https://journal.tinkoff.ru/list/kak-ne-nado-est/

Значение pH кишечника и кала для здоровья человека
Сообщалось, что кишечная микробиота тесно связана с энергетическим метаболизмом и иммунитетом хозяина и, таким образом, влияет на развитие и прогрессирование различных заболеваний человека. На сегодняшний день метаболиты кишечных микроорганизмов, такие как короткоцепочечные жирные кислоты, дефензины, кателицидины и лактоферрин в кале, были исследованы как биомаркеры, связанные с различными заболеваниями. В этом обзоре мы представляем рН кишечника и кала, который относительно легко и быстро измерить по сравнению с составом кишечной микробиоты и ее метаболитов. В частности, в этом обзоре представлено распределение рН в организме человека, его роль и клиническое значение, а также различные факторы, влияющие на рН кишечника и кала, включая кишечную микробиоту и ее метаболиты.
Введение
В последние годы, благодаря значительным достижениям в области секвенаторов следующего поколения (NGS), многие исследования выявили связь между кишечной микробиотой и возникновением и прогрессированием различных заболеваний человека. Заболевания, на которые влияет кишечная микробиота, включают не только желудочно-кишечные заболевания, такие как рак желудочно-кишечного тракта и воспалительные заболевания кишечника, но также метаболические заболевания, сердечно-сосудистые заболевания, нейродегенеративные заболевания и даже психические расстройства (Чен и др., 2021; Ямамура и др., 2021). Кроме того, высокопроизводительный комплексный анализ, такой как метаболомика, показал, что не только бактерии, но и метаболиты кишечной микробиоты, такие как кателицидин, лактоферрин, остеопротегерин, белок S100, М2-ПК и короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), коррелируют и изменяются в зависимости от здоровья и болезней человека (Pang et al., 2014). Таким образом, ожидается, что мониторинг внутрииндивидуальной изменчивости этих метаболитов будет полезен для понимания состояния здоровья или болезни.
В дополнение к этим микробиоте и метаболитам, рН кала, который можно измерить более легко, неинвазивно и быстро, как сообщалось, тесно связан со здоровьем человека и привлекает большое внимание. Кроме того, несмотря на то, что измерение pH кишечника является более инвазивным и требует больше времени, чем измерение pH кала, pH кишечника внес значительный вклад, особенно в разработку систем доставки лекарств в определенные места (вандер Шаар и др., 2013). Например, кишечнорастворимая оболочка из 5-аминосалициловой кислоты (5-ASA), рекомендуемая в качестве препарата первой линии для пациентов с язвенным колитом (UC) легкой и средней степени тяжести, предназначена для противодействия высококислой среде желудка и растворения в основной среде (около pH 7) терминальной части подвздошной кишки (Nugent et al., 2001).
рН кала можно быстро измерить с помощью общепринятого калиброванного рН-зонда и измерителя (Кокс и др., 2020; Джилл и др., 2022), а рН кишечника можно измерить с высокой точностью в режиме реального времени с помощью телеметрических капсул или прикрепленных к пероральной трубке рН-электродов (Эванс и др., 1988; Ньюджент и др., 2001; Вандер Шаар и др., 2013). На самом деле, рН кала традиционно использовался клинически как индикатор нарушения всасывания углеводов в толстой кишке и осмотической диареи (см. Раздел “Клиническое значение рН кала”), однако его важность остается под вопросом из-за его большой внутрииндивидуальной, а также межиндивидуальной вариабельности. В этом контексте в этом обзоре сначала описывается распределение и роль рН в желудочно-кишечном тракте и его роль, затем рассматриваются последние данные о влиянии различных факторов, таких как диета, заболевания и лекарственные препараты, на изменение рН кишечника и кала в сочетании с кишечной микробиотой и ее метаболитами.
Распределение pH в желудке и его роль
Градиент рН в организме человека служит движущей силой различных жизненно важных реакций, таких как внутриклеточный синтез аденозинтрифосфата (АТФ) и перенос кислорода в мышечных тканях. В частности, поскольку желудочно-кишечный тракт постоянно подвергается воздействию внешней среды из-за приема пищи, значение pH желудочно-кишечного тракта обеспечивает оптимальную среду для бактерицидного действия кислот и действия пищеварительных и метаболических ферментов. Например, требуется сильное бактерицидное действие на желудок, учитывая, что он подвергается наибольшему воздействию внешней среды. Таким образом, желудочный сок имеет довольно высокую кислотность – рН 1,0-2,0 (Рисунок 1). Для поддержания этой высокой кислотности желудок выполняет регулирующую функцию с помощью гастрина, который способствует секреции соляной кислоты при повышении pH до > 3,0 (Дэниелс и Аллум, 2005). Это действие, по-видимому, является основным фактором, подавляющим образование микробных колоний в желудке (Williams, 2001). Кроме того, известно, что фермент пепсин, присутствующий в желудочном соке, активируется при рН 1,0–2,0.
