Klostridiové průjmy u diabetiků

Souhrn

Klostridiová kolitida je nejčastějším nozokomiálním průjmovým onemocněním současnosti. Na možnost vzniku této infekce má významný vliv střevní mikrobiom. Za hlavní rizikový faktor rozvoje klostridiové kolitidy je považováno narušení jeho rovnováhy, nejčastěji užíváním antibiotik v předchorobí. Mezi další významné vlivy na střevní mikrobiom patří i diabetes mellitus. Nepředstavuje jenom zvýšené riziko rozvoje klostridiové kolitidy, ale také častěji její horší průběh a vyšší pravděpodobnost rekurencí. Kombinace jedné z nejčastějších nozokomiálních nákaz s jednou z nejčastějších metabolických chorob představuje vážný problém pro zdravotní systém. Znalost patogeneze onemocnění a principů jejich vzájemného ovlivnění může napomoci prevenci této infekce.

Infekce způsobená bakterií Clostridium difficile je onemocnění řadící se k nejčastějším nozokomiálním nákazám jednadvacátého století. Postupný nárůst hlášených případů je patrný celosvětově od začátku nového tisíciletí.^{1, 2}

V roce 2016 byla tato bakterie na základě genetické analýzy přejmenována na Clostridioides difficile. Nový název by měl lépe reflektovat příslušnost do čeledi Peptostreptococcacecae. Nadále se však převážně používá vžité pojmenování Clostridium difficile včetně tradičních zkratek, jako například CDI – Clostridium difficile infection (infekce způsobená Clostridium difficile).³ Clostridium difficile je grampozitivní, toxin produkující a sporulující anaerobní tyčka. Běžně se vyskytuje v přírodě a může být i součástí střevní mikroflóry člověka. Přes 7 % zdravých jedinců a více než 45 % dětí mohou být asymptomatičtí nosiči.²

Patogeneze

Odolnost proti vnějším vlivům, snadné šíření a možnost působit recidivující nákazy usnadňují klostridiím jejich schopnost sporulovat. Se stolicí nakaženého člověka se do prostředí dostávají miliony spor, které dokážou na površích přežít řádově měsíce. Po pozření pak dochází v tenkém střevě k vyklíčení spor ve viabilní buňku a u vnímavého jedince k rozvoji klinických příznaků infekce.^{4, 5} Hlavní ochranná bariéra bránící rozvoji klostridiové kolitidy je normální střevní mikroflóra. V důsledku narušení rovnováhy střevního mikrobiomu (ať už se jedná o vliv předchozí antibiotické terapie, nebo jiné faktory) může dojít k přemnožení a kolonizaci.

Clostridium difficile je neinvazivní patogen. Jeho virulence je zprostředkována účinky enterotoxinu A a cytotoxinu B.¹ Některé kmeny klostridií produkují ještě tzv. binární toxin, jehož přesný mechanismus účinku není známý a jeho přítomnost je spojována se závažnějším průběhem onemocnění.² Toxiny jsou endocytózou transportovány do buněk střevního epitelu, který narušují. Vznikají ulcerace, jež se hojí exsudativním zánětem charakteru pablán, dochází k rozvoji průjmů, ke ztrátě integrity střevní sliznice a porušení střevní bariéry.^{1, 2, 4}

Střevní mikrobiom a rizikové faktory

Zásadním protektivním mechanismem bránícím rozvoji onemocnění je dobře fungující střevní bariéra s funkčním střevním mikrobiomem. Odhaduje se, že mikrobiom zdravého dospělého člověka zahrnuje přibližně 10^14tab mikroorganismů a je složen z více než 1000 bakteriálních druhů. Celková hmotnost mikrobiomu pak může být více než 1 kg. Tento anaerobní bioreaktor mimo rozklad nestrávených složek potravy zajišťuje biosyntézu vitaminů, esenciálních mastných kyselin a zajišťuje pro člověka přibližně 10 % veškeré energie. Bakterie v trávicím traktu jsou schopny komunikace nejen mezi sebou, ale do jisté míry i s epiteliálními buňkami střeva. V určitých ohledech se tak dokážou chovat jako mnohobuněčný organismus. Vzájemně se udržují v rovnováze a tím brání patologickému přemnožení jednotlivých druhů.

