Тонкая кишка в остром периоде спинальной травмы: ранние нарушения метаболизма по данным флуоресцентного время-разрешенного имиджинга FLIM

АКТУАЛЬНОСТЬ Особое место в развитии энтеральной недостаточности отводится диспротеинемии, которая является одной из ведущих причин развития декубитальных язв у пациентов с травмой спинного мозга. Раннее энтеральное питание частично решило указанную проблему, однако частота развития пролежней по-прежнему остается на высоком уровне и достигает 68%. Риск нарушения метаболизма в остром периоде спинальной травмы во многом определяется неокклюзивной ишемией кишечника на фоне спинального шока, нейрогуморальной дисрегуляции; внутрикишечной и внутрибрюшной гипертензией; сменой кишечной микрофлоры. Патоморфологические изменения в стенке кишки происходят в течение первых 20 суток после травмы и в дальнейшем усугубляют хронические мальдигестию, мальабсорбцию, кишечную дискинезию у пациентов с травматической болезнью спинного мозга. Новые знания относительно особенностей раннего энтерального питания пациентов в остром периоде травматической болезни спинного мозга позволят сократить риск формирования декубитальных язвенных дефектов.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Изучить динамику метаболических процессов в тканях тонкой кишки в остром периоде спинальной травмы.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ Эксперимент проводился на лабораторных животных — крысах линии Wistar (n=22). Спинальную травму моделировали острым полным пересечением спинного мозга на уровне Th5–Th6 позвонков. Оценку метаболических изменений в клетках серозной оболочки кишечника проводили сразу, через 3 и через 24 часа после травмы. Метаболизм оценивали in vivo с помощью технологии флуоресцентного время-разрешенного макроимиджинга FLIM по автофлуоресценции в спект­ральном канале метаболического кофактора никотинамидадениндинуклеотида (фосфат).

РЕЗУЛЬТАТЫ Острый период травмы спинного мозга сопровождается изменением эндогенной автофлуоресценции тканей серозной оболочки тонкой кишки: зафиксировано статистически значимое снижение среднего времени жизни флуоресценции (τm), времени жизни длинной компоненты (τ₂) и процентного вклада длинной компоненты (а₂) затухания через 24 часа после травмы. Наблюдаемые с помощью FLIM изменения подтверждают катаболическую направленность обмена веществ в тканях тонкой кишки после травмы спинного мозга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Впервые в эксперименте in vivo показано, что острый период спинальной травмы сопровождается нарушением метаболических процессов в тканях тонкой кишки. Данный факт требует более взвешенного подхода в расчете калорийности питательных веществ, используемых для раннего энтерального питания пациентов с травмой спинного мозга.

1. Blanke EN, Holmes GM, Besecker EM. Altered physiology of gastrointestinal vagal afferents following neurotrauma. Neural Regen Res. 2021;16(2):254–263. PMID: 32859772 https://doi.org/10.4103/1673-5374.290883

2. Durney P, Stillman M, Montero W, Goetz L. A Primary Care Provider’s Guide to Neurogenic Bowel Dysfunction in Spinal Cord Injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2020;26(3):172–176. PMID: 33192044 https://doi.org/10.46292/sci2603-172

3. Steensgaard R, Bonne S, Wojke P, Kasch H. SCI-SCREEN: A More Targeted Nutrition Screening Model to Detect Spinal Cord-Injured Patients at Risk of Malnutrition. Rehabil Nurs. 2019;4(1):11–19. PMID: 30601797 https://doi.org/10.1097/rnj.0000000000000108

4. Kigerl KA, Mostacada K, Popovich PG. Gut Microbiota Are Disease-Modifying Factors after Traumatic Spinal Cord Injury. Neurotherapeutics. 2019;15(1):60–67. PMID: 29101668 https://doi.org/10.1007/s13311-017-0583-2

5. White AR, Holmes GM. Investigating neurogenic bowel in experimental spinal cord injury: where to begin? Neural Regen Res. 2019;14(2):222–231. PMID: 30531001 https://doi.org/10.4103/1673-5374.244779

6. Kumar S, Theis T, Tschang M, Nagaraj V, Berthiaume F. Reactive Oxygen Species and Pressure Ulcer Formation after Traumatic Injury to Spinal Cord and Brain. Antioxidants (Basel). 2021;10(7):1013. PMID: 34202655 https://doi.org/10.3390/antiox10071013

7. Paker N, Buğdaycı D, Gökşenoğlu G, Akbaş D, Korkut T. Recurrence rate after pressure ulcer reconstruction in patients with spinal cord injury in patients under control by a plastic surgery and physical medicine and rehabilitation team. Turk J Phys Med Rehabil. 2018;64(4):322–327. PMID: 31453529 https://doi.org/10.5606/tftrd.2018.2175 eCollection 2018 Dec.