Рисунок 1
Однако есть несколько бактерий, которые могут выживать в таких экстремальных условиях с высокой кислотностью. Примером является Helicobacter pylori, которая поражает более половины населения мира (Santos et al., 2020) и является явным фактором риска хронического гастрита, язвенной болезни желудка и рака желудка (Camilo et al., 2017). Дело в том, что бактерии предпочитают довольно нейтральный или почти нейтральный уровень pH в пробирке и не растут в сильно кислой среде, такой как в желудке, а скорее могут погибнуть. Однако было показано, что эта бактерия выживает и растет в экстремальных условиях, нейтрализуя желудочную кислоту посредством кислотозависимой активации уреазы в бактерии с образованием аммиака (Скотт и др., 1998). Кроме того, известно, что эта бактерия связывается с слоем муцина желудка и населяет его, который поддерживает умеренный градиент рН. Одно исследование показало, что все штаммы H. pylori связываются с относительно крупными муцинами при низком рН, независимо от группы крови хозяина, тогда как только Leb-связывающие антигенсвязывающий адгезин группы крови (BabA) -положительные штаммы связываются с Leb-положительными муцинами при нейтральном рН (Линден и др., 2004). Таким образом, предполагается, что рН желудка оказывает сильное влияние на связывание и колонизацию H. pylori с муцинами желудка. Кроме того, рН желудка, по-видимому, влияет на локализацию инфекции H. pylori. Обычным местом заражения H. pylori в желудке человека является не дно желудка, где происходит секреция кислоты, а антральный отдел желудка, что указывает на то, что оптимальный рН для роста этой бактерии находится в антральном отделе желудка (Lee et al., 1995).
Хотя в желудке обитает не так много симменсальных бактерий, некоторые бактерии, вызывающие кишечные инфекции, выживают в экстремальных условиях желудка и попадают в кишечный тракт. Типичным примером является кишечная сальмонелла. S. enterica является ведущим зоонозным патогеном и основной причиной смертности людей во всем мире. После приема внутрь S. enterica поражает эпителий подвздошной и толстой кишки, вызывая кишечный сальмонеллез, характеризующийся лихорадкой, болью в животе, рвотой и диареей, или распространяется системно, вызывая сепсис (Knodler and Elfenbein, 2019). Эта бактерия обладает очень специфической характеристикой, которая заключается в том, что сама по себе бактерия не вредна для организма человека при пероральном приеме, но вызывает тяжелые симптомы, описанные выше, когда бактерия попадает в организм с пищей. Это связано с тем, что S. enterica убивается желудочной кислотой, когда попадают в организм только бактерии, но такие продукты, как говядина и яичные белки, временно повышают рН окружающей среды, позволяя даже чувствительному к кислоте S. enterica выживать на поверхности пищи (Waterman and Small, 1998). В этом исследовании авторы инокулировали говяжий фарш несколькими патогенами и проверяли их способность выживать в кислых условиях с pH 2,5 при 37 ° C в течение 2 часов. Результаты показали, что Campylobacter jejuni и холерный вибрион, которые являются чувствительными к кислоте патогенами, подобными S. enterica, также выживали на поверхности пищи, как и S. enterica, и повторно заселялись при возвращении к оптимальным условиям роста. Другое предыдущее исследование показало, что Salmonella spp. приобретают реакцию кислотоустойчивости (ATR), способность выживать в чрезвычайно кислых условиях (рН 3) после одного поколения культивирования при сублетальном рН (рН 4,5-5,5) (Foster and Hall, 1990). Таким образом, хотя высококислотная желудочная кислота играет очень важную роль в качестве первой линии защиты от патогенов, вводимых перорально, она, по-видимому, не защищает от всех патогенов, поступающих с пищей.
рН кишечника и его роль
рН кишечного тракта здорового человека исследовался в первую очередь с помощью рН-чувствительной радиотелеметрической капсулы, которая свободно проходит через пищеварительный тракт в течение 48 часов без ограничений при обычном передвижении (Эванс и др., 1988), или путем непрерывного измерения рН просвета в тонкой и правой части толстой кишки с помощью рН-электрода, установленного в пероральной трубке (Ньюджент и др., 2001). Во-первых, рН тонкого кишечного тракта, который постоянно подвергается воздействию сильных кислот желудочного сока, обсуждавшихся в предыдущей главе, был подробно рассмотрен в недавнем мета-анализе (Abuhelwa et al., 2016). Согласно этому отчету, среднее значение рН тонкого кишечника составляет 6,1 в двенадцатиперстной кишке, которая находится в непосредственном контакте с желудком, повышаясь до 7,1 в средней части тонкого кишечника и достигая 7,5 в дистальной части тонкого кишечника (рисунок 1). Значение pH просвета кишечника увеличивается примерно до 6,5 в проксимальном отделе тонкой кишки и примерно до 7,5 вблизи подвздошной кишки в дистальном отделе тонкой кишки. После этого он временно снижается примерно до 6,0 вблизи слепой кишки у входа в толстую кишку, а затем увеличивается по направлению к прямой кишке, где достигает примерно 7,0 у выхода из толстой кишки (Crawford and Brooke, 1955; Pye et al., 1990; Nugent et al., 2001, рисунок 1). Толстый кишечник отвечает за многочисленные функции, такие как ферментация углеводов и аминокислот, всасывание минералов и желчных кислот, синтез витаминов, метаболизм различных других веществ и выведение нежелательных веществ (Каммингс, 1997). В проксимальном отделе толстой кишки, включая слепую кишку, кишечные бактерии активно ферментируют пищевые волокна и сахариды и вырабатывают большое количество SCFAs и их метаболитов (Николсон и др., 2012; Баотман и др., 2016; Ямамура и др., 2020); следовательно, в этой области она временно становится кислой (приблизительно рН 6,0) (рисунок 1). В дистальном отделе толстой кишки пищевые волокна и сахариды ферментируются кишечными бактериями, а вырабатываемые SCFAs быстро всасываются из стенки кишечника за счет пассивного транспорта, поэтому чем ближе к прямой кишке, тем меньше количество SCFAs. Кроме того, с прогрессом аминокислотной ферментации увеличивается доля щелочных метаболитов, в результате чего рН становится почти нейтральным (Конлон и Берд, 2015).