Změny mikrobiomu jsou spojovány například s rozvojem obezity nebo nespecifických střevních zánětů. Užívání antibiotik v dětském věku je dáváno do souvislosti s rozvojem alergických nemocí.^{4, 6} Prakticky všechny vlivy, které křehkou rovnováhu tohoto velmi komplexního orgánu narušují, mohou být a často jsou rizikovými faktory rozvoje klostridiové kolitidy. Nejčastěji se tak stává v důsledku užívání antibiotik v předchorobí.^{1, 4} Nejen širokospektrá, ale i antibiotika s úzkým spektrem účinku fungují neselektivně a mají za následek postupné vymírání citlivých bakteriálních druhů v mikrobiomu (a to samozřejmě nejenom tom střevním). Dochází k aktivaci genů kódujících rezistenci k antibiotikům, složení mikroflóry se mění a postupně se rozvíjí dysmikrobie. Po ukončení nežádou cího vlivu se střevní mikroflóra v několika krocích částečně upravuje, ale nikdy už původní rozmanitosti ani kvality nedosáhne.⁴ Nejvyšší riziko vzniku onemocnění je v průběhu 4 týdnů po ukončení antibiotické terapie, zvýšená pravděpodobnost ale trvá minimálně další 3 měsíce. Mnohem více jsou ohroženi vznikem klostridiové kolitidy starší pacienti. Věk nad 65 let zvyšuje riziko onemocnění 5–10x, stejně tak jako pravděpodobnost horšího klinického průběhu a vyšší mortality.¹

Složení střevní mikroflóry ovlivňuje také užívání blokátorů protonové pumpy, a to prostřednictvím snížené kyselosti v trávicím traktu. Jejich dlouhodobé užívání je spojeno se zvýšeným rizikem rozvoje CDI.⁷

Kvalitu a složení střevního mikrobiomu ovlivňují samozřejmě i nespecifická zánětlivá střevní onemocnění, stav po předchozím břišním chirurgickém zákroku, imunosuprimující vlivy, jako například chronická onemocnění ledvin, maligní onemocnění a užívání imunosupresiv nebo diabetes mellitus.^{1, 4, 7}

Průběh onemocnění

Klinický obraz klostridiové kolitidy je velmi rozmanitý, od mírného onemocnění až po fulminantně probíhající život ohrožující kolitidu s horečkami, sepsí a rozvratem vnitřního prostředí. Spojujícím příznakem je přítomnost průjmů různé intenzity, zpravidla s příměsí hlenu či krve. Přidruženými obtížemi jsou bolesti břicha, nauzea a zvracení a teploty. To vše může vyústit v dehydrataci a celkové zhoršení stavu, zejména v případě recidivujícího onemocnění.

Nejzávažnější komplikací s vysokou mortalitou je obávané toxické megakolon. Vlivem toxinů dochází k paralytickému ileu a distenzi střeva vedoucí až k jeho perforaci.¹

Diagnostika

U pacientů s klinickým podezřením na klostridiovou kolitidu je indikováno mikrobiologické vyšetření vzorku stolice. K zajiš tění co nejspolehlivější interpretace výsledků je vyžadována kombinace minimálně dvou testů (Tab. 1). V praxi se nejčastěji používá kombinace průkazu specifického antigenu glutamátdehydrogenázy (GDH) a průkazu přítomnosti toxinů enzymoimunoesejí. Výsledky testů je však třeba interpretovat ve vztahu ke konkrétnímu pacientovi a nezřídka bývá dostatek zkušeností výhodou. Příklad algoritmu je uveden v tabulce 2.⁸

Terapie

U většiny pacientů s mírným průběhem stačí k odeznění obtíží vysazení antibiotik. Pokud ukončení léčby není možné, je vhodné zvážit nahrazení stávajícího antibiotika jiným preparátem s užším spektrem. Metronidazol ve své perorální formě byl dlouho považován za zlatý standard v léčbě klostridiové kolitidy. V současné době se od jeho užívání ustupuje a zůstává k úvaze jen při ambulantní léčbě lehkých forem CDI. Za lék volby je dnes považováno perorální podávání vankomycinu.^{9, 10} Od roku 2011 je na trhu k dispozici makrocyklické antibiotikum fidaxomicin. Díky svému úzkému spektru je považováno za lék s minimálním negativním dopadem na střevní mikroflóru. Jeho hlavní výhodou tak je nižší riziko rekurencí CDI oproti předchozím zmíněným antibiotikům.¹

Role probiotik není v současné době plně objasněná. Přesto je obecně užívání probiotik, zejména laktobacilů a sacharomycet, doporučováno.^{4, 11, 12}

