Rola mikrobioty w otyłości: efekt po operacji bariatrycznej (MICROOBAR)

1. Wprowadzenie Otyłość jest chorobą przewlekłą o znacznym wpływie na zdrowie i dużym obciążeniu ekonomicznym. Jej rozpowszechnienie w populacji światowej wzrosło z 5% w 1975 roku do 13% w 2014 roku. Na podstawie tych danych szacuje się, że do 2025 roku jedna piąta populacji świata będzie otyła. Ponadto, otyłość jest uznawana za najważniejszy czynnik ryzyka rozwoju cukrzycy typu 2 (T2DM). W związku z tym obserwuje się równoległy wzrost rozpowszechnienia T2DM, która obecnie dotyka 9% światowej populacji, z szacowanym wzrostem do 12% do 2025 roku. Zaburzenia metaboliczne związane z otyłością zwiększają ryzyko chorób sercowo-naczyniowych, w tym choroby wieńcowej i zawału mięśnia sercowego.

   Obecnie, chirurgia bariatryczna jest zalecanym leczeniem w celu redukcji masy ciała i poprawy kontroli glikemii u pacjentów otyłych, szczególnie u tych, którzy nie osiągają odpowiednich wyników poprzez leczenie farmakologiczne i modyfikację stylu życia. Spośród dostępnych różnych technik chirurgicznych, laparoskopowe ominięcie żołądka (LGB) – które drastycznie reorganizuje architekturę przewodu pokarmowego i łączy złe wchłanianie jelitowe z ograniczeniem przyjmowania pokarmu – jest najbardziej uznaną i powszechnie wykonywaną procedurą w Europie w leczeniu otyłości olbrzymiej.

   Ostatnio opublikowano metaanalizy porównujące wyniki metaboliczne różnych procedur bariatrycznych; jednak opierają się one na niewielkiej liczbie randomizowanych badań kontrolowanych i głównie na badaniach z istotnymi ograniczeniami, takimi jak retrospektywny projekt, włączenie heterogenicznych kohort z szerokim zakresem wskaźnika masy ciała i czasu trwania cukrzycy oraz krótkie okresy obserwacji. Większość tych badań wskazuje na porównywalne krótkoterminowe wyniki; niemniej jednak, badanie STAMPEDE wykazało lepsze wyniki metaboliczne z LGB po trzech latach. Odwrotnie, badania obejmujące ściśle malabsorpcyjne procedury wykazały wyższe wskaźniki remisji T2DM i niższe ryzyko nawrotu choroby.

   Ostatnia analiza dużych, heterogenicznych kohort klinicznych zidentyfikowała krótszy czas trwania cukrzycy, niższe wyjściowe poziomy glukozy na czczo oraz procedury kierujące treść żołądkową dystalnie do jelita cienkiego – zamiast procedur restrykcyjnych – jako niezależne czynniki predykcyjne wyższych wskaźników remisji T2DM po dwóch latach obserwacji. Nadal nie jest jasne, czy jest to konsekwencja większej utraty masy ciała osiągniętej dzięki tym procedurom, czy też zaangażowane są inne czynniki, szczególnie dynamika hormonów jelitowych. Chirurgia omijająca jelito z wyłączeniem dwunastnicy prowadzi do zwiększonego wydzielania hormonów inkretynowych, szczególnie peptydu glukagonopodobnego 1 (GLP-1) i oreksygenicznego peptydu YY (PYY), z powodu szybkiego opróżniania żołądka i wczesnego dotarcia niestrawionego pokarmu do jelita krętego. Przesadne wydzielanie GLP-1 jest uważane za jeden z głównych mechanizmów leżących u podstaw poprawy funkcji komórek β w T2DM po operacji. Jednak niektóre badania podważają rolę GLP-1 jako głównego czynnika odpowiedzialnego za remisję cukrzycy. Dodatkowo, wyłączenie dna żołądka skutkuje zmniejszonym wydzielaniem oreksygenicznego hormonu greliny, prowadząc do supresji apetytu i zwiększonego wydzielania insuliny. Rzeczywiście, oba mechanizmy zostały opisane w badaniach obserwacyjnych po LGB i są związane z poprawą homeostazy glukozy.