Повышенная выработка SCFAs приводит к созданию слабокислых условий pH в кишечном тракте, которые играют важную роль в поддержании здоровья человека. Например, считается, что это состояние оказывает эффект снижения растворимости токсичных холевых кислот, способствуя усвоению минералов и ингибируя всасывание аммиака и других аминов путем образования NH+4NH4+ из NH3посредствомдиссоциации протонов (Вонг и др., 2006). Более того, было показано, что слабокислые условия рН в кишечном тракте вносят значительный вклад в всасывание витаминов, электролитов и железа, а также в активацию пищеварительных ферментов (Чернелч и др., 1970; Охта и др., 1995; Фаллингборг, 1999). Также сообщалось, что слабокислые условия в кишечном тракте сильно подавляют рост патогенных клостридий. Более конкретно, сообщалось, что прорастание и рост Clostridium difficile из спор значительно замедлялись, когда среда была кислой (Kochan et al., 2018). Таким образом, было проведено несколько исследований влияния pH на изменения в микробиоме. В целом, большинство условно-патогенных бактерий предпочитают расти в условиях, близких к нейтральным (pH 6,0-7,0), и плохо растут в кислых условиях (pH ≤ 5,5). Например, некоторые бактерии могут расти при широком диапазоне значений рН, такие как бактероиды (Duncan et al., 2009), в то время как другие подавляются при кислом рН, такие как вейлонелла и стрептококк (Брэдшоу и Марш, 1998). Кроме того, маслянокислые бактерии, такие как Faecalibacterium и Roseburia известно, что они лучше растут при слабокислом pH (pH 5,5), чем при почти нейтральном pH (pH 6,7), и вырабатывают больше масляной кислоты (Walker et al., 2005). Считается, что стимуляция выработки масляной кислоты питает клетки толстой кишки и защищает их от повреждения ДНК, вызванного перекисью водорода (Rosignoli et al., 2001). Кроме того, слабокислый рН (pH 5,5) может незначительно подавлять выработку пропионата в результате ограниченного роста видов, продуцирующих пропионат, таких как бактероиды (Walker et al., 2005). Пропионат является вторым предпочтительным источником энергии для клеток толстой кишки после бутирата (Клаузен и Мортенсен, 1994), обладает противовоспалительными свойствами и может играть важную роль в лечении воспалительных заболеваний кишечника (Теделинд и др., 2007). Другие исследования показали, что снижение рН толстой кишки предотвращает рост патогенных бактерий, особенно Enterobacteraciae, которые обычно чувствительны к низкому рН (Roe et al., 1998; Hirshfield et al., 2003). Интересные результаты были также продемонстрированы в экспериментах in vitro, в которых значения pH 33 репрезентативных видов кишечной палочки человека были измерены на трех уровнях приблизительно 5,5, 6,2 и 6,7 (Duncan et al., 2009). В этом исследовании они обнаружили, что восемь протестированных репрезентативных видов Bacteroides, как и кишечная палочка, мало росли при pH 5,5. Они также сообщили, что на Bacteroides spp. приходится 27% последовательностей 16S рРНК, обнаруженных при рН 5,5, но 86% при рН 6,7, и наоборот, грамположительные бактерии, продуцирующие бутират, составляют 50% всех последовательностей 16S рРНК при рН 5,5, но ни одной при рН 6,7. Из этого исследования авторы пришли к выводу, что основная группа грамотрицательных бактерий ингибируется при слабокислом рН, создавая нишу, доступную микроорганизмам с более низкой устойчивостью к рН. Кроме того, другой эксперимент in vitro с использованием неперевариваемых полисахаридов в качестве субстратов для роста показал, что изменение рН на единицу вызывает значительные изменения в составе микробиоты толстой кишки человека, особенно при том, что грамотрицательные виды Bacteroides становятся доминирующими при рН 6,5, а грамположительные Firmicutes увеличиваются при рН 5,5 (Walker et al., 2005).
Таким образом, очевидно, что pH может способствовать или ингибировать рост определенных бактерий. другие эффекты pH на микробиом включают стимулирование или ингибирование ферментации микробиомом. В одном исследовании in vitro в ферментере с контролируемым рН было произведено больше бутирата, чем уксусной кислоты при рН 5,5, но обратное было верно при рН 6,5 (Walker et al., 2008). В другом аналогичном исследовании сообщалось, что in vitro культуры со смешанной фекальной микрофлорой продуцировали молочную кислоту в диапазоне рН от 5,2 до 6,4, с наибольшей выработкой в умеренно кислых условиях (рН 5,9) (Belenguer et al., 2007). Они также сообщили, что при низком pH (<5,2) выработка молочной кислоты немного увеличивается, но утилизация молочной кислоты сильно подавляется, и молочная кислота накапливается.