Nezpochybnitelný efekt na obnovu střevního mikrobiomu má fekální bakterioterapie. Ta byla v České republice poprvé provedena na Klinice infekčních chorob v Brně v roce 2010 a od té doby se stala nedílnou součástí doporučených postupů léčby rekurentní klostridiové kolitidy. Tato metoda vychází ze zjištění, že stolice zdravého jedince je z více než 95 % své hmotnosti tvořena mikroorganismy střevní mikroflóry. Inokulací těchto bakterií do postiženého střeva tak dochází k jejich namnožení a obnovení přirozené rovnováhy zdravého mikrobiomu, včetně jeho ochranné funkce proti recidivě klostridiové kolitidy. Úspěšnost této metody je definována jako absence rekurencí po dobu 2 měsíců a v závislosti na způsobu provedení se pohybuje od 81 do 93 %.¹¹

Diabetes a klostridiová kolitida

Podle organizace American Diabetes Association má ve Spojených státech diabetes téměř 26 milionů pacientů včetně dětí, dalších 79 milionů Američanů je rozvojem diabetu 2. typu ohroženo. Odhaduje se tak, že při současném trendu bude v roce 2050 trpět diabetem 1 ze 3 amerických dospělých. Podobná situace je i v celosvětovém měřítku.

V roce 2017 bylo v České republice registrováno 863 404 pacientů s diabetes mellitus, což odpovídá počtu 81,4 na 100 000 obyvatel. Neopominutelný je také fakt, že většina diabetiků je staršího věku. Hospitalizace související s diabetem a potřeba nemocniční péče je významnou zátěží zdravotního systému, zejména pak v kombinaci s klostridiovou kolitidou, jako představitelem nejčastějších nozokomiálních průjmů.

Studie prokázaly, že diabetes zvyšuje riziko recidivy CDI u diabetu (OR: 2,99; 95% CI: 1,88–4,76).² V rozsáhlé studii Olanipekun et al. z Houstonu analyzovali téměř 3 a půl milionu hospitalizovaných pacientů s diabetem 2. typu. Prevalence klostridiové kolitidy byla 6,8 na 1000 dimisí, častěji u pacientů vyššího věku, s více komorbiditami a po překladu z jiného zdravotnického zařízení. U diabetiků s klostridiovou kolitidou byl patrný nárůst nemocniční mortality (OR: 3,6; 95% CI: 3,16–4,17). Stejně tak byl zaznamenán nejen nárůst délky hospitalizace (OR: 2,5; 95% CI: 2,45–2,64), ale i celkových nákladů na léčbu (OR: 2,5; 95% CI: 2,41–2,62).¹³

Diabetes a tlusté střevo

Diabetes mellitus je metabolické onemocnění, jehož následky jsou patrné napříč ce lým organismem. Není tedy překvapivé, že jeho vliv lze pozorovat i na tlustém střevě. Ovlivňuje nejen jeho strukturu a funkci, ale i skladbu mikrobiomu. U diabetiků můžeme pozorovat zvýšený výskyt dyspeptických obtíží, jako je zácpa nebo průjem, zvýšené riziko kolorektálního karcinomu (OR: 1,27; 95% CI: 1,21–1,34) nebo idiopatických střevních zánětů u DM 1. typu (OR: 5,5; 95% CI: 1,2–24,9).¹⁴

Přesné mechanismy, kterými diabetes gastrointestinální trakt ovlivňuje, nejsou zatím plně objasněny. Působení se zdá být komplexní a zahrnuje neuropatické postižení autonomního nervového systému a přímé myopatické změny hladké svaloviny. ¹⁴ Diferenciální diagnostika je obtížná, chybí jednoduché diagnostické metody, které by jasně určily příčinu. Neenzymatickou glykací potencovanou vlivem karbonylového stresu vznikají tzv. konečné produkty pokročilé glykace (advanced glycation end products – AGEs). Ty hrají významnou roli v patogenezi mnoha chronických chorob a jejich komplikací, zejména pak diabetických.¹⁵ Byla prokázána degenerace a redukce počtu neuronů, snížení hustoty Cajalových buněk a oslabená odpověď na luminální distenzi. Remodelace svaloviny vede ke snížení poddajnosti tlustého střeva. To vše může způsobit senzorické a motorické změny, snížení střevní motility a v konečném důsledku změny v mikrobiomu.¹⁴ V kombinaci s dalšími vlivy diabetu na celý organismus a na jeho imunitní systém riziko rozvoje klostridiové kolitidy narůstá.

Diabetes a imunitní systém

Diabetes mellitus se podílí i na defektech imunity. Zvýšená prevalence a komplikovanější průběhy infekčních onemocnění u pacientů s diabetes mellitus jsou způsobeny více příčinami. Na poruchách imunity se podílí například snížení buněčné odpovědi, nízký faktor komplementu 4, snížená odpověď cytokinů po stimulaci, snížená chemotaxe, fagocytóza nebo zhoršení funkce polymorfonukleárů. Přitom normální funkce makrofágů se zdá být zásadní pro boj organismu proti sporám klostridií. U diabetiků mohou spory zůstat viabilní i po fagocytóze a následně uplatnit své cytotoxické účinky na makrofágy.

