Влияние антибиотик-ассоциированных нарушений микробиоценоза кишечника на когнитивные функции. Экспериментальное исследование

Цель. Выявить влияние антибиотик-ассоциированных нарушений микробиоценоза кишечника на когнитивные функции на примере экспериментальной биологической модели. Материалы и методы. Проведено экспериментальное исследование на примере биологической модели (крысы линии Wistar, 80 животных, самцов одного возраста). В ходе эксперимента моделировался дисбиоз, вызванный действием антибактериальных препаратов амоксициллина (Хемофарм, Сербия) и метронидазола (ООО «Озон», Россия), вводимых животным per os в субтерапевтических (1:100 от терапевтических доз) и терапевтических дозах. Курс антибактериальной терапии составил 3 суток. Микробиологическое исследование биоматериала проводилось традиционными микробиологическими методами до введения антибактериальных препаратов и после. Для оценки выраженности дисбиотических изменений применяли индекс колонизационной резистентности Плоскиревой А. А. (ИКР). Оценку нейроповеденческих реакций проводили с помощью автоматизированных камер (Columbus Instruments, США) с анализаторами активности (Opto-Varimex-5 Auto-Track, США) моторного и исследовательского компонентов, а также последующей автоматизированной программной постобработкой. Оценка когнитивных функций животных осуществлялась до введения антибактериальных препаратов и после завершения курса. Статистический анализ данных проводили с использованием стандартных методов описательной статистики с помощью программы «Microsoft Office Excel 2010». Статистическую значимость различий сравниваемых показателей оценивали с помощью t-критерия Стьюдента при уровне значимости p <0,05 (t> 2). Результаты. Введение антибактериальных препаратов животным приводило к снижению ИКР и при субтерапевтических, и при терапевтических дозах препаратов, что свидетельствует о развитии нарушений микробиоценоза. При введении субтерапевтических доз антибиотиков на 3 сутки от момента введения препарата отмечалось снижение ИКР с 0,48 (значение до введения препаратов) до -1,86 (p<0,01), что сопровождалось снижением ориентировочно-исследовательской активности грызунов с 34 (фоновое значение) до 11 (p<0,01). В группе животных, получивших терапевтические дозы антибиотиков, на 3 сутки эксперимента ИКР снижался с 0,37 до -2,34 (p<0,01), что также сопровождалось снижением уровня ориентировочно-исследовательской активности грызунов по сравнению с фоновыми значениями в 2 раза, с 34 до 15 (p<0,01). Аналогичные закономерности были получены о взаимосвязи ИКР и двигательной активности животных по параметру пройденного пути. Действие субтерапевтических доз антибиотиков способствовало снижению ИКР, на фоне которого наблюдалось уменьшение двигательной активность по параметру пройденного пути в 3 раза, с 1352 до 457 (p<0,01) на 4 сутки эксперимента. Введение терапевтических доз антибиотиков сопровождалось снижением двигательной активности по параметру пройденного пути с 930 до 563 (p<0,01) в период сразу после завершения антибактериальной терапии. При оценке состояния кратковременной памяти у крыс изменения не выявлены. Заключение. На примере экспериментальной биологической модели объективно показано влияние антибиотик-ассоциированных нарушений микробиоценоза кишечника на когнитивные функции подопытных животных. Выраженность снижения когнитивных функций находилась во взаимосвязи со степенью антибиотик-ассоциированных нарушений микробиоценоза и зависела от дозы антибактериального препарата.

антибиотик-ассоциированный дисбиоз, когнитивные нарушения

1. Thursby E., Juge N.Introduction to the human gut microbiota. Biochem J. 2017 May 16; 474(11):1823-1836. doi: 10.1042/BCJ20160510.

2. Sitkin S.I., Tkachenko E. I., Vakhitov T. Ya. Phylometabolic core of intestinal microbiota. Almanac of Clinical Medicine. 2015 August-September; 40: 12-34 (In Russ.)@@ Ситкин С. И., Ткаченко Е. И., Вахитов Т. Я. Филометаболическое ядро микробиоты кишечника. Альманах клинической медицины. 2015 Август-сентябрь; 40: 12-34.

3. Kaybysheva V. O., Zharova M. E., Filimendikova K. Yu., Nikonov E. L. Human Microbiome: age-related changes and functions.Russian Journal of Evidence-based Gastroenterology = Dokazatel’naya gastroenterologiya. 2020;9(2):42-55. (In Russ.) doi: 10.17116/dokgastro2020902142.@@ Кайбышева В. О., Жарова М. Е., Филимендикова К. Ю., Никонов Е. Л. Микробиом человека: возрастные изменения и функции. Доказательная гастроэнтерология. 2020;9(2):42-55. (in Russ.) doi: 10.17116/dokgastro2020902142.