Кроме того, недавнее исследование показало, что V. cholerae, который передается оральным путем из зараженной пищи и воды и имеет очень высокое бремя заболеваний в развивающихся странах, обладает повышенной скоростью плавания за счет жгутиковой подвижности при щелочном рН, что приводит к усиленной инвазии кишечной слизи (Nhu et al., 2021). Таким образом, выработка SCFAs кишечными бактериями и возникающая в результате этого слабокислотная обстановка в кишечном тракте оказывают множество последствий для здоровья, таких как стимулирование выведения токсичных веществ из кишечного тракта, стимулирование всасывания питательных веществ и подавление роста патогенных бактерий.
Клиническое значение рН кала
SCFA, вырабатываемые кишечными бактериями, в основном путем ферментации углеводов (пищевых волокон и сахаридов), быстро всасываются из эпителиальных клеток толстой кишки в организм хозяина, стимулируя всасывание воды и натрия в кишечном тракте (Рисунок 2) (Флеминг и Арсе, 1986). Более того, известно, что ферментация углеводов в SCFAs снижает осмотическое давление в просвете кишечника и либо предотвращает, либо облегчает осмотическую диарею (Цзян и Савайано, 1997). И наоборот, нарушение всасывания углеводов и SCFA в кишечном тракте увеличивает концентрацию SCFA, выделяемую с калом, и одновременно повышает осмотическое давление в кале. Это приводит к тому, что вода из кишечного тракта переходит в кал, что приводит к осмотической диарее (Blattner, 1961; Hammer et al., 1989; Hammer et al., 1990).
Рисунок 2

Рисунок 2 Ферментация пищевых волокон кишечными бактериями, выработка короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) и их всасывание в эпителии толстой кишки и выделение с кожей. SCFA являются продуктами кишечной микробиологической ферментации пищевых волокон, полученных главным образом из организма хозяина. Примерно 95% SCFAs, вырабатываемых кишечной микробиотой, всасываются эпителием толстой кишки посредством быстрого пассивного транспорта, тогда как остальные 5% выводятся с мочой.
В настоящее время рН кала используется в клинической практике как индикатор нарушения всасывания углеводов в толстой кишке и осмотической диареи (Maffei et al., 1984; Файн и Шиллер, 1999; Подольский и др., 2015; Кару и др., 2018). Однако следует отметить, что существует целый ряд факторов, влияющих на рН кишечника и кала, как обсуждается в следующей главе, и поэтому их значение в клинической практике все еще очень ограничено.
Факторы, влияющие на рН кишечника и кала
Как описано выше, колебания рН кишечника, вызванные метаболитами кишечных бактерий, играют чрезвычайно важную роль в поддержании функций и здоровья толстого кишечника. Между тем, колебания микробиоты кишечника влияют на переваривание пищи, потребляемой нами, хозяином, и на увеличение или уменьшение содержания метаболитов, которые, в свою очередь, вызывают колебания рН кишечника и кала (рисунок 3). В настоящем обзоре мы исследуем факторы, влияющие на кишечную микробиоту, и обобщаем их взаимосвязь с рН кишечника и кала, которая может быть неинвазивно и относительно легко измерена.
Рисунок 3

Рисунок 3 Влияние рациона питания, кишечной микробиоты и их метаболитов на рН кишечника и кала у здоровых людей. Потребление овощей и диет с низким содержанием жиров, выработка короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) кишечной микробиотой и рост полезных бактерий приводят к снижению pH кишечника и фекалий. И наоборот, потребление мяса и продуктов с высоким содержанием жиров, алкоголя и рост патогенных бактерий приводят к повышению рН кишечника и кала.
Возраст
Известно, что кишечник человеческих плодов полностью стерилен. Считается, что воздействие бактерий матери и окружающей среды при рождении инициирует формирование микробиоты кишечника (Рисунок 4) (Arrieta et al., 2014). Как правило, первыми бактериями, которые оседают в кишечнике, являются факультативные анаэробы, такие как Enterococcus, Staphylococcus и Enterobacteriaceae (Tsuji et al., 2012). После этого появляются облигатные анаэробы, такие как Bifidobacterium, Bacteroides и Clostridium, и Bifidobacterium становятся преобладающей группой бактерий в кишечнике примерно через 2 недели после рождения (рисунок 4) (Mitsuoka, 2014). Эти изменения в микробиоте кишечника в младенчестве сильно влияют на изменение рН кала. рН КАЛА младенцев через 1-2 ч после рождения составляет приблизительно 6,0 и снижается примерно до рН 5,0 с началом грудного вскармливания (Грютте и Хенель, 1980). рН кала детей, находящихся на грудном вскармливании, становится кислым, потому что в кишечнике увеличивается количество бифидобактерий, которые метаболизируют содержащиеся в грудном молоке олигосахариды до кислых конечных продуктов, в основном молочной и уксусной кислот (Стайлз, 1996); рН кала становится все более щелочным при соблюдении диеты, аналогичной диете взрослых, поскольку обилие бифидобактерий относительно уменьшается (Haenel et al., 1970; Kurokawa et al., 2007). Однако, по сообщениям, в последние годы многие младенцы, особенно в развитых странах, родились без бифидобактерий или в значительно меньшем количестве, чем в прошлом или в развивающихся странах (Grześkowiak et al., 2012; Хенрик и др., 2018). У этих младенцев рН кала был заметно выше, чем у младенцев с нормальной популяцией бифидобактерий. Известно, что среди кишечной микробиоты они содержат большее количество патогенов и бактерий, разрушающих слизь, и имеют признаки хронического воспаления кишечника (Duar et al., 2020a; Duar et al., 2020b). Эти результаты свидетельствуют о том, что существование бифидобактерий и низкий уровень pH в кишечнике важны для защиты кишечной среды младенцев.
