Role of the Microbiota in Obesity: Effect After Bariatric Surgery (MICROOBAR)

1. Úvod Obezita je chronické onemocnění s významným dopadem na zdraví a vysokou ekonomickou zátěží. Jeho prevalence v globální populaci vzrostla z 5 % v roce 1975 na 13 % v roce 2014. Na základě těchto údajů se očekává, že do roku 2025 bude pětina světové populace obézní. Navíc je obezita uznávána jako nejvýznamnější rizikový faktor pro rozvoj diabetes mellitus 2. typu (T2DM). V souladu s tím byl pozorován paralelní nárůst prevalence T2DM, který v současnosti postihuje 9 % světové populace, s odhadovaným zvýšením na 12 % do roku 2025. Metabolické změny spojené s obezitou zvyšují riziko kardiovaskulárních onemocnění, včetně ischemické choroby srdeční a infarktu myokardu.

   V současnosti je bariatrická chirurgie doporučovanou léčbou pro redukci hmotnosti a zlepšení glykemické kontroly u obézních pacientů, zejména u těch, kteří nedosahují adekvátních výsledků prostřednictvím medikamentózní terapie a změny životního stylu. Mezi různými dostupnými chirurgickými technikami je laparoskopický gastrický bypass (LGB) – který radikálně reorganizuje architekturu gastrointestinálního traktu a kombinuje intestinální malabsorpci s omezením příjmu potravy – nejuznávanější a nejčastěji prováděný zákrok v Evropě pro léčbu morbidní obezity.

   Nedávno byly publikovány metaanalýzy porovnávající metabolické výsledky různých bariatrických postupů; ty jsou však založeny na malém počtu randomizovaných kontrolovaných studií a především na studiích s významnými omezeními, jako je retrospektivní design, zařazení heterogenních kohort se širokým rozsahem indexu tělesné hmotnosti a délky trvání diabetu a krátká doba sledování. Většina těchto studií uvádí srovnatelné krátkodobé výsledky; nicméně studie STAMPEDE prokázala po třech letech nadřazené metabolické výsledky s LGB. Naopak studie zahrnující striktně malabsorpční postupy ukázaly vyšší míry remise T2DM a nižší riziko recidivy onemocnění.

   Nedávná analýza velkých heterogenních klinických kohort identifikovala kratší délku trvání diabetu, nižší bazální hladiny glukózy nalačno a postupy odvádějící žaludeční obsah distálně do tenkého střeva – spíše než restriktivní postupy – jako nezávislé prediktory vyšších mírem remise T2DM po dvou letech sledování. Zůstává nejasné, zda je to důsledkem většího úbytku hmotnosti dosaženého těmito postupy, nebo zda jsou zapojeny jiné faktory, zejména dynamika střevních hormonů. Chirurgie střevního bypassu vylučující duodenum vede ke zvýšené sekreci inkretinových hormonů, konkrétně glukagonu podobného peptidu 1 (GLP-1) a orexigenního peptidu YY (PYY), v důsledku rychlého vyprazdňování žaludku a časného příchodu nestrávené potravy do ilea. Přehnaná sekrece GLP-1 je považována za jeden z hlavních mechanismů podílejících se na zlepšené funkci β-buněk u T2DM po operaci. Některé studie však zpochybnily roli GLP-1 jako primárního faktoru zodpovědného za remisi diabetu. Navíc vyloučení žaludečního fundu vede ke snížené sekreci orexigenního hormonu ghrelinu, což vede k potlačení chuti k jídlu a zvýšené sekreci inzulínu. Oba mechanismy byly skutečně popsány v observačních studiích po LGB a jsou spojeny se zlepšenou glukózovou homeostázou.

   Dále nedávné studie naznačují, že střevní mikrobiota může hrát důležitou roli v metabolické regulaci a v modulaci lokálních i systémových zánětlivých odpovědí. Obezita a T2DM jsou spojeny se změnami v množství a složení střevních bakterií, stejně jako v jejich biologické diverzitě. Přesné mechanismy, kterými střevní mikrobiota ovlivňuje metabolické vlastnosti, zůstávají nejasné, ale mohou zahrnovat fermentační produkty dietní vlákniny, zejména mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA: butyrát, propionát a acetát), které ovlivňují energetickou homeostázu. Nedávný objev receptorů v široké škále typů buněk a tkání, pro které se SCFA zdají být přirozenými ligandy, dále zdůrazňuje jejich potenciální roli v interakcích střevní mikrobioty a metabolismu. Dalším relevantním mechanismem přímého vlivu mikrobioty na metabolickou regulaci může být její spojení s nástupem a progresí subklinického zánětu, který přispívá k rozvoji inzulínové rezistence a T2DM. Bylo navrženo, že obezita a T2DM jsou spojeny se zvýšenou translokací bakteriálních lipopolysacharidů do krevního oběhu, což následně spouští aktivaci vrozené imunity v tukové tkáni.