U pacientů s diabetem 2. typu byla prokázána snížená exprese genu ATP6V1H, který kóduje vakuolární H+ATPázu.² Jedná se o ATPázovou pumpu přítomnou na membránách endozomů, lysozomů a Golgiho tělísek ve všech eukarytních buňkách. Přenášením vodíkových protonů okyseluje tato pumpa vnitřní prostředí intracelulárních váčků. To je zásadní pro tzv. váčkový transport, který mimo jiné děje zahrnuje i fagocytózu – proces likvidace patogenů prostřednictvím makrofágů.2, 16 Jedinečným zdrojem energie pro makrofágy je aerobní glykolýza. Jejím mediátorem je hexokináza 2, která je kódována genem HK2. U diabetiků byla pozorována snížená exprese tohoto genu, v jejímž důsledku bylo zjištěno narušení funkce makrofágů.2 Některé patogeny navíc preferují prostředí se zvýšenou koncentrací glukózy. Průběh a četnost infekcí ovlivňuje také zvýšená adherence mikroorganismů na tkáně ovlivněné diabetem v porovnání s buňkami zdravými.¹⁷

Diabetes a mikrobiom

I když poruchy imunitního systému v důsledku onemocnění diabetem mohou mít vliv na zvýšené riziko klostridiové kolitidy a následných recidiv, je pravděpodobné, že významnějším faktorem je změna ve složení mikrobiomu a tzv. kolonizační rezistence. Kolonizační rezistencí se nazývá schopnost fyziologické střevní mikroflóry zabránit přerůstání patogenů. Toho je dosaženo více mechanismy – obsazením vazebných míst střevní výstelky, brzděním růstu nebo usmrcením cizích mikroorganismů, konkurencí v získávání látek, vitaminů a růstových faktorů, snížením střevního pH a přímým antagonismem fyziologické mikroflóry vůči mikroflóře patogenní.¹⁸

Příznivý vliv má přítomnost netoxigenních kmenů klostridií ve střevě pro svoji schopnost vytěsnit toxigenní kmeny na základě kompetice při získávání živin. Svoji roli při vzniku a průběhu onemocnění klostridiovou kolitidou mají kmeny bakterií Bacterioidetes a Firmicutes. Jsou součástí fyziologické střevní mikroflóry a důležité není jenom jejich množství, ale i jejich vzájemný poměr v rámci mikrobiomu. Bacterioidetes je kmen gramnegativních bakterií, kmen Firmicutes zahrnuje převážně grampozitivní bakterie. Významná část kmene Firmicutes je tvořena třídou Clostridia. U pacientů s recidivující klostridiovou kolitidou oproti pacientům po první epizodě klostridiové kolitidy popsal Chang a kol. změnu spektra mikrobiomu a snížení dominance kmenů Bacterioidetes a Firmicutes. Už samotné onemocnění diabetem je však spojeno se změněným poměrem bakteriálních kmenů oproti zdravému mikrobiomu.

Studie Larsena a kol. prokázala u diabetiků signifikantní redukci kmene Firmicutes včetně třídy Clostridia na úkor kmene Bacterioidetes (p = 0,03). Naopak u obézních myší i lidí bez diabetu byl patrný opačný trend. Četnost bakterií kmene Bacterioidetes se sní žila na úkor bakterií kmene Firmicutes.² U diabetiků byl zaznamenán nižší výskyt netoxigenních kmenů Clostridia difficile, jednoho z konkurentů toxigenních kmenů.