Рисунок 4

Рисунок 4 Изменения микробиоты кишечника с возрастом. Кишечник плодов человека полностью стерилен (слева). Род Bifidobacterium становится преобладающей группой бактерий в кишечнике в первые 2 недели жизни (вторая слева), и их процент резко снижается в подростковом и среднем возрасте (вторая справа). У пожилых людей доля бифидобактерий еще больше снижается, а присутствие гнилостных бактерий относительно увеличивается (справа).
В кале пожилых людей количество бифидобактерий уменьшается, а количество гнилостных бактерий, таких как Escherichia coli и Clostridium perfringens относительно увеличивается (Mitsuoka, 1990), что приводит к повышению рН кала. Исследование, в ходе которого 66 здоровых людей (в возрасте 21-82 лет) были разделены на группы в возрасте > 40 лет и в возрасте <40 лет, не выявило существенной разницы в рН кала между обеими группами (Pye et al., 1990); следовательно, предполагается, что рН кала существенно не меняется в подростковом, раннесреднем и позднесреднем возрасте. Однако в этих исследованиях наблюдалась связь между конкретными видами бактерий и рН кала только в разрезе, и необходимы дальнейшие исследования для выяснения причинно-следственных связей и механизмов того, как эти виды бактерий влияют на желудочно-кишечный тракт или рН кала с возрастом, и как они влияют на начало и прогрессирование заболевания.
Диета
Деятельность, связанная с пищей в толстом кишечнике, включает выработку SCFA путем ферментации углеводов (особенно пищевых волокон) и белков кишечными бактериями, выработку аминов и жирных кислот с разветвленными алкильными группами в результате метаболизма аминокислот, а также метаболизм и всасывание желчных кислот, используемых при переваривании липидов. Таким образом, диета и питательные вещества, которые мы потребляем, по-видимому, сильно влияют на рН кала через выработку, метаболизм и всасывание жирных кислот и желчных кислот в толстом кишечнике. В этом разделе основное внимание уделяется влиянию диеты и питательных веществ на рН кала и обобщаются результаты, достигнутые на сегодняшний день.
Интервенционное исследование, в котором женщинам с низким содержанием железа (n = 32) перорально вводили инулин или плацебо 3 раза в день (приблизительно 20 г / сут) в течение 4 недель, показало, что потребление инулина значительно снижало рН кала (Petry et al., 2012). Более того, о том же результате сообщалось в эксперименте на животных с использованием крыс (Ohta et al., 1995). Кроме того, в интервенционном исследовании изучались изменения рН кала в группе, которая придерживалась высокобелковой и высокоуглеводной диеты, и в другой группе, которая придерживалась высокобелковой и низкоуглеводной диеты; было замечено, что рН кала становился все более кислым в первой и все более щелочным во второй. В интервенционном исследовании также изучалась кишечная микробиота, соотношение численности которой фактически изменилось, и было обнаружено, что количество Roseburia spp. и Eubacterium rectale из группы Clostridium coccoides уменьшилось в группе, получавшей высокобелковую и низкоуглеводную диету (Russell et al., 2011). Кроме того, в эксперименте, где изменяли исходное значение рН в культуре симбиотических бактерий, при сравнении рН 5,5 и рН 6,5 наблюдалось, что рост Bacteroidetes подавлялся при рН 5,5, тогда как размножение Roseburia spp. и E. rectale из группы C. coccoides особенно усиливалось (Duncan et al., 2009). Эти результаты показали, что слабокислотное состояние, вызванное ферментацией углеводов, влияет на изменение состава кишечной микробиоты.
И наоборот, в интервенционном исследовании, в котором 1,4 или 2,8 г ксилоолигосахарида перорально вводили 32 здоровым взрослым на срок до 8 недель, не было отмечено никакого влияния на рН кала (Li et al., 2014). Кроме того, в недавнем слепом рандомизированном перекрестном диетическом исследовании были включены 20 здоровых молодых людей (18-45 лет), которых в течение 21 дня кормили диетами с высоким и низким содержанием SCFA с 21-дневным перерывом между диетами (Gill et al., 2022). Однако не было обнаружено существенной разницы в рН кала между группами с высоким и низким содержанием SCFA в рационе. Кроме того, одиночное слепое рандомизированное контролируемое исследование 52 пациентов с хронической болезнью Крона или язвенным колитом, проведенное в Великобритании в 2020 году, показало, что диетическое вмешательство не изменило рН кала (Cox et al., 2020). В этом исследовании пациенты были рандомизированы в группу питания с низким содержанием ферментируемых олигосахаридов, дисахаридов, моносахаридов, полиолов (FODMAP) и контрольную группу питания с рекомендациями по питанию, и через 4 недели после вмешательства измеряли рН свежего кала. В связи с этим, проведенный в 2022 году метаанализ девяти рандомизированных контролируемых исследований диет с низким содержанием FODMAP у пациентов с синдромом чувствительного кишечника также не выявил влияния диетического вмешательства на рН кала (So et al., 2022). Авторы также пришли к выводу в этом исследовании, что влияние диеты с низким содержанием FODMAP на микробиом толстой кишки у пациентов с СРК специфично для бифидобактерий, без последовательного воздействия на другие показатели микробиома, такие как разнообразие микробиоты или концентрация SCFA в кале. Таким образом, расхождения между слепыми и рандомизированными исследованиями диетических вмешательств у аналогичных субъектов по-прежнему предполагают, что рН кала может быть не всегда связан с какой-либо конкретной диетой или питательным веществом.
