Biochemical and structural changes in bile in non-alcoholic fatty liver disease

The purpose of the work is to diagnose the early stage of cholelithiasis through a comprehensive study of bile in patients with NAFLD. Materials and methods. We examined 210 patients with NAFLD at the steatosis stage. The diagnosis was confirmed based on general clinical indicators, ultrasound and liver elastography data, and assessment of blood enzyme levels. All patients underwent ultrasound examination of the gallbladder, study of the microscopic and physicochemical properties of bile (specific gravity, acidity, surface tension, viscosity, lithogenicity indices, cholesterol content, bile acids, phospholipids) obtained as a result of multifractional duodenal intubation, and crystallography. Results: Ultrasound examination revealed biliary sludge in 72% of patients. Microscopic examination of bile revealed crystals of cholesterol and calcium bilirubinate in 75.4% of patients. Biochemical analysis of bile revealed significant changes, expressed in increased cholesterol, decreased bile acids, phospholipids, cholate-cholesterol and phospholipid-cholesterol ratios. A study of the physical properties revealed thickening of bile and an increase in its viscosity. Crystallography revealed elements with high optical activity, which became the basis for the formation of gallstones. Conclusions: In patients in the steatosis stage of NAFLD, a decrease in lithogenicity indices, an increase in acidity and thickening of bile are determined, indicating the tendency of bile to stone formation. Signs of biliary sludge (putty-like bile, microlithiasis), characteristic of stage I cholelithiasis, are detected by ultrasound of the gallbladder in 72% of patients in the steatosis stage of NAFLD. Bile crystallography made it possible to identify crystal optical markers indicating changes in the microstructure of gallbladder bile in patients in the steatosis stage of NAFLD. When conducting an examination of patients with NAFLD in the steatosis stage, to diagnose the early stage of cholelithiasis, it is recommended to conduct multifractional duodenal intubation with subsequent study of the physicochemical properties and structural changes of bile.

non-alcoholic fatty liver disease, cholelithiasis, physicochemical properties of bile, crystal optical properties of bile

1. Vakhrushev Ya.M., Khokhlacheva N. A., Gorbunov A. Yu. [Gallstone disease (epidemiology, early diagnosis, clinical examination)]. Izhevsk, 2014, 132 p. (In Russ.)@@ Вахрушев Я. М., Хохлачева Н. А., Горбунов А. Ю. Желчнокаменная болезнь (эпидемиология, ранняя диагностика, диспансеризация) Ижевск, 2014. - 132с.

2. Cherkashchenko N. A., Livzan M. A., Krolevets T. S. Clinical features of the comorbid course of non-alcoholic fatty liver disease and gallstone disease. Ter Arkh. 2020;92(8):29-36. (In Russ.) doi: 10.26442/00403660.2020.08.000764.@@ Черкащенко Н. А., Ливзан М. А., Кролевец Т. С. Клинические особенности коморбидного течения неалкогольной жировой болезни печени и желчнокаменной болезни. Терапевтический архив. 2020; 92(8):29-36.

3. Khuzhamuradov M. N. et al. [Cholelithiasis in non-alcoholic fatty liver disease. Materials of the Twenty-first United Russian Gastroenterological Week].Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2015 (5):90. (In Russ.)@@ Хужамурадов М. Н. и др. Холелитиаз при неалкогольной жировой болезни печени. Материалы Двадцать первой Объединенной Российской гастроэнтерологической недели. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2015 (5):90.

4. Drapkina O. M. Ivashkin V. T. Epidemiological features of non-alcoholic fatty liver disease in Russia (results of an open multicenter prospective observational study DIREG 01903).Russian journal of gastroenterology, hepatology, coloproctology. 2014; 24(4): 32-38. (In Russ.)@@ Драпкина О. М., Ивашкин В. Т. Эпидемиологические особенности неалкогольной жировой болезни печени в России (результаты открытого многоцентрового проспективного исследования наблюдения DIREG 01903). Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2014; 24(4): 32-38.

5. Neuschwander-Tetri BA. Non-alcoholic fatty liver disease. BMC Med. 2017 Feb 28;15(1):45. doi: 10.1186/s12916-017-0806-8.