   Zatímco modulace střevní mikrobioty byla prokázána jako účinná v prevenci obezity a zlepšení metabolického stavu v myších modelech obezity a T2DM, lidská data podporující takové účinky u obézních diabetických pacientů jsou mnohem méně přesvědčivá. Nedávná studie zkoumající vliv transplantace fekální mikrobioty od štíhlých dárců prokázala mírná zlepšení inzulínové senzitivity u mužských příjemců s metabolickým syndromem šest – ale ne osmnáct – týdnů po transplantaci. Proto se střevní mikrobiota jeví jako relevantní přispěvatel a pravděpodobně klíčový faktor spojující životní styl a biologii hostitele.

   Dosud byla identifikována intestinální dysbióza u nadváhy a mírné obezity, jak dokládají výrazné změny ve složení střevní mikrobioty (obohacení nebo vyčerpání specifických bakteriálních skupin) a snížená bohatost mikrobiálních genů, obojí spojené s metabolickými poruchami, jako je inzulínová rezistence, nízký stupeň zánětu a hypertrofie adipocytů. Charakteristiky střevní mikrobioty však zůstávají v extrémních formách obezity málo prozkoumány, navzdory rostoucí prevalenci těžké (BMI > 35 kg/m²) a morbidní obezity (BMI > 40 kg/m²) celosvětově, která v současnosti postihuje 2,3 % mužů a 5 % žen. Ačkoli někteří jedinci s těžkou obezitou zůstávají metabolicky zdraví, obecně dosažení BMI > 35 kg/m² významně zvyšuje riziko chronických poruch. Navíc metabolicky zdraví obézní jedinci často v průběhu času vyvinou metabolické změny a komorbidity.

   Navzdoli dobře zdokumentovaným zlepšením metabolismu a zánětu po bariatrické chirurgii – a její asociaci se změnami střevní mikrobioty – nedávné studie naznačují, že snížená mikrobiální bohatost a kompoziční změny jsou spojeny s nepříznivými metabolickými výsledky u nadváhy nebo mírné obezity, ale zůstávají v těžké obezitě málo charakterizovány. Dále se objevují důkazy, že složení střevní mikrobioty se po bariatrické chirurgii plně neobnoví. Kromě toho Santos-Marcos et al. nedávno nahlásili rozdíly v složení střevní mikrobioty související s pohlavím, stejně jako variace mezi ženami v různých hormonálních stádiích, což může být základem sexuálního dimorfismu pozorovaného v incidenci metabolických onemocnění a souvisejících komorbidit.

   Bariatrická chirurgie je účinná intervence, která podporuje úbytek hmotnosti a zlepšuje glykemickou kontrolu. Kromě pozitivní modulace žlučových kyselin a střevních hormonů tato chirurgie vyvolává hluboké změny ve složení střevní mikrobioty, což je důležitý přispěvatel ke zdravotním účinkům zprostředkovaným bariatrickými postupy. Nicméně v případech těžké obezity nedávná data zpochybnila převládající pohled, protože bakteriální druhy spojené s nízkou mikrobiální bohatostí (před operací) se po bariatrické chirurgii zdají měnit pouze okrajově navzdory výrazným metabolickým zlepšením. Abychom otestovali platnost nebo nekonzistenci této premisy, zavedli jsme komparativní analýzu metabolických parametrů a rizikových faktorů u obézních jedinců podstupujících chirurgickou intervenci pro hubnutí. Dále exprese a identifikace periferních biomarkerů, jako jsou gastrointestinální peptidy, může umožnit lepší charakterizaci fenotypů obezity a přesnější diagnózu, čímž se zlepší léčba a sledování obezity na individualizovaném základě.

   Navíc navrhujeme prozkoumat, zda jsou změny ve střevní mikrobiotě úzce spojeny s metabolickými abnormalitami a zda může intervenční úbytek hmotnosti prostřednictvím bariatrické chirurgie určit diferenciální odpověď ve střevní mikrobiální diverzitě a metabolických biomarkerech napříč různými stupni a fenotypy obezity, stejně jako mezi pohlavími.

2. Materiály a metody 2.1. Design studie a účastníci Byla navržena prospektivní, intervenční, komparativní a translační klinická studie. Pro dosažení navržených cílů bude rekrutováno 60 obézních pacientů plánovaných na bariatrickou chirurgii na oddělení všeobecné a trávicí chirurgie ve stejné nemocnici. Pacienti budou postupně zařazováni, jak budou navštěvovat Jednotku pro obezitu na oddělení endokrinologie v nemocnici Hospital Universitario Doctor Peset, dokud nebude dosaženo požadovaného počtu, a za předpokladu, že splní níže popsaná inkluzní a exkluzní kritéria.