Исследование, проведенное на младенцах, показало, что рН кала у младенцев, находящихся на грудном вскармливании, был значительно ниже, чем у младенцев, находящихся на искусственном вскармливании (Langhendries et al., 1995). Одна из причин такого различия заключается в том, что бифидобактерии являются наиболее преобладающей группой бактерий у 1-месячных детей, находящихся на грудном вскармливании, и при этом вырабатывается большое количество SCFA (см. Раздел “Возраст”). Однако, по сообщениям, рН кала младенцев, находящихся на грудном вскармливании, почти без бифидобактерий, был ниже, чем у младенцев, находящихся на искусственном вскармливании; таким образом, причина остается неясной (Willis et al., 1973).
Потребление лекарств
Лекарственные средства также метаболизируются в толстом кишечнике. Однако такие лекарства, как слабительные, противодиарейные средства и антибиотики, в основном напрямую связаны с изменениями кишечной микробиоты и рН. Сообщалось, что прием слабительных снижает рН кала, тогда как прием противодиарейных средств повышает рН кала (Льюис и Хитон, 1997). Кроме того, в исследовании, изучавшем рН кала пациентов с колоректальным раком (КРР), сообщалось, что эти пациенты со щелочным рН кала менее склонны к диарее (Holma et al., 2013), и это было связано с тенденцией выделения кала при снижении рН.
Что касается антибиотиков, то, несмотря на различия в зависимости от типа используемых препаратов, известно, что они обычно убивают основные бактерии, продуцирующие SCFA, и повышают рН кала (Osuka et al., 2012). Поэтому в исследованиях, посвященных взаимосвязи между рН кала и заболеваниями, которые будут описаны позже, основное внимание уделяется наличию или отсутствию применения антибиотиков. Кроме того, сообщалось, что акарбоза, противодиабетический препарат, который является разновидностью ингибитора α-глюкозидазы, замедляющего переваривание углеводов и всасывание в кишечнике, значительно увеличивает общую концентрацию SCFA, уксусной и масляной кислот в кале, значительно снижая рН кала (Holt et al., 1996). Если будущие интервенционные исследования смогут прояснить причинно-следственную связь путем продольного и долгосрочного мониторинга изменений рН кишечника и фекалий до и после приема лекарств, наряду с изменениями кишечной микробиоты и ее метаболитов, рН кишечника и фекалий можно использовать в качестве индикаторов дисбактериоза окружающей среды кишечника. Однако даже в таком случае необходимо иметь в виду, что при клиническом применении pH следует учитывать сопутствующие факторы, такие как метод измерения pH, диета, заболевание и другие сопутствующие лекарства.
Болезни
В последние годы был выявлен ряд заболеваний, в которых большое значение имеет состав кишечных бактерий и их метаболитов. В этом разделе кратко описана взаимосвязь между заболеваниями и кишечной микробиотой, а также рН кала и кишечника (таблица 1).
Таблица 1

Таблица 1 Взаимосвязь между заболеваниями и кишечной микробиотой, а также рН кала и кишечника.
Колоректальный рак и полипы толстой кишки
Примерно до 1990 года сообщалось, что кал пациентов с КРР был щелочным (Pye et al., 1990). Однако с 1990 года в некоторых отчетах утверждается, что рН кала не меняется даже при КРР (Хоув и др., 1993; Холма и др., 2012). Более того, исследование полипов толстой кишки показало, что рН кала, наоборот, кислый в группе с диагнозом > 1 ворсинчатая колоректальная (почечная канальцевая) аденома, превышающая 1 см в диаметре, с высоким риском развития умеренной или тяжелой дисплазии (De Kok et al., 1999). В одном относительно новом отчете о КРР и рН кала участвовало исследование 93 пациентов и 49 здоровых добровольцев; в этом отчете у пациентов с КРР рН кала был выше, а у пациентов с полипами толстой кишки рН кала был между показателями здоровых людей и пациентов с КРР (Ohigashi et al., 2013). Таким образом, конкретная взаимосвязь между CRC и рН кала остается неопределенной, и в будущем требуются более масштабные эпидемиологические исследования.
Что касается взаимосвязи между микробиотой кишечника и КРР, то в последние годы неоднократно сообщалось о возможном участии Fusobacterium в развитии и прогрессировании КРР (Костич и др., 2012; Костич и др., 2013; Тахара и др., 2014). И наоборот, у пациентов с КРР доля облигатных анаэробов, таких как группа Clostridium coccoides, подгруппа Clostridium leptum, группа Bacteroides fragilis и кластер Bifidobacterium и Atopobium, как правило, была низкой; более того, доля Enterobacteriaceae и Staphylococcus была низкой (Kostic et al., 2012; Костич и др., 2013; Тахара и др., 2014). Многие из этих бактерий являются типичными бактериями, продуцирующими SCFA, и могут быть связаны с изменениями рН кала (особенно с изменением щелочности) у пациентов с КРР.
