Някои пациенти специално се оплакват от прекомерна евакуация на газове за ануса.

евакуация

Съдържанието на чревни газове зависи до голяма степен от образуването на газ чрез бактериална ферментация на неусвоени субстрати.

Диетата влияе върху евакуацията на аналния газ и микробния състав на червата.

Какви са новите открития?

Част от пациентите, оплакващи се от метеоризъм, са увеличили броя на евакуациите на газ, но нетният обем на евакуирания газ е в рамките на нормалното.

Метеоризмът е свързан с коремни симптоми.

Микробиотата на пациентите има дисбиотични черти и характерно реагира с нестабилност в микробния състав при консумация на плодова диета.

Редица бактериални таксони в червата корелират с аналната евакуация на газ и обема на евакуирания газ.

Как може да се отрази на клиничната практика в обозримо бъдеще?

Диетата влияе върху метеоризма, коремните симптоми, храносмилателния комфорт и стабилността на чревната микробна екосистема при пациенти, оплакващи се от метеоризъм.

Микробните биомаркери могат да предскажат симптоми, свързани с метеоризъм.

Въведение

Някои пациенти се оплакват от прекомерна евакуация на газове за анус, което може да стане социално увреждащо. Физиологията и патофизиологията на метеоризма обаче остават слабо разбрани. 1, 2

Газът, евакуиран за анус, произхожда като цяло от дебелото черво, където неусвоените остатъци от брашно се ферментират от бактерии на дебелото черво.3–5 Въпреки това, дори при една и съща диета, количеството на образуваното газове показва много големи индивидуални различия. Следователно, обемът на произведения и евакуиран газ за анус се определя от два основни фактора: диетата, по-специално количеството ферментиращи остатъци и състава и метаболитната активност на микробиотата на дебелото черво.

Ние предположихме, че пациентите, които се оплакват от прекомерно преминаване на газове в ануса: (а) наистина имат по-голям брой газови евакуации при обичайната си диета, отколкото здравите субекти; (б) имат повече производство на чревни газове и евакуират по-голям обем газ; в) евакуацията на газ зависи от диетата, но разликите в броя на евакуациите и обема на евакуирания газ между пациентите и здравия субект не се дължат на различия в диетата, т.е. присъстват и при стандартизирана диета; и (г) тези различия са свързани с разликите в микробиотата на дебелото черво. Следователно целите ни бяха да определим: (а) ефекта от диетата върху броя на евакуациите на газ и обема на евакуирания газ; б) дали броят на евакуациите и евакуираният обем газ са увеличени при пациенти, оплакващи се от метеоризъм; и в) връзките между диетата, коремните усещания, евакуацията на газове и микробиотата на дебелото черво. За тази цел ние създадохме цялостно проучване, сравняващо пациенти, оплакващи се от прекомерно преминаване на газове в ануса и здрави субекти. Възползвахме се от високопроизводителната технология за секвениране и наскоро разработени биоинформативни инструменти, за да анализираме цялостно целия спектър на чревните микробни общности.

материали и методи

Участници

В проучването са участвали общо 30 пациенти, оплакващи се от прекомерно преминаване на газове в ануса (възрастови граници 25–65 години) и 20 здрави индивида без стомашно-чревни симптоми (възрастови граници 21–63 години). Консумацията на антибиотици през предходните 2 месеца беше критерий за изключване. Пациентите, които са се консултирали за прекомерно преминаване на газ в ануса, са инструктирани да попълнят проспективно клиничен въпросник (вж. Подробности в раздела за клинични данни по-долу) в продължение на 3 дни (период на влизане), и само тези, които са оценили аналната евакуация на газ ≥5 по 10 точки скала бяха предложени за участие в изследването. Всички пациенти съобщават за свързани симптоми и са изпълнили критерии на Рим III за синдром на дистрес след хранене (n = 15), синдром на раздразненото черво (n = 11; преобладават пет диарии, преобладават два запека и четири редуващи се) или функционална коремна болка (n = 4) .6, 7 При здрави субекти беше извършена същата оценка по време на входния период, за да се потвърди липсата на стомашно-чревни симптоми. Субектите са дали писмено информирано съгласие за участие в проучването. Протоколът за проучването е одобрен преди това от Институционалния съвет за преглед на университетската болница Vall d'Hebron.