4. Petersen, C.; Round, J. L. Defining dysbiosis and its influence on host immunity and disease. Cell. Microbiol. 2014;(16):1024-1033. (in Russ.)@@ Петерсен, К.; Раунд, Дж. Л. Определение дисбиоза и его влияние на иммунитет и болезнь хозяина. Клетка. микробиол. 2014;(16):1024-1033

5. Milani C., Duranti S., Bottacini F. et al. The First Microbial Colonizers of the Human Gut: Composition, Activities, and Health Implications of the Infant Gut Microbiota. Microbiol Mol Biol Rev. 2017 Nov 8;81(4): e00036-17. doi: 10.1128/MMBR.00036-17.

6. Rogers G., Keating D., Young R. et al. From gut dysbiosis to altered brain function and mental illness: mechanisms and pathways. Mol Psychiatry. 2016 Jun;21(6):738-48. doi: 10.1038/mp.2016.50.

7. Bezawada N, Phang TH, Hold GL, Hansen R. Autism Spectrum Disorder and the Gut Microbiota in Children: A Systematic Review. Ann Nutr Metab. 2020;76(1):16-29. doi: 10.1159/000505363.

8. Murros K. E. Hydrogen Sulfide Produced by Gut Bacteria May Induce Parkinson’s Disease. Cells. 2022 Mar 12; 11(6):978. doi: 10.3390/cells11060978.

9. Certificate of state registration of a computer program No. 2023610431 Russian Federation. Program for registration and analysis of behavioral reactions of laboratory animals in sanitary-toxicological studies with subsequent graphical presentation: No. 2022682345: application. 11/21/2022: publ. 01/11/2023 / S. V. Kuzmin, T. A. Sinitskaya, V. V. Safandeev et al.; applicant Federal Budgetary Institution of Science “Federal Scientific Center of Hygiene named after. F. F. Erisman” Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare. (in Russ.) EDN: NTCITZ.@@ Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023610431 Российская Федерация. Программа регистрации и анализа поведенческих реакций лабораторных животных в санитарно-токсикологических исследованиях с последующим графическим представлением: № 2022682345: заявл. 21.11.2022: опубл. 11.01.2023 / С. В. Кузьмин, Т. А. Синицкая, В. В. Сафандеев [и др.]; заявитель Федеральное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. EDN NTCITZ.

10. Poroshin M. A., Beloyedova N. S., Sazhin F. S., Safandeev V. V. [Modern approaches to behavioral experiments in toxicology]. Abstracts of the Ninth Conference of Laboratory Animal Specialists Rus-LASA. (in Russ.) doi: 10.29296/2618723X-RusLASA2021-07.@@ Порошин М. A., Белоедова Н. С., Сажин Ф. С., Сафандеев В. В. Современные подходы к поведенческим экспериментам в токсикологии. Тезисы Девятой конференции специалистов по лабораторным животным Rus-LASA. doi: 10.29296/2618723X-RusLASA2021-07.

11. Bratch A., Kann Sp., Cain Joshua A. et al. Working Memory Systems in the Rat. Current Biology. 2016;26(3):351-355. (in Russ.) doi: 10.1016/j.cub.2015.11.068.

12. Gorelov A. V., Ploskireva A. A. Method for assessing the state of colonization resistance of microbiocenosis of a human biotope (options).Russian Federation Patent for an invention RUS 2381504, 2008. (in Russ.)@@ Горелов А. В., Плоскирева А. А. Способ оценки состояния колонизационной резистентности микробиоценоза биотопа организма человека (варианты) // Патент РФ на изобретение RUS 2381504, 2008.

13. Shoubridge A.P., Choo J. M., Martin A. M. et al. The gut microbiome and mental health: advances in research and emerging priorities. Mol Psychiatry. 2022;(27): 1908-1919. doi: 10.1038/s41380-022-01479-w.

14. Putri S.S.F., Irfannuddin I., Murti K. et al. The role of gut microbiota on cognitive development in rodents: a meta-analysis. J Physiol Sci. 2023; 73: 10. doi: 10.1186/s12576-023-00869-1.

15. Richarte V, Sánchez-Mora C, Corrales M, Fadeuilhe C, Vilar-Ribó L, Arribas L, Garcia E, Rosales-Ortiz SK, Arias-Vasquez A, Soler-Artigas M, Ribasés M, Ramos-Quiroga JA. Gut microbiota signature in treatment-naïve attention-deficit/hyperactivity disorder. Transl Psychiatry. 2021 Jul 8;11(1):382. doi: 10.1038/s41398-021-01504-6.

16. Sampson T.R., Debelius J. W., Thron T. et al. Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson’s Disease. Cell. 2016 Dec 1;167(6):1469-1480.e12. doi: 10.1016/j.cell.2016.11.018.