Псевдомембранозный колит
Для подтверждения диагноза псевдомембранозного колита было показано, что комбинация тестов на токсины и антигены эффективна. Это связано с тем, что, когда только один из них был положительным, было поставлено несколько ошибочных диагнозов. Сообщается, что рН кала пациентов с псевдомембранозным колитом был щелочным в обеих положительных группах (Gupta et al., 2016). Кроме того, в исследовании сообщалось, что не было существенной разницы в рН кала ни у положительных, ни у обоих отрицательных пациентов. Этот тип колита является одним из инфекционных колитов, вызываемых аномальной пролиферацией Clostridium difficile, облигатного анаэроба, продуцирующего споры (Moreno et al., 2013). Было обнаружено, что C. difficile редко обитает в фекалиях с рН ниже 6,0 (Miyazaki et al., 1992), и это может быть связано со щелочным рН кала у пациентов с псевдомембранозным колитом.
Язвенный колит и болезнь Крона
Было выяснено, что рН кала имеет тенденцию быть ниже у пациентов с ЯК и болезнью Крона (БК) по сравнению с таковым у здоровых людей (здоровые люди: рН 7,0, ЯК: рН 6,6 и БК: рН 6,8) (Верния и др., 1988b). В частности, сообщалось, что у пациентов с ЯК рН кала снижается с увеличением тяжести от фазы ремиссии, легкой и умеренной до тяжелой (фаза ремиссии: рН 7,2, легкая: рН 6,4, умеренная: рН 6,3 и тяжелая: рН 6,2) (Верния и др., 1988a). Примечательно, что уровни SCFA в кале были значительно ниже у пациентов с ЯК, чем у здоровых людей (Treem et al., 1994; Nemoto et al., 2012; Zhuang et al., 2019), и это может быть связано с повышенным рН кала у этих пациентов. Было показано, что, подобно результатам анализа кала, рН просвета толстой кишки снижается у пациентов с активным ЯК (Macfarlane et al., 1992). Кроме того, интервенционное исследование, в котором педиатрическим пациентам с БК назначалось исключительно энтеральное питание (ЭЭН), сообщило о постепенном повышении рН кала и ослаблении симптомов БК на 15, 30 и 60-й дни после начала ЭЭН (Gerasimidis et al., 2014).
Что касается кишечных бактерий, то известно, что типы протеобактерий, адгезивно-инвазивная кишечная палочка, Fusobacterium и Ruminococcus gnavus отрицательно влияют на патогенез ЯК и БК. Более того, Bifidobacterium, группы IV и XIVa, Clostridium, Facalibacterium prausnitzii, Roseburia spp., Suterella spp., Bacteroides и Saccharomyces cerevisiae, по сообщениям, снижаются у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (Сартор и Ву, 2017). Среди них увеличение Fusobacterium и снижение Bacteroides, Bifidobacterium и Clostridium такие же, как у пациентов с КРР (см. раздел “Колоректальный рак и полипы толстой кишки”), и могут быть связаны с изменениями рН кала.
Другие заболевания
В дополнение к заболеваниям толстой кишки, упомянутым выше, было обнаружено, что с pH кала связаны различные другие заболевания. Существует исследование о синдроме системной воспалительной реакции (SIRS), общем термине для обозначения серьезных состояний, таких как сепсис, вызванный ожогами или несчастными случаями, в котором исследуется взаимосвязь между симптомами, кишечной микробиотой, уровнями SCFA в кале и рН кала пациентов, доставленных машиной скорой помощи и проходящих лечение в отделении интенсивной терапии (ОРИТ). В этом исследовании рН кала пациентов с SIRS был более щелочным, чем у здоровых людей, что может быть связано с тем фактом, что у этих пациентов было обнаружено меньшее количество бифидобактерий и лактобацилл и более низкие уровни SCFA в кале по сравнению со здоровыми людьми. Аналогичным образом, сообщалось о более повышенном рН кала у пациентов с тяжелой СВИР (Симидзу и др., 2006), а аномальный рН кала (ниже 6,0 и выше 7,2) у пациентов с тяжелой СВИР показал значительную положительную корреляцию с повышенным риском смерти и бактериемии (Osuka et al., 2012). Эти результаты могут быть объяснены разрушением кишечной микробиоты H2 блокаторы и антибиотики, которые назначают пациентам с тяжелым течением ОРИТ, тем самым приводят к снижению количества вырабатываемых SCFAs, что приводит к тому, что кал становится чрезвычайно щелочным, или к повреждению эпителия кишечника вредными бактериями, что вызывает нарушение всасывания лактозы, что приводит к тому, что кал становится чрезвычайно кислым. Кроме того, сообщалось, что добавление уменьшенного количества бифидобактерий и лактобацилл в дополнение к симбиотической терапии (комбинация пробиотиков и пребиотиков) пациентам с SIRS повышает уровень SCFA в кале, снижает рН и снижает частоту энтерита, пневмонии и бактериемии (Симидзу и др., 2009). рН кала пациентов с ОРВИ может быть выше, чем у здоровых людей, из-за приема антибиотиков. Однако тот факт, что симбиотическая терапия привела к снижению частоты различных инфекций наряду с повышением уровня SCFA в кале и снижением рН кала, предполагает, что рН кала важен для понимания состояния системного иммунитета.
Другие заболевания, которые, по сообщениям, изменяют рН кала и уровни SCFA в кале в дополнение к SIRS, включают сахарный диабет 2 типа (СД2) и нервную анорексию. В двух исследованиях сообщалось, что рН кала остался неизменным, и только общий уровень SCFA в кале был снижен у пациентов с СД2 (Sato et al., 2014), тогда как у пациентов с нервной анорексией кал стал щелочным (Morita et al., 2015). Причиной щелочного кала в случае анорексии может быть то, что пища не употребляется перорально. В сочетании с описанием в разделе "Диета" потребление углеводов в любом случае может быть ключом к подкислению кала.