   Ponadto, ostatnie badania sugerują, że mikrobiota jelitowa może odgrywać ważną rolę w regulacji metabolicznej i modulacji zarówno lokalnych, jak i systemowych odpowiedzi zapalnych. Otyłość i T2DM są związane ze zmianami w obfitości i składzie bakterii jelitowych, a także w ich różnorodności biologicznej. Dokładne mechanizmy, poprzez które mikrobiota jelitowa wpływa na cechy metaboliczne, pozostają niejasne, ale mogą obejmować produkty fermentacji błonnika pokarmowego, szczególnie krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA: maślan, propionian i octan), które wpływają na homeostazę energetyczną. Odkrycie receptorów w szerokim zakresie typów komórek i tkanek, dla których SCFA wydają się być naturalnymi ligandami, dodatkowo podkreśla ich potencjalną rolę w interakcjach mikrobiota-jelito-metabolizm. Innym istotnym mechanizmem bezpośredniego wpływu mikrobioty na regulację metaboliczną może być jej związek z początkiem i progresją subklinicznego zapalenia, które przyczynia się do rozwoju insulinooporności i T2DM. Zaproponowano, że otyłość i T2DM są związane ze zwiększoną translokacją bakteryjnych lipopolisacharydów do krążenia, co następnie wyzwala wrodzoną aktywację immunologiczną w tkance tłuszczowej.

   Chociaż modulacja mikrobioty jelitowej wykazała skuteczność w zapobieganiu otyłości i poprawie stanu metabolicznego w modelach gryzoni otyłości i T2DM, dane ludzkie potwierdzające takie efekty u otyłych pacjentów z cukrzycą są znacznie mniej przekonujące. Ostatnie badanie eksplorujące wpływ przeszczepu mikrobioty kałowej od szczupłych dawców wykazało umiarkowaną poprawę wrażliwości na insulinę u męskich biorców z zespołem metabolicznym sześć – ale nie osiemnaście – tygodni po przeszczepie. Dlatego mikrobiota jelitowa wydaje się istotnym czynnikiem przyczyniającym się i prawdopodobnie kluczowym czynnikiem łączącym styl życia i biologię gospodarza.

   Do tej pory zidentyfikowano dysbiozę jelitową w nadwadze i umiarkowanej otyłości, co potwierdzają istotne zmiany w składzie mikrobioty jelitowej (wzbogacenie lub zubożenie określonych grup bakteryjnych) oraz zmniejszona bogactwo genów mikrobiologicznych, oba związane z zaburzeniami metabolicznymi takimi jak insulinooporność, stan zapalny niskiego stopnia i przerost adipocytów. Jednak cechy mikrobioty jelitowej pozostają słabo zbadane w ekstremalnych formach otyłości, pomimo rosnącego rozpowszechnienia ciężkiej (BMI > 35 kg/m²) i otyłości olbrzymiej (BMI > 40 kg/m²) na świecie, obecnie dotykających odpowiednio 2,3% mężczyzn i 5% kobiet. Chociaż niektórzy ludzie z ciężką otyłością pozostają metabolicznie zdrowi, ogólnie osiągnięcie BMI > 35 kg/m² znacząco zwiększa ryzyko zaburzeń przewlekłych. Ponadto, metabolicznie zdrowi otyli często rozwijają zaburzenia metaboliczne i choroby współistniejące z czasem.

   Pomimo dobrze udokumentowanej poprawy metabolizmu i stanu zapalnego po chirurgii bariatrycznej – i jej związku ze zmianami mikrobioty jelitowej – ostatnie badania wskazują, że zmniejszone bogactwo mikrobiologiczne i zmiany składu są powiązane z niekorzystnymi wynikami metabolicznymi w nadwadze lub umiarkowanej otyłości, ale pozostają słabo scharakteryzowane w ciężkiej otyłości. Ponadto, pojawiające się dowody sugerują, że skład mikrobioty jelitowej nie w pełni wraca do normy po chirurgii bariatrycznej. Dodatkowo, Santos-Marcos i wsp. niedawno zgłosili różnice związane z płcią w składzie mikrobioty jelitowej, a także zmienność wśród kobiet na różnych etapach hormonalnych, co może leżeć u podstaw dymorfizmu płciowego obserwowanego w częstości występowania chorób metabolicznych i związanych z nimi chorób współistniejących.

   Chirurgia bariatryczna jest skuteczną interwencją promującą utratę masy ciała i poprawiającą kontrolę glikemii. Oprócz pozytywnej modulacji kwasów żółciowych i hormonów jelitowych, ta operacja indukuje głębokie zmiany w składzie mikrobioty jelitowej, istotnego czynnika przyczyniającego się do efektów zdrowotnych pośredniczonych przez procedury bariatryczne. Jednak w przypadkach ciężkiej otyłości, ostatnie dane zakwestionowały panujący pogląd, ponieważ gatunki bakteryjne związane z niskim bogactwem mikrobiologicznym (przed operacją) wydają się zmieniać tylko nieznacznie po chirurgii bariatrycznej pomimo istotnej poprawy metabolicznej. Aby przetestować ważność lub niespójność tej przesłanki, ustaliliśmy analizę porównawczą parametrów metabolicznych i czynników ryzyka u osób otyłych poddawanych chirurgicznej interwencji redukcji masy ciała. Ponadto, ekspresja i identyfikacja obwodowych biomarkerów, takich jak peptydy żołądkowo-jelitowe, mogą umożliwić lepszą charakterystykę fenotypów otyłości i bardziej precyzyjną diagnozę, tym samym poprawiając leczenie i obserwację otyłości na indywidualnej podstawie.

   Dodatkowo, proponujemy zbadać, czy zmiany w mikrobioce jelitowej są ściśle związane z nieprawidłowościami metabolicznymi i czy interwencja redukcji masy ciała poprzez chirurgię bariatryczną może determinować zróżnicowaną odpowiedź w różnorodności mikrobiologicznej jelit i biomarkerach metabolicznych w różnych stopniach i fenotypach otyłości, a także między płciami.

2. Materiały i metody 2.1. Projekt badania i uczestnicy Zaprojektowano prospektywne, interwencyjne, porównawcze i translacyjne badanie kliniczne. Aby osiągnąć proponowane cele, zostanie zrekrutowanych 60 otyłych pacjentów planowanych do poddania się chirurgii bariatrycznej w Klinice Chirurgii Ogólnej i Przewodu Pokarmowego w tym samym szpitalu. Pacjenci będą kolejno włączani, gdy będą zgłaszać się do Jednostki Otyłości w Klinice Endokrynologii w Szpitalu Uniwersyteckim Doctor Peset, aż do osiągnięcia wymaganej liczby i pod warunkiem spełnienia kryteriów włączenia i wykluczenia opisanych poniżej.

   • Kryteria włączenia: pacjenci ze wskaźnikiem masy ciała (BMI) większym niż 40 kg/m² (lub > 35 kg/m² z co najmniej jedną chorobą współistniejącą otyłości), w wieku od 18 do 65 lat, oraz z znanym czasem trwania otyłości przekraczającym pięć lat.
   • Kryteria wykluczenia: ze względu na charakter badania, pacjenci z ostrymi lub przewlekłymi chorobami zapalnymi, ustaloną niewydolnością wątroby lub nerek (zdefiniowaną jako poziomy transaminaz ±2 SD od średniej i szacunkowy współczynnik filtracji kłębuszkowej [wzór CKD-EPI] >60), chorobami nowotworowymi lub wtórnymi przyczynami otyłości (np. niedoczynność tarczycy, zespół Cushinga) zostaną wykluczeni.

Przed uczestnictwem, wszyscy pacjenci – lub ich przedstawiciele prawni – podpiszą formularz świadomej zgody po otrzymaniu szczegółowego wyjaśnienia celów badania i uzyskaniu odpowiedzi na wszystkie pytania. Badanie będzie przestrzegać zasad etycznych Deklaracji Helsińskiej i jej późniejszych poprawek oraz otrzyma zgodę Komisji Etyki Szpitala. Wszystkie informacje medyczne i dane zebrane podczas badania będą przechowywane poufnie zgodnie z krajowymi przepisami prawa.

Aby ocenić wpływ stopnia otyłości, pacjenci zostaną sklasyfikowani do trzech grup według BMI: 1) Ciężka otyłość: BMI 35-40 kg/m², 2) Otyłość olbrzymia: BMI 40-50 kg/m², 3) Ekstremalna otyłość: BMI >50 kg/m².

Aby ocenić wpływ profilu metabolicznego, pacjenci zostaną również podzieleni na dwie grupy: metabolicznie zdrowi otyli (MHO) i metabolicznie nieprawidłowi otyli (MAO), dostosowane do wieku i płci. Według wcześniej ustalonych kryteriów, osoby MAO są zdefiniowane jako mające co najmniej dwie z następujących kardiometabolicznych nieprawidłowości: 1) Glukoza osocza na czczo ≥100 mg/dL lub stosowanie leków przeciwcukrzycowych; 2) Skurczowe ciśnienie krwi (SBP) ≥130 mmHg i/lub rozkurczowe ciśnienie krwi (DBP) ≥85 mmHg, lub stosowanie leków przeciwnadciśnieniowych; 3) Stężenie trójglicerydów ≥150 mg/dL; 4) Cholesterol HDL <40 mg/dL u mężczyzn lub <50 mg/dL u kobiet, lub stosowanie leków obniżających lipidy. Odwrotnie, osoby MHO są zdefiniowane jako te, które nie spełniają żadnego z powyższych kryteriów. Dodatkowo, różnice związane z płcią również zostaną przeanalizowane.

Przed operacją, dietetyk przeprowadzi interwencję żywieniową polegającą na diecie hipokalorycznej zindywidualizowanej zgodnie z wymaganiami żywieniowymi pacjenta i dostosowanej do otyłości. Plan żywieniowy będzie jakościowo kompletny, przestrzegając następującego rozkładu makroskładników: 55% węglowodanów, 30% tłuszczów i 15% białek. Podczas dwóch tygodni poprzedzających procedurę chirurgii metabolicznej, zostanie podana dieta bardzo niskokaloryczna przy użyciu saszetek Optisource®, podzielona na trzy dzienne porcje. Interwencja żywieniowa po chirurgii bariatrycznej będzie przeprowadzana stopniowo, mając na celu utratę masy ciała i normalizację metaboliczną. Wizyty kontrolne odbędą się po 1, 6 i 12 miesiącach, biorąc pod uwagę indywidualną tolerancję i wymagania żywieniowe.

2.2. Zbieranie i analiza danych Wszyscy uczestnicy przejdą wstępną ocenę, w tym ocenę stanu odżywienia i czynników ryzyka sercowo-naczyniowego oraz chorób współistniejących (nadciśnienie, obturacyjny bezdech senny, dyslipidemia), a także ocenę w celu wykluczenia wtórnych przyczyn otyłości. W trakcie badania, zarówno na początku, jak i podczas pooperacyjnych obserwacji, pacjenci przejdą oceny analityczne, ocenę składu ciała i metabolizmu podstawowego, badania mikrobioty oraz oznaczenia hormonów żołądkowo-jelitowych. Uzyskane wyniki zostaną przeanalizowane przy użyciu SPSS 17.0. Dla zmiennych kategorialnych zostanie oceniony rozkład częstości i całkowity procent przypadków. Dla zmiennych ilościowych zostanie przeanalizowana średnia, zakres i odchylenie standardowe. Test Kołmogorowa-Smirnowa zostanie wykonany, aby określić, czy zmienne ilościowe podążają za rozkładem normalnym. Różnice w zmiennych metabolicznych między grupami (płeć, profil metaboliczny) zostaną przeanalizowane przy użyciu niesparowanego testu t lub testu U Manna-Whitneya, a dla stopni otyłości zostanie wykonana ANOVA. Aby ocenić zmiany po interwencji chirurgicznej, zostanie przeprowadzona ANOVA z powtarzanymi pomiarami lub sparowany test t. Wreszcie, korelacje zostaną ocenione przy użyciu korelacji dwuwymiarowej Pearsona lub Spearmana. Dodatkowo, zostaną przeprowadzone analizy regresji logistycznej w celu opracowania modeli predykcyjnych dla określonych grup.