Уча дизайн

Участниците бяха инструктирани да следват обичайната си диета в продължение на 3 дни (базална фаза) и да консумират диета, богата на ферментиращи остатъци, за още 3 дни (предизвикателна фаза), през която всяко хранене (закуска, обяд, вечеря) включваше поне една порция от следното: а) хляб, зърнени храни и сладкиши от пълнозърнеста пшеница или царевица; б) боб, соя, царевица, боб или грах; в) брюкселско зеле, карфиол, броколи, зеле, целина, лук, праз, чесън или артишок; и г) банан, смокиня, праскова, грозде или сини сливи. Специално обучена медицинска сестра предостави подробни инструкции относно храните, които трябва да се консумират, но калоричното съдържание на диетата не беше стандартизирано. На участниците беше предложено да получат храните директно в изследователската единица. За да отговорят на спазването на диетата, участниците бяха инструктирани да попълнят дневник, в който се посочват консумираните храни.

По време на двете фази на диетична интервенция бяха извършени следните оценки: (а) клинични данни; б) брой анални евакуации на газ; в) анализ на микробиота (вземане на проби от изпражненията за последните 2 дни) сутрин на четвъртия ден; г) обем чревни газове, произведени след пробно хранене; и (д) обем на коремни газове чрез КТ образна диагностика само след предизвикателната фаза само при пациенти.

Измервания

Брой анални евакуации на газ

Броят на евакуациите на газ за анус беше измерен с помощта на маркер за събитие (DT2000 Хронометър за памет, Digi sport tools, Shanggiu, Китай) по време на всяка фаза на изследване. Участниците бяха инструктирани да носят маркера на събитието през деня и да регистрират всяка евакуация на газ за анус. Предишни проучвания, измерващи броя на евакуациите на газ едновременно с маркер за събитие и непрекъснато регистриране на аналната евакуация на газ, показаха много добра корелация.8-11

Клинични данни

Участниците бяха инструктирани да попълнят въпросник в края на 3-те дни по време на всяка фаза на изследването, който оценява следните параметри: (а) брой движения на червата и форма на изпражнения, използвайки скалата на Бристол; 12 (б) субективни усещания за метеоризъм (дефинирани като анална евакуация на газове), подуване на корема (налягане/пълнота), раздуване на корема (нарастване на обиколката), борборигми и коремен дискомфорт/болка, чрез съответстващи 0–10 аналогови скали; и (в) храносмилателно благосъстояние, използвайки 10-степенна скала, оценена от +5 (удовлетворение) до −5 (недоволство). В последния ден от всяка фаза на изследване се измерва телесното тегло и обиколката.

Обем на чревните газове, произведени след пробно хранене

Тестовете за събиране на газ бяха проведени след бързо нощуване, четвъртия ден от всяка фаза на изследването. Приложено е стандартно хранене (нормално или плодово) и обемът на евакуирания газ се измерва в продължение на 6 часа, както е описано по-рано; 13, 14 накратко, газът се събира с помощта на ректален балонен катетър (20 F Foley катетър, Bard, Барселона, Испания), свързан чрез линия без течове към баростат и обемът се записва непрекъснато. Нормалното хранене се прилага в края на основната фаза и се състои от чаша мляко (кафе по избор) и препечени филийки с мармалад (330 Kcal, 1,2 g фибри); плодовитото хранене се прилага в края на предизвикателната фаза и се състои от варени зърна с наденица, пълнозърнест хляб и консервирана праскова (874 Kcal, 26,5 g фибри).

Обем на коремните газове

КТ на коремната кухина са получени след 6-часов тест за събиране на газ с винтов многослоен CT скенер (M × 8000, Philips Medical Systems, Best, Холандия) със следните спецификации: експозиция от 120 kV и 50 mAs, дебелина на сечението от 2,5 mm, реконструкция на интервали от 1,6 mm, съотношение на стъпката 1,5 и матрица за придобиване 512 × 512.15 С тези характеристики общата ефективна доза е 2,4 mSv, подобно на дозата на CT колография и приблизително една четвърт от дозата на стандартен CT сканиране.16 Обемът на коремните газове беше измерен с помощта на софтуерна програма, разработена в нашата лаборатория

Анализ на микробиота

Пиросеквенирането на PCR продуктите генерира общо 570 000 сурови последователности от всички проби. Тези последователности (или четения) впоследствие бяха филтрирани с помощта на V.1.3 на тръбопровода QIIME (http://qiime.sourceforge.net/), следвайки препоръките на Huse et al. 19 Cd-hit беше използван за групиране на последователности в оперативна таксономична единици (OTU или таксони) при 97% идентичност на последователността. Също така сравнихме този подход с метода на клъстериране UCLUST, с подобни резултати по отношение на разнообразието и OTU числата. Представителни последователности за всяка OTU бяха подравнени с помощта на PyNAST спрямо подравняването на шаблона на Greengenes (издание от февруари 2011 г.), а таксономията беше присвоена на OTUs, открити с помощта на Basic Local Alignment Search Tool и файла за картографиране на таксономията на Greengenes. Ние разгледахме само таксони, които бяха представени в поне една проба с поне 0,2% от последователностите в тази проба.

Статистически анализ

Анализ на микробиота

За анализи на разнообразие на α и β микробиота, пробите бяха подбрани до 1356 последователности на проба, за да се премахнат отклоненията поради дълбочината на секвениране. Разредени при 1356 последователности на проба, всички проби в нашия набор от данни са имали средно покритие на Good от 97% (SD ± 0,84), което означава, че на това ниво на покритие допълнителна последователност ще има само 3% шанс да принадлежи към предишен невидим тип. Разстоятелните матрици бяха изградени, използвайки както претеглените, така и непретеглените UniFrac метрики, а йерархично клъстериране с UPGMA (метод на нетегната двойка с аритметична средна стойност) беше използвано за изграждане на дървета.

Общи сравнения

При всеки субект бяха осреднени дневните измервания по време на всяка диета. Във всяка група субекти бяха изчислени средни или големи средни стойности (± SE) на всички измерени параметри. Цялостното сравнение на всяка променлива между наборите от данни (пациенти и здрави субекти, преди и след диетично предизвикателство) беше извършено чрез непараметричен дисперсионен анализ на Kruskal – Wallis и ако вариацията между наборите от данни беше счетена за значима (р 2 тест за независимост (общо сравнение) и точния тест на Fisher (сравнение на две групи).

Резултати

Базална фаза

Калоричното съдържание на диетата през базовия период е сходно при пациенти (1584 ± 58 kcal/ден) и здрави индивиди (1582 ± 51 kcal/ден), но съдържанието на фибри е по-ниско при пациентите (13,3 ± 0,9 срещу 17,7 ± 0,7 g/ден при здрави индивиди; p = 0,003).

Брой газови евакуации

Ефект от диетата върху броя на дневните евакуации на анален газ. Обърнете внимание на по-големия брой при пациентите, отколкото при здравите индивиди, както по време на базалната (B), така и при предизвикателната диета (C) и значително увеличение по време на предизвикателната диета. Данните са индивидуални стойности (средно три дневни измервания по време на основната фаза и последните 2 дни фаза на предизвикване). Пунктираната линия представлява горната граница на нормата по време на основната диета.

Клинични параметри

Ефект на диетата върху клиничните параметри. Симптоми (отбелязани от 0 до 10) и храносмилателен комфорт (отбелязани от +5 до -5) в последния ден на базалната и предизвикателната фази. Данните са средно ± SE.

Обем на евакуацията на газ

След нормална закуска здравите субекти евакуират среден обем от 269 ± 24 ml газ за 6 часа (фигура 3 и вижте допълнителната фигура онлайн S1). Пациентите евакуират подобен обем газ след стандартната закуска (262 ± 22 ml; p = 0,943 спрямо здравето) (фигура 3), въпреки по-големия брой евакуации на газ, измерен през предходните дни; корелацията и на двата параметъра (обемът на евакуираните спрямо броя на евакуациите през предходните дни) беше лош (R = 0,36; p = 0,048). Степента на евакуация намалява 5 часа след закуска и в двете групи (фигура 3).

Постпрандиално събиране на ректален газ. Кумулативни данни (означава ± SE) след пробно хранене.

Микробни профили

Филогенетичното характеризиране на проби от здрави субекти разкри четири основни бактериални тила в следните пропорции: Firmicutes (50%), Bacteroidetes (46%), Actinobacteria (1.3%) и Proteobacteria (2.3%). Присъстваха също архебактерии и по-рядко разпространени бактериални видове като Fusobacteria, RF3, Tenericutes и Lentisphaerae. Във всички таксони са идентифицирани 61 рода и 547 OTU, със средно 131 наблюдавани OTU на проба. Родовете, които представляват 61% от последователностите, са: Bacteroides (22%), Prevotella (18%), Faecalibacterium (8%), неизвестни Lachnospiraceae (7%) и неизвестни Ruminococcaceae (6.2%). На видово ниво неизвестни Prevotella (14,6%), Bacteroides uniformis (6%), Bacteroides plebeius (5,6%), две неизвестни Faecalibacterium (7,1%) и неизвестна Roseburia (3,6%) представляват най-разпространените таксони (37% ). Methanobrevibacter smithii е открит като единствен представител на Archaea.