   • Inkluzní kritéria: pacienti s indexem tělesné hmotnosti (BMI) větším než 40 kg/m² (nebo > 35 kg/m² s minimálně jednou komorbiditou obezity), ve věku mezi 18 a 65 lety a se známou délkou trvání obezity přesahující pět let.
   • Exkluzní kritéria: vzhledem k povaze studie budou vyloučeni pacienti s akutními nebo chronickými zánětlivými onemocněními, stanovenou jaterní nebo renální insuficiencí (definovanou jako hladiny transamináz ±2 SD od průměru a odhadovaná glomerulární filtrační rychlost [CKD-EPI vzorec] >60), nádorovými onemocněními nebo sekundárními příčinami obezity (např. hypotyreóza, Cushingův syndrom).

Před účastí všichni pacienti – nebo jejich zákonní zástupci – podepíší informovaný souhlas po obdržení podrobného vysvětlení cílů studie a zodpovězení všech otázek. Studie bude dodržovat etické principy Helsinské deklarace a jejích následných dodatků a obdrží schválení od etické komise nemocnice. Veškeré lékařské informace a data shromážděná během studie budou uchovávány důvěrně v souladu s národními zákony.

Pro posouzení vlivu stupně adipozity budou pacienti klasifikováni do tří skupin podle BMI: 1) Těžká obezita: BMI 35-40 kg/m², 2) Morbidní obezita: BMI 40-50 kg/m², 3) Extrémní obezita: BMI >50 kg/m².

Pro vyhodnocení vlivu metabolického profilu budou pacienti také rozděleni do dvou skupin: metabolicky zdraví obézní (MHO) a metabolicky abnormální obézní (MAO), upraveno podle věku a pohlaví. Podle dříve stanovených kritérií jsou jedinci MAO definováni jako ti, kteří mají alespoň dvě z následujících kardiometabolických alterací: 1) Plazmatická glukóza nalačno ≥100 mg/dL nebo užívání antidiabetik; 2) Systolický krevní tlak (SBP) ≥130 mmHg a/nebo diastolický krevní tlak (DBP) ≥85 mmHg, nebo užívání antihypertenziv; 3) Koncentrace triglyceridů ≥150 mg/dL; 4) HDL-cholesterol <40 mg/dL u mužů nebo <50 mg/dL u žen, nebo užívání hypolipidemik. Naopak jedinci MHO jsou definováni jako ti, kteří nesplňují žádné z výše uvedených kritérií. Kromě toho budou analyzovány také rozdíly související s pohlavím.

Před operací dietolog-výživový poradce provede dietní intervenci spočívající v hypokalorické dietě individualizované podle nutričních požadavků pacienta a upravené pro obezitu. Dietní plán bude kvalitativně kompletní, dodržující následující distribuci makronutrientů: 55 % sacharidů, 30 % tuků a 15 % bílkovin. Během dvou týdnů předcházejících metabolické chirurgické proceduře bude podávána velmi nízkokalorická dieta pomocí sáčků Optisource®, rozdělených do tří denních příjmů. Dietní intervence po bariatrické chirurgii bude prováděna postupně s cílem úbytku hmotnosti a metabolické normalizace. Následné kontroly proběhnou po 1, 6 a 12 měsících s ohledem na individuální toleranci a nutriční požadavky.

2.2. Sběr dat a analýza Všichni subjekty podstoupí vstupní hodnocení, včetně posouzení nutričního stavu a kardiovaskulárních rizikových faktorů a komorbidit (hypertenze, obstrukční spánková apnoe, dyslipidemie), stejně jako hodnocení k vyloučení sekundárních příčin obezity. Během studie, jak na začátku, tak během pooperačních sledování, budou pacienti podstupovat analytická hodnocení, hodnocení tělesného složení a bazálního metabolismu, studie mikrobioty a stanovení gastrointestinálních hormonů. Získané výsledky budou analyzovány pomocí SPSS 17.0. Pro kategorické proměnné bude hodnocena distribuce frekvencí a celkové procento případů. Pro kvantitativní proměnné bude analyzován průměr, rozsah a směrodatná odchylka. Pro určení, zda kvantitativní proměnné následují normální rozdělení, bude proveden Kolmogorovův-Smirnovův test. Rozdíly v metabolických proměnných mezi skupinami (pohlaví, metabolický profil) budou analyzovány pomocí nepárového t-testu nebo Mann-Whitneyho U testu, a pro stupně obezity bude provedena ANOVA. Pro vyhodnocení změn po chirurgické intervenci bude provedena ANOVA s opakovanými měřeními nebo párový t-test. Nakonec budou korelace hodnoceny pomocí Pearsonovy nebo Spearmanovy bivariační korelace. Dále budou provedeny logistické regresní analýzy pro vývoj prediktivních modelů pro specifické skupiny.