6. Khaw K. B., Choi R. H., Kam J. H., Chakraborty B., Chow P. K.Interval increase in the prevalence of symptomatic cholelithiasis-associated non-alcoholic fatty liver disease over a ten-year period in an Asian population. Singapore Med J. 2017 Dec;58(12):703-707. doi: 10.11622/smedj.2016189.

7. Arrese M., Cortés V., Barrera F., Nervi F. Nonalcoholic fatty liver disease, cholesterol gallstones, and cholecystectomy: new insights on a complex relationship. Curr Opin Gastroenterol. 2018 Mar;34(2):90-96. doi: 10.1097/MOG.0000000000000416.

8. Minushkin O. N., Burdina E. G., Novozhyonova E. V. Biliary sludge. Epidemiology, risk factors, formation, diagnosis, treatment approaches. Medical Alphabet. 2017; 2(19(316)):5-8. (In Russ.)@@ Минушкин О. Н., Бурдина Е. Г., Новоженова Е. В. Билиарный сладж. Эпидемиология, факторы риска формирования, диагностика, лечебные подходы. Медицинский алфавит. 2017; 2(19(316)):5-8.

9. Golofeevsky V. Yu., Parfenov V. T. [Hepatocyte dystrophy and portal tract fibrosis as the most important factor in the morphogenesis of gallstone disease. Materials of the Seventh Russian Gastroenterological Week October 23 - November 2, 2001, Moscow].Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2001; XI (5(15)): 91. (In Russ.)@@ Голофеевский, В. Ю. Парфенов В. Т. Дистрофия гепатоцитов и фиброз портальных трактов как важнейший фактор морфогенеза желчнокаменной болезни. Материалы Седьмой Российской гастроэнтерологической недели 23 октября - 2 ноября 2001 года, г. Москва. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2001; XI (5(15)): 91.

10. Ilchenko A. A. Diseases of the gallbladder and biliary tract. Guide for doctors. Moscow. MIA. 2011. 880 р. (In Russ.)@@ Ильченко А. А. Болезни желчного пузыря и желчных путей. Руководство для врачей. -М: МИА. 2011. 880 с.

11. Korochina I. E. Gastroenterological aspects of the metabolic syndrome.Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2008; XVIII(1): 26-37. (In Russ.)@@ Корочина, И. Э. Гастроэнтерологические аспекты метаболического синдрома. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии, 2008; XVIII(1): 26-37.

12. Gore J. M. Cholelithiasis. JAAPA. 2013 Dec;26(12):54-5. doi: 10.1097/01.JAA.0000438244.25450.34.

13. Mekhtiev S. N., Grinevich V. B., Kravchuk Yu. A. Biliary sludge: unresolved issues. Therapist. 2010; 8:3-7. (In Russ.)@@ Мехтиев С. Н., Гриневич В. Б., Кравчук Ю. А. и др. Билиарный сладж: нерешенные вопросы. Лечащий врач. 2010; 8:3-7.

14. Ivashkin V. T., Maev I. V., Baranskaya E. K. et al. Recommendations of the Russian Gastroenterological Association for the diagnosis and treatment of cholelithiasis.Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2016; 26(3):64-80. (In Russ.) doi: 10.22416/1382-4376-2016-26-3-64-80.@@ Ивашкин В. Т., Маев И. В., Баранская Е. К. и др. Рекомендации российской гастроэнтерологической ассоциации по диагностике и лечению желчнокаменной болезни. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2016; 26(3):64-80. doi: 10.22416/1382-4376-2016-26-3-64-80.

15. Shklyaev A. E., Malakhova I. G. Lethal outcomes from the pathology of the digestive system in medical facilities of the Udmurt Republic: analysis for 2005-2010. Health, demography, ecology of the Finno-Ugric peoples. 2012; (1):33-36. (In Russ.)@@ Шкляев А. Е., Малахова И. Г. Летальные исходы от патологии органов пищеварения в ЛПУ удмуртской республики: анализ за 2005-2010 годы. Здоровье, демография, экология финно-угорских народов. 2012; (1): 33-36.

16. Miroshnichenko V. P., Gromashevskaya L. L., Kasatkina M. G., Kozachek G. A. Determination of the content of bile acids and cholesterol in bile. Lab. A business. 1978; 3:149-153. (In Russ.)@@ Мирошниченко В. П., Громашевская Л. Л., Касаткина М. Г., Козачек Г. А. Определение содержания желчных кислот и холестерина в желчи. Лабораторное дело. 1978; 3:149-153.

17. Redinova T. L. Dental caries. Izhevsk, 2009. 96 p. (In Russ.)@@ Рединова Т. Л. Кариес зубов. Ижевск, 2009. 96 с.

18. Vakhrushev Ya.M., Khokhlacheva N. A. [Possibilities of using the crystal-optical properties of bile in the early diagnosis of cholelithiasis]. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2011; 4:26-30. (in Russ.)@@ Вахрушев Я. М., Хохлачева Н. А. Возможности использования кристаллооптических свойств желчи в ранней диагностике желчнокаменной болезни. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2011; 4:26-30.

19. Ilchenko A. A. 10 years of gallstone disease classification (Central Scientific Research Institute of Gastroenterology): highlights of scientific and practical applications. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2012;4:3-10. (In Russ.)@@ Ильченко А. А. 10 лет классификации желчнокаменной болезни (ЦНИИГ): основные итоги научно-практического применения. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2012; 4:3-10.

20. Buzoverya M. E., Shcherbak YU.P., Shishpor I. V. et al. [Microstructural analysis of biological fluids]. Teсhnical Physics. 2012; (82)7: 123-128. (In Russ.)@@ Бузоверя М. Э., Щербак Ю. П., Шишпор И. В. и др. Микроструктурный анализ биологических жидкостей. Журнал технической физики. 2012; (82)7: 123-128.

21. Khokhlacheva N. A., Suchkova E. V. Morphometric study of bile and its possible use in the early diagnosis of cholelithiasis. Proceedings of the 41st Scientific session of the Central Scientific Research Institute “Expanding the boundaries”. Moscow, March 5-6, 2015: G31-32. (In Russ.)@@ Хохлачева Н. А., Сучкова Е. В. и др. Морфометрическое исследование желчи и возможное его использование в ранней диагностике желчнокаменной болезни. Материалы 41-й Научной сессии ЦНИИГ «Расширяя границы». Москва, 5-6 марта 2015: Г31-32.

22. Miyasaka K. et al. Susceptibility to obesity and gallbladder stasis produced by a protein- and fat-enriched diet in male mice compared with female mice. Nutr. Metab. (Lond). 2007; 4:14.

23. Vakhrushev Ya.M., Khokhlacheva N.A, Suchkova E. V. The significance of the study of physical and chemical properties of bile in the early diagnosis of cholelithiasis. The Russian Archives of Internal Medicine. 2014;6:48-51. (In Russ.) doi: 10.20514/2226-6704-2014-0-6-48-51.@@ Вахрушев Я. М., Хохлачева Н. А., Сучкова Е. В. и др. Значение исследования физико-химических свойств желчи в ранней диагностике желчнокаменной болезни. Архивъ внутренней медицины. 2014;6:48-51. doi: 10.20514/2226-6704-2014-0-6-48-51.

24. Lazebnik LB, Il’chenko AA. [How realistic and effective is primary cholecystolithiasis prophylaxis?]. Eksp Klin Gastroenterol. 2011;(4):3-6. (Russ.) PMID: 21919234.@@ Лазебник Л. Б., Ильченко А. А. Насколько реальна и эффективна первичная профилактика холелитиаза? Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2011;4:3-6.

25. Khokhlacheva N. A., Suchkova E. V., Vakhrushev Ya. M. Ways to improve the efficiency of prophylactic medical examination of patients with an early stage of cholelithiasis. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2013;6:15-20. (In Russ.)@@ Хохлачева Н. А., Сучкова Е. В., Вахрушев Я. М. Пути повышения эффективности диспансеризации больных ранней стадией желчнокаменной болезни. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2013;6:15-20.