuálásra gyakorolt, alapos módszertannal kapott, egészséges alanyok meglehetősen nagy populációjában nyert adataink megerősítik a korábbi megfigyeléseket.34, 35 az anális gáz kiürítése és a kiürített gáz mennyisége folyamatosan nőtt. Az étrend fokozta a gáztermelést és a kiürítést, valamint a kapcsolódó tünetek súlyosságát és csökkentette az emésztési kényelmet. A rost káros hatását az irritábilis bél tüneteire korábban leírták.36 Érdekes módon az egészséges egyének magas flatulogén étrendje hasonló tüneteket váltott ki, mint amilyeneket a betegek az alapállapotok alatt jelentettek. Úgy tűnik, hogy az étrend által befolyásolt tünetek mechanizmusa valószínűleg összefügg a gáztermelés növekedésével. Továbbá a flatulogén, magas szermaradványtartalmú étrend elképzelhetően megnövelte a béltartalmat, és ez magyarázhatja a testtömeg növekedését.

Adataink segíthetnek a puffadásra panaszkodó betegek kezelésének javításában. Ezeknek a betegeknek a diagnózisának tartalmaznia kell a kapcsolódó hasi tünetek és azok emésztőrendszeri jólétre gyakorolt hatásának szisztematikus értékelését. A specifikus kihívást jelentő étrendek lehetővé tehetik a betegek számára, hogy azonosítsák a leginkább sértő élelmiszereket. Úgy tűnik, hogy a mikrobiota alacsony robusztussága az étrendi kihívásokra reagálva döntő hibának számít a meteorizmusra panaszkodó betegeknél. A mikrobiota potenciális szerepe a bélműködésben és az élelmiszer-toleranciában olyan jövőbeli kezelési stratégiákat nyithat meg, amelyek praktikusabbak lehetnek, mint a korlátozó étrendek a hosszú távú betartáshoz.

Köszönetnyilvánítás

A szerzők köszönetet mondanak Maite Casausnak és Anna Aparicinak a technikai támogatásért (fiziológiai vizsgálatok), Gloria Santaliestra a titkársági segítségért, Ricardo Gonzalo, Francisca Gallego és Rosario M Prieto a tudományos és műszaki támogatási egységtől (Vall d'Hebron Kutatóintézet) a technikai segítségért. (szekvenálás), és Fidelma Greaves az angol javításokhoz nyújtott segítségéért.