Mikrobiom a metformin

Vedle antibiotik nebo blokátorů protonové pumpy dokáže ovlivnit kvalitativní a kvantitativní složení střevní mikroflóry i perorální antidiabetikum. Metforminhydrochlorid je lék ze skupiny biguanidů, významně snižující inzulinovou rezistenci. Má silný antihyperglykemický účinek a snižuje bazální i postprandiální glykemii potlačením jaterní glukoneogeneze. Díky své bezpečnosti, vysoké účinnosti, příznivému efektu na redukci hmotnosti a kardioprotektivním účinkům je už přes 60 let celosvětově široce užíván jako lék první volby k léčbě diabetu 2. typu. K patrnému efektu na střevní mikrobiom stačí i velmi krátká doba užívání. Už za 24 hodin po užití 2–3 dávek metforminu došlo u zdravých dobrovolníků k signifikantní redukci diverzity střevní mikroflóry. Vedlejší dyspeptické účinky byly pozorovány v souvislosti se zvýšeným relativním množstvím běžných střevních oportunních patogenů Escherichia – Shigella spp. Po jednotýdenním užívání metforminu střevní diverzita sice mírně vzrostla, ale stále byla signifikantně nižší než před zahájením léčby. Kvalitativně došlo k jasnému poklesu zástupců kmene Firmicutes. Mimo snížení výskytu zástupců čeledi Clostridiaceae byl patrný pokles ve výskytu zástupců čeledi Peptostreptococcaceae. Přitom jejich nad měrné množství je spojováno s onemocněními, jako je například nealkoholická steatohepatitida (NASH), ulcerózní kolitida nebo kolorektální karcinom. Pozorovaný mírný nárůst vnitřní diverzity mikrobiomu po prvním týdnu užívání metforminu lze vysvětlit jako přirozenou tendenci střeva ke znovuobnovení svojí přirozené rovnováhy.¹⁹

Chronická léčba metforminem u diabetiků byla spojena se signifikantním a nezávislým poklesem incidence klostridiové kolitidy (OR: 0,58; 95% CI: 0,365– 0,928). Na stejném vzorku pacientů vyšlo také najevo, že pro vznik klostridiové kolitidy je signifikantní rizikový faktor kombinace diabetu a srdečního selhání (OR: 1,65; 95% CI: 1,007–2,716).

Molekulární mechanismy účinku metforminu zůstávají neobjasněné. Zahrnují inhibici výdeje glukózy z hepatocytů, aktivaci AMP-aktivované proteinkinázy, inhibici glukagonem indukované cAMP, inhibice mitochondriální glycerolfosfát dehydrogenázy a vliv na střevní mikrobiom. U diabe tiků 2. typu léčených metforminem bylo v porovnání se skupinou bez této terapie prokázáno zvýšené množství zástupců čeledi Enterobacteriaceae (například Escherichia, Shigella, Klebsiella a Salmonella), a naopak zaznamenán pokles množství rodu Clostridium a Eubacterium (jako zástupců kmene Firmicutes). Tímto mechanismem patrně metformin napomáhá bránit přerůstání toxigenních klostridií a vykazuje protektivní efekt proti vzniku onemocnění.²⁰

Závěr

Klostridiová kolitida patří mezi nejčastější nozokomiální nákazy, zároveň diabetes mellitus je jednou z nejčastějších metabolických chorob. Vzhledem k tomu, že je diabetes považován za významný nezávislý rizikový faktor pro rozvoj klostridiové kolitidy (OR: 2,63; 95% CI:1,12–6,15), následných rekurencí, těžších průběhů a vyšší mortality,¹⁴ představuje kombinace těchto dvou onemocnění vážnou výzvu pro zdravotní systém. Důsledná preventivní opatření, jako je přísné dodržování bariérových režimů ve zdravotnických zařízeních, důraz na správné mytí rukou personálu mýdlem a racionální antibiotická politika, by měla být dnes naprostou samozřejmostí.

Poznatky posledních let o zásadním vlivu mikrobiomu na lidský organismus a na mnoho chorob – nejen infekčních, ale například metabolických či autoimunitních – představují nové výzvy pro budoucí výzkum. Indikace fekální bakteriální terapie je v současné době omezena pouze na prevenci rekurentních klostridiových infekcí. Přesto se tato metoda, která má prapůvod už ve staré Číně, těší v posledních letech velké popularitě, stala se součástí doporučených postupů léčby rekurentní klostridiové kolitidy a její efekt byl opakovaně prokázán nejen praxí, ale i studiemi. Ukazuje se však, že ovlivnění spektra střevního mikrobiomu může mít mnohem širší význam. Transplantace zdravé stolice štíhlých dárců signifikantně zlepšila inzulinovou rezistenci obézního pacienta s metabolickým syndromem. Jako experimentální metoda je také fekální bakterioterapie zkoumána v souvislosti s léčbou nespecifických střevních zánětů, jako je Crohnova choroba nebo ulcerózní kolitida.²⁴ Role mikroorganismů v našem životě, tedy alespoň některých, se spolu s novými poznatky dynamicky mění.

Je velmi těžké si představit, že bychom se v životě a v lékařské praxi mohli někdy obejít bez antibiotické terapie. Na druhou stranu je potřeba myslet i na to, že o ty svoje vlastní bakterie bychom se měli dobře starat. Možná je jejich spokojenost a naše zdraví provázanější, než si myslíme.