8. Walter GP, Seidel W, Giustina RD, Bins-Ely J, Maurici R, Narciso-Schiavon JL. Prognostic factors in patients with pressure sores in a University hospital in southern Brazil. Acta Ortop Bras. 2017;25(6):243–247. PMID: 29375252 https://doi.org/10.1590/1413-785220172506169042

9. Балеев М.С., Рябков М.Г., Перльмуттер О.А., Фраерман А.П., Смирнов И.И., Леонтьев А.Е., и др. Лабораторные признаки энтеральной недостаточности – предикторы пролежней при травматической болезни спинного мозга. Бюллетень экспериментальной и клинической хирургии. 2021;14(2):112–118. https://doi.org/10.18499/2070478X-2021-14-2-112-118.

10. Meier C, Boes S, Gemperli A, Gmünder HP, Koligi K, Metzger S, et. al. Treatment and cost of pressure injury stage III or IV in four patients with spinal cord injury: the Basel Decubitus Concept. Spinal Cord Ser Cases. 2019;5:30. PMID: 31632697 https://doi.org/10.1038/s41394-019-0173-0 eCollection 2019.

11. Крылов В.В., Гринь А.А., Луцык А.А., Парфенов В.Е., Дулаев А.К., Мануковский В.А. и др. Клинические рекомендации по лечению острой осложненной и неосложненной травмы позвоночника у взрослых. Н. Новгород; 2013.

12. Иванова Е.Ю., Кирилина С.И., Первухин С.А., Елистратов А.А., Стаценко И.А., Пальмаш А.В. Нутритивная и кишечная недостаточность при осложненной травме шейного отдела позвоночника. Сибирский научный медицинский журнал. 2018;38(2):33–38. https://doi.org/10.15372/SSMJ20180205

13. Ивашкин В.Т., Ивашкин К.В. Кишечный микробиом как фактор регуляции деятельности энтеральной и центральной нервной системы. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2017;27(5):11–19. https://doi.org/10.22416/1382-4376-2017-27-5-11-19

14. Иванова Г.Е., Крылов В.В., Цыкунов М.Б., Поляев Б.А. Реабилитация больных с травматической болезнью спинного мозга. Москва: Московские учебники и Картолитография; 2010.

15. Иванова Е.Ю., Кирилина С.И., Первухин С.А., Елистратов А.А., Стаценко И.А., Пальмаш А.В. Нутритивная и кишечная недостаточность при осложненной травме шейного отдела позвоночника. Сибирский научный медицинский журнал. 2018;38(2):33–38. https://doi.org/10.15372/SSMJ20180205

16. Сирота Г.Г., Кирилина С.И., Сирота В.С., Лебедева М.Н., Иванова Е. Ю., Первухин С.А., и др. Кишечная и нутритивная недостаточность при осложненной травме шейного отдела позвоночника. Политравма. 2018;38(3):20–26.

17. Aragon AA, Schoenfeld BJ, Wildman R, Kleiner S, VanDusseldorp T, Taylor L. International society of sports nutrition position stand: diets and body composition. J Int Soc Sports Nutr. 2017;14:16. PMID: 28630601 https://doi.org/10.1186/s12970-017-0174-y eCollection 2017.

18. Sutanto K, Permadhi I, Sunardi D, Titus J, Ahmad Jabir R. Medical Nutrition Therapy for a Critically Ill Patient with Spinal Cord Injury: A Case Report. Int J Nutr Pharmacol Neurol Dis. 2019;9(3):111–115. https://doi.org/10.4103/ijnpnd.ijnpnd_13_19

19. Braun K, Oeckl J, Westermeier J, Li Y, Klingenspor M. Non-adrenergic control of lipolysis and thermogenesis in adipose tissues. J Exp Biol. 2018;221(Pt Suppl 1):jeb165381. PMID: 29514884 https://doi.org/10.1242/jeb.165381

20. Calcagno M, Kahleova H, Alwarith J, Burgess NN, Flores RA, Busta ML, et al. The Thermic Effect of Food: A Review. J Am Coll Nutr. 2019;38(6):547–551. PMID: 31021710 https://doi.org/10.1080/07315724.2018.1552544

21. Migliavacca E, Tay SKH, Patel HP, Sonntag T, Civiletto G, McFarlane C, et.al. Mitochondrial oxidative capacity and NAD+ biosynthesis are reduced in human sarcopenia across ethnicities. Nat Commun. 2019;10(1):5808. PMID: 31862890 https://doi.org/10.1038/s41467-019-13694-1

22. Guralnik JM, Feige JN, Singh A, Fielding RA. Nutritional Mediators of Cellular Decline and Mitochondrial Dysfunction in Older Adults. Geriatrics (Basel). 2021;6(2):37. PMID: 33917371 https://doi.org/10.3390/geriatrics6020037

23. Chang SH, Song NJ, Choi JH, Yun UJ, Park KW. Mechanisms underlying UCP1 dependent and independent adipocyte thermogenesis. Obes Rev. 2019;20(2):241–251. PMID: 30450758 https://doi.org/10.1111/obr.12796

24. Datta R, Heaster TM, Sharick JT, Gillette AA, Skala MC. Fluorescence lifetime imaging microscopy: fundamentals and advances in instrumentation, analysis, and applications. J Biomed Opt. 2020;25(7):1–43. PMID: 32406215 https://doi.org/10.1117/1.JBO.25.7.071203

25. Lukina MM, Shimolina LE, Kiselev NM, Zagainov VE, Komarov DV, Zagaynova EV, et al. Interrogation of tumor metabolism in tissue samples ex vivo using fluorescence lifetime imaging of NAD(P)H. Methods Appl Fluoresc. 2019;8(1):014002. https://doi.org/10.1088/2050-6120/ab4ed8

26. Berezin MY, Achilefu S. Fluorescence lifetime measurements and biological imaging. Chem Rev. 2010;110(5):2641–84. PMID: 20356094 https://doi.org/10.1021/cr900343z

27. Shcheslavskiy VI, Shirmanova MV, Dudenkova VV, Lukyanov KA, Gavrina AI, Shumilova AV, et al. Fluorescence time-resolved macroimaging. Opt Lett. 2018;43(13):3152–3155. PMID: 29957804 https://doi.org/10.1364/OL.43.003152

28. Shirmanova MV, Shcheslavskiy VI, Lukina MM, Becker W, Zagaynova EV. Exploring tumor metabolism with time-resolved fluorescence methods: from single cells to a whole tumor. In: Tuchin V, Popp J, Zakharov V. (eds.) Multimodal optical diagnostics of cancer. Springer; 2020. Ch. 3. p. 133–155.

29. Новосельская Н.А., Шахназаров А.А., Куница В.Н., Чамбель-Пашаева А.Р. Периодизация морфологических изменений нервного аппарата кожи после травмы спинного мозга в эксперименте. Дневник науки. 2020;(5). URL: http://dnevniknauki.ru/images/publications/2020/5/medicine/Novoselskaya_Shakhnazarov_Kunitsa_Chambel-Pashseva.pdf [Дата обращения 24.04.2023]

30. Minakov AN, Chernov AS, Asutin DS, Konovalov NA, Telegin GB. Experimental modeling of spinal cord injury in laboratory rats. Acta Naturae. 2018;10(3):4–10. https://doi.org/10.32607/20758251-2018-10-3-4-10

31. Балеев М.С., Рябков М.Г., Перльмуттер О.А., Фраерман А.П., Шейко Г.Е., Смирнов И.И. и др. Дисфункция пищеварительного тракта в остром периоде травмы спинного мозга (обзор литературы). Политравма. 2021;(3):82–90. https://doi.org/10.24412/1819-1495-2021-3-82-90