Промени в микробиотата на ниво таксономия след предизвикателна диета. (А) За всеки индивид (20 здрави индивида и 29 пациенти) е показано изобилието на Firmicutes (в синьо) и Bacteroidetes (в червено) по време на базалната (•) и предизвикателната фаза (▴) (свързани с линия). (Б) Вариации от изходното ниво, предизвикани от предизвикателната диета на четирите най-разпространени бактериални тила (показани са индивидуални данни и средни стойности).

Връзка на клиничните характеристики и физиологичните параметри

Не са открити разлики между пациентите с повече (n = 12) спрямо тези с по-малко (n = 18) от 18 евакуации на ден по време на базални състояния (горна граница на нормалния диапазон) по време на базалната фаза в калоричното съдържание и съдържанието на фибри в диетата, корема симптоми, обем на евакуирания газ и микробни профили (данните не са показани). Физиологичните параметри бяха сравнени между подгрупите на пациентите, отговарящи на критериите за постпрандиален дистрес синдром, синдром на раздразненото черво и функционална коремна болка и липса на постоянни разлики в броя на евакуациите на газ, обема на евакуирания газ след тестовото хранене, обема на дебелото черво, измерено в CT открити са сканирания и профил на микробиота или по време на базалната фаза, или в отговор на предизвикателната диета (вариации, нормализирани спрямо изходното ниво).

За разлика от това бяха открити няколко връзки между бактериални таксони и симптоми. На изходно ниво три таксона положително корелират (корелация на Пиърсън, от R = 0,56 до R = 0,71; p, 27 Ректалното съответствие при пациенти с функционални чревни нарушения е свързано с навика на червата; по-ниско съответствие е показано при тези с диария. 26, 27 Разликите в чревната микробиота между пациенти и здрави индивиди могат да обяснят промените в нетното производство на газ и теоретично биха могли да повлияят на функцията на червата, включително чувствителност и тонична двигателна активност, т.е. съответствие, 28. В действителност, честотата на евакуация на газ е положително корелирана с три бактериални таксона (B uniformis, B ovatus и P distasonis). Сред тях е установено, че B ovatus има значително по-голямо изобилие при пациентите. Забележително е, че тези три едновременно срещащи се таксони от групата Bacteroides fragilis също са били свързани в други проучвания и са производители на ентеротоксин.29–31 В оватус по-специално се свързва със системен отговор на антитела при възпалително заболяване на червата32 и с промени в епителните интегри при животински модели на хронично чревно възпаление.33 Тези видове могат да предизвикат възпалителни пътища, водещи до свръхчувствителност и лоша поносимост на чревни газове.

Нашите данни за ефекта от диетата върху евакуацията на газове, получени с подробна методология при доста голяма популация от здрави индивиди, потвърждават предишни наблюдения.34, 35 Ефектът от високата флотулогенна диета при пациентите е подобен, както при здравите индивиди, както броят на аналните газови евакуации и обема на евакуирания газ постоянно се увеличават. Диетата повишава производството на газ и евакуацията, както и тежестта на свързаните симптоми, и намалява храносмилателния комфорт. Вредният ефект на фибрите върху симптомите на раздразнените черва е описан по-рано.36 Интересното е, че високата дебела диета при здрави индивиди предизвиква симптоми, подобни на тези, съобщени от пациентите по време на базални състояния. Механизмът, чрез който диетата повлиява симптомите, изглежда е свързан с нарастването на производството на газ. Освен това, диета с високо съдържание на остатъци, вероятно увеличава чревното съдържание и това може да обясни увеличаването на телесното тегло.

Нашите данни могат да помогнат за подобряване на управлението на пациенти, оплакващи се от метеоризъм. Диагнозата на тези пациенти трябва да включва систематична оценка на свързаните коремни симптоми и тяхното въздействие върху храносмилателното благосъстояние. Специфичните диети за предизвикателства могат да позволят на пациентите да идентифицират най-обидните храни. Ниската устойчивост на микробиотата в отговор на диетичните предизвикателства изглежда е решаващ дефект при пациенти, оплакващи се от метеоризъм. Потенциалната роля на микробиотата върху функцията на червата и толерантността към храната може да отвори бъдещи стратегии за лечение, които може да са по-практични от рестриктивните диети за спазване на дълги разстояния.

Благодарности

Авторите благодарят на Maite Casaus и Anna Aparici за техническа подкрепа (физиологични изследвания), Gloria Santaliestra за секретарска помощ, Ricardo Gonzalo, Francisca Gallego и Rosario M Prieto от звеното за научна и техническа поддръжка (Изследователски институт Vall d'Hebron) за техническата им помощ (последователност) и Fidelma Greaves за нейното съдействие с английските корекции.