Журнал "Гастроэнтерология" Том 52, №4, 2018

Вступ

Вісмут (Bismuthum, Bі) — хімічний елемент групи важких металів періодичної системи Д.І. Менделєєва з молекулярною масою 208,9 Да й атомним номером 83. Вважається, що свою назву елемент отримав від нім. Weissmuth («біла маса»): у звичайних умовах вісмут має вигляд блискучого сріблястого металу з рожевим відтінком. Вісмут відомий із давніх часів, але протягом століть він не мав хімічної індивідуальності й вважався різновидом олова, сурми чи свинцю. Ставлення до вісмуту як до самостійного хімічного елемента сформувалося лише у XVIII столітті. У хімічну номенклатуру Bі був уведений шведським хіміком Єнсом Якобом Берцеліусом [1].

У медицині сполуки Bі використовуються вже упродовж кількох століть як знезаражуючі, підсушувальні, в’яжучі й антисептичні засоби в терапії багатьох гастроінтестинальних, інфекційних захворювань, уражень шкіри [2]. Внутрішньовенне й внутрішньом’язове введення сполук вісмуту для лікування інфекцій, викликаних спірохетами, задокументоване близько 100 років тому [3]. Багаторічний досвід застосування дозволив дослідити терапевтичну ефективність різних солей вісмуту: субнітрату, субгалату, субкарбонату, субсаліцилату, тартрату [4]. Настання ери антибіотиків обумовило обмеження сфери застосування препаратів вісмуту, але нова хвиля дослідницького інтересу виникла після відкриття Helicobacter pylori (НР) — збудника, відповідального за розвиток запальних і виразкових захворювань шлунка й дванадцятипалої кишки. На сьогодні колоїдний субцитрат вісмуту, вісмуту субсаліцилат і ранітидину вісмуту цитрат у поєднанні з антибіотиками рекомендовані в усьому світі для лікування НР-асоційованих захворювань [5]. Застосування металів з антимікробними властивостями в педіатричній і терапевтичній практиці в наш час зазнає своєрідного ренесансу, і це відродження зацікавленості пов’язане з невпинним розвитком мультирезистентності до різних антибактеріальних препаратів й пошуком можливостей її подолання [6].

Загальна характеристика

У 1991 році в журналі «Неорганічна хімія» Wolfgang A. Herrmann і співавт. вперше подали результати дослідження фармакокінетичних і фармакодинамічних властивостей колоїдного вісмуту субцитрату (CBS) [7]. Продемонстровано, що вісмуту трикалію дицитрат (K₃Bi(C₆HS0₇)₂) — практично єдина соль вісмуту, що характеризується високим рівнем водорозчинності, низьким рівнем системної абсорбції (< 0,5 %), що обумовлює мінімальний рівень системної токсичності, стійкістю до гідролізу в кислому шлунковому середовищі, що забезпечує таргетну доставку препарату в інтактному вигляді й фіксацію в місці дефекту слизової за допомогою сульфгідрильних груп. Максимальна концентрація вісмуту в плазмі крові після вживання однократної дози CBS не досягає 40 нг/мл, на той час як мінімальна токсична доза становить 100 нг/мл [8]. Просторова організація комплексів вісмуту є рН-залежною й характеризується формуванням димерних і полімерних структур унаслідок зв’язування з лігандами (OH^–, О^2–, цитрат). Зміна рН середовища в кислий бік (рН 3,0) супроводжується зростанням швидкості обміну лігандами, що призводить до зміни просторової структури CBS й перетворення колоїдних часток на листові структури (рис. 1А) і 3D-полімери (рис. 1В), побудовані з димерних юнітів цитрату вісмуту [Bi(cit)₂Bi]^2– (рис. 1) [9]. Селективне депозитування препарату у вигляді полімерних структур дозволяє створювати своєрідну захисну плівку на поверхні виразкового дефекту слизової оболонки.

Визначення біологічної ролі вісмуту й ідентифікація потенційних мішеней препаратів вісмуту завдяки прогресу металоміки останніми роками дозволили встановити, що в основі впливу Bi лежить його здатність зв’язуватися з нуклеозидами/нуклеотидами, амінокислотами/пептидами й протеїнами/ензимами завдяки високому афінітету тривалентного вісмуту до цистеїнових тіолових лігандів, а також здатність конкурувати з іншими металами (залізо, нікель, цинк) за сайти зв’язування [9].

Репаративні властивості CBS

Молекулярні механізми, що забезпечують цитопротективні властивості препаратів вісмуту, залишаються остаточно не визначеними, але вони є значