Влияние ацетаминофена на структурно-функциональное состояние толстого кишечника и кишечной микрофлоры

Цель исследования. Оценить состояние микробно-тканевого комплекса толстого кишечника при поступлении в организм животных гепатоксических концентраций ацетаминофена.
Материалы и методы. Эксперименты выполнены на 24 белых беспородных крысах массой тела 180–220 г, которые были разделены на три группы. Контрольная группа получала энтерально 2 % раствор крахмала; первой опытной группе пятикратно, через день вводили ацетаминофен в растворе крахмала в дозе 1500 мг/кг массы тела; второй опытной группе таким же способом вводили ацетаминофен в дозе 2500 мг/кг массы тела. В предварительно замороженных при –70 °С образцах микробно-тканевого комплекса (МТК) толстого отдела кишечника методом высокоэффективной жидкостной хроматографии определяли свободные аминокислоты и их азотсодержащие метаболиты. Для микробиологического исследования выделенный в асептических условиях МТК немедленно отправлялся в микробиологическую лабораторию для определения содержания основных представителей кишечной микрофлоры. Образцы стенки восходящей части ободочной кишки подвергались гистологическому и электронно-микроскопическому исследованию. Гепатотоксическое действие ацетаминофена оценивали путем определения активности ферментов и содержания общего билирубина в плазме крови.
Результаты. Энтеральное введение крысам гепатотоксических количеств ацетаминофена повышает концентрации свободных аминокислот и их азотсодержащих производных в микробно-тканевом комплексе толстого кишечника. Одновременно существенно увеличиваются концентрации незаменимых аминокислот. Показаны морфологические изменения в клетках эпителия толстого кишечника и структуры митохондрий.
Заключение. Токсические дозы ацетаминофена оказывают существенное влияние на показатели микробнотканевого комплекса толстого кишечника. Имеет место изменение биохимических параметров аминокислотного обмена: повышение уровней заменимых аминокислот и изменения со стороны колоноцитов (размер и форма митохондрий, высота щеточной каемки, объем бокаловидных клеток), что указывает на снижение возможности клеток использовать аминокислоты для поддержки функционирования цикла Кребса. Это подтверждают и существенно повышенные концентрации незаменимых аминокислот, которые используются, главным образом, для синтеза белков. Возникающий под влиянием ацетаминофена дисбиоз вносит дополнительный вклад в поражение толстого кишечника. Негативное влияние ацетаминофена подтверждается обнаруженными нами дозозависимыми изменениями со стороны микробно-тканевого комплекса.

1. Sheehan WJ, Mauger DT, Paul Ian M, Moy JN, Boehmer SJ, Szefler SJ, Fitzpatrick AM, еt al. Acetaminophen versus ibuprofen in young children with mild persistent asthma. N Engl J Med N. 2016;375(7):619-630. DOI: https://doi.org/10.1056%2FNEJMoa1515990

2. Van Rongen AA. Välitalo PAJ, Peeters MYM, Boerma D, Huisman FW, Ramshorst B, еt al. Morbidly obese patients exhibit increased CYP2E1-mediated oxidation of acetaminophen. Clin Pharmacokinet. 2016; 5(7):833-847. DOI: https://doi.org/10.1007/s40262-015-0357-0

3. Jeong TB, Kim J-H, Kim SH, Lee S, Son SW, Lim Y, еt al. Comparison of toxic responses to acetaminophen challenge in ICR mice originating from different sources. Laboratory Animal Research. 2019;35:16. DOI: https://doi.org/10.1186/s42826-019-0017-x

4. Yuan L, Kaplowitz N. Mechanisms of drug-induced liver injury. Clin Liver Dis. 2013 Nov; 17(4):507-518. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cld.2013.07.002

5. Gong S, Lan Т, Zeng L, Luo H, Yang X, Li N, еt al. Gut microbiota mediates diurnal variation of acetaminophen induced acute liver injury in mice. J Hepatol. 2018;69(1):51-59. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhep.2018.02.024

6. Mazaleuskaya LL, Sangkuhl K, Thorn CF, FitzGerald GA, Altman RB, Klein TE. PharmGKB summary: pathways of acetaminophen metabolism at the therapeutic versus toxic doses. Pharmacogenet. Genomics. 2015 Aug;25(8):416-426. DOI: https://doi.org/10.1097%2FFPC.0000000000000150

7. Chopyk DM, Stuart JD, Zimmerman MG, Wen J, Gumber S, Suthar MS, еt al. Acetaminophen Intoxication Rapidly Induces Apoptosis of Intestinal Crypt Stem Cells and Enhances Intestinal Permeability. Hepatol Commun. 2019;3(11):1435-1449. DOI: https://doi.org/10.1002/hep4.1406

8. Гриневич В.Б., Кравчук Ю.А., Сак Е.И. Эволюция понятия микробно-тканевого комплекса кишечника. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2020;183(11):4-11. DOI: https://doi.org/10.31146/1682-8658-ecg-183-11-4-10

9. Chen T, Li R, Chen P. Gut Microbiota and Chemical-Induced Acute Liver Injury. Front Physiol. 2021 May; 12:688780. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2021.688780

10. Reynolds ES. The use of lead citrate at high pH as an electronopaque stain in microscopy. J Cell Biol. 1963 Apr 1; 17(1):208-212. DOI: https://doi.org/10.1083/jcb.17.1.208

11. Zhang S, Ren M, Zeng X, He P, Ma X, Qiao S. Leucine stimulates ASCT2 amino acid transporter expression in porcine jejunal epithelial cell line (IPEC-J2) through PI3K/Akt/mTOR and ERK signaling pathways. Amino Acids. 2015 Juli; 46(12):2633-2642. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00726-014-1809-9

12. Zheng PYuB, He J, Yu J, Mao X, Luo Y, et al. Arginine metabolism and its protective effects on intestinal health and functions in weaned piglets under oxidative stress induced by diquat. Br J Nutr. 2017; 117:1495-1502. DOI: https://doi.org/10.1017/s0007114517001519

13. Blachier F, Davila AM, Benamouzig R, Tome D. Channelling of arginine in NO and polyamine pathways in colonocytes and consequences. Front Biosci. (Landmark Ed). 2011 Jan; 16(4):1331-1343. DOI: https://doi.org/10.2741/3792

14. Duan J, Yin J, Wu M, Liao P, Deng D, Liu G, et al. Dietary glutamate supplementation ameliorates mycotoxin-induced abnormalities in the intestinal structure and expression of amino acid transporters in young pigs. PLoS ONE. 2014;9:e112357. DOI: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0112357

15. Etienne-Mesmin L, Chassaing B, Gewirtz AT. Tryptophan: A gut microbiota-derived metabolites regulating inflammation. World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. 2017;8(1):7-9. DOI: https://doi.org/10.4292%2Fwjgpt.v8.i1.7

16. Liu WMiS, Ruan Z, Li J, Shu X, Yao K, et al. Dietary tryptophan enhanced the expression of tight junction protein ZO-1 in intestine. J Food Sci. 2017;82:562-567. DOI: https://doi.org/10.1111/1750-3841.13603

17. Шарапов И.Ю., Кварацхелия А.Г., Болгучева М.И., Коротких К.Н. Функциональная морфология бокаловидных клеток тонкой кишки при действии различных факторов. Журнал анатомии и гистопатологии. 2021;10(2):73-79. DOI: https://doi.org/10.18499/2225-7357-2021-10-2-73-79