Сообщалось о ряде других заболеваний, связанных с микробиотой кишечника, таких как ожирение (Лей и др., 2006; Тернбо и др., 2006), метаболический синдром (Ле Шателье и др., 2013; Хартстра и др., 2015), синдром раздраженного кишечника (Форд и др., 2009), заболевания печени (связанные с алкоголем заболевания печени (Ян и др., 2011), неалкогольная жировая болезнь печени (Харте и др., 2010), цирроз печени (Цинь и др., 2014) и первичный склерозирующий холангит (Сабино и др., 2016)), атеросклероз (Касахара и др., 2017), рассеянный склероз (Джанги и др., 2016) и расстройство аутистического спектра (Файнголд и др., 2002). Однако не проводилось никаких исследований взаимосвязи между каким-либо из них и pH кала. В будущем ожидаются дальнейшие исследования.
Другие факторы
В дополнение к вышеупомянутым факторам, существуют и другие факторы, тесно связанные с рН кала и кишечника. В частности, сообщается, что рН кала имеет сильную отрицательную корреляцию с обилием бифидобактерий, и в последние годы было предложено использовать рН кала в качестве косвенного показателя обилия бифидобактерий (Frese et al., 2017; Henrick et al., 2018). Например, рН кала младенцев продолжал повышаться в течение примерно 100 лет (с 1926 по 2017 год), что позволяет предположить, что это связано со снижением численности бифидобактерий у младенцев в развитых странах (Хенрик и др., 2018). В будущем, возможно, станет возможным легко оценивать состав кишечных бактерий путем комбинирования pH фекалий и фекальных метаболитов. Кроме того, было продемонстрировано, что на рН кишечника сильно влияют ферментация углеводов кишечной микробиотой и всасывание SCFA из эпителиальных клеток толстой кишки, а также время прохождения по всему кишечнику и содержание воды в фекалиях (Nugent et al., 2001; Karu et al., 2018). Метод неинвазивного анализа и исследования кишечной среды путем измерения рН кала уже применялся при клинических обследованиях (см. Раздел “Клиническое значение рН кала”). Однако, как отмечалось выше, на рН кишечника и кала сильно влияют различные факторы, и их клиническое значение и интерпретация требуют значительного внимания.
Ограничения
Как обсуждалось в этой статье, рН кишечника и кала, по-видимому, колеблется с некоторой корреляцией со статусом заболевания. Однако на него также влияет множество других факторов, таких как старение, диета и лекарства, и даже у отдельных людей внутри- и межсуточные колебания, как ожидается, будут очень большими. Что касается питания, то также проводились различные интервенционные исследования, но результаты о влиянии питания на рН кишечника и кала были противоречивыми. Кроме того, различия в рН кишечника и кала при различных заболеваниях еще не изучены, и было бы трудно использовать их в качестве маркеров для различения заболеваний. Более того, хотя в этом обзоре мы сосредоточились на корреляции изменения рН кишечника и кала с SCFA, степень, в которой SCFA влияет на изменение рН кишечника и кала, пока неизвестна. Кроме того, до сих пор не проводилось количественных и высококачественных исследований, позволяющих определить, в какой степени изменение рН кишечника и кала, наоборот, влияет на кислотность SCFA. Учитывая эти факты, в этой области исследований в будущем в первую очередь потребуется стандартизация методов измерения pH кишечника и кала (измерительные приборы, время суток и методы регистрации приема пищи и лекарств вплоть до дня, предшествующего дню измерения). Затем, если удастся выяснить, до какой степени рН кишечника и кала колеблется в зависимости от кишечной микробиоты и кишечных метаболитов, таких как SCFA, и в какой степени существует причинно-следственная связь, откроется возможность использования рН кишечника и кала в качестве простого инструмента для понимания кишечной среды каждого человека.
Выводы
На основе информации, обобщенной в этом обзоре, можно сделать вывод, что рН кала изменяется с определенной степенью четкой причинно-следственной связи в зависимости от состояния человека и образа жизни, такого как возраст, диета, заболевания, лекарства, кишечная микробиота и ее метаболиты. Однако также важно учитывать, что рН кала может значительно изменяться во время хранения образцов кала и что на его величину могут влиять многие факторы одновременно. Следует отметить дополнительные ограничения, заключающиеся в том, что методы оценки рН кишечника и кала еще не стандартизированы, трудно получить свежие образцы кала, а определение рН кишечника - реализовать. Таким образом, в настоящее время значение значений pH кишечника и кала для здоровья человека ограничено, и трудно установить нормальный или ненормальный порог значения pH кала, который был бы универсальным для всех людей, и, скорее, эффективно наблюдать за изменениями, происходящими в повседневной жизни людей. В этом отношении клиническое применение рН кала является многообещающим, например, при таких заболеваниях, как воспалительные заболевания кишечника, при которых важно поддержание ремиссии, мониторинг рН кала у людей с течением времени может позволить неинвазивно и быстро понять патологические состояния. Кроме того, в сочетании с такими показателями, как кишечная микробиота и концентрации метаболитов в кале и крови, этот метод проложит путь к разработке биомаркеров, основанных на фактических данных, для различных проблем со здоровьем, а также для здоровья пищеварительной системы.

https://www.frontiersin.org/articles/10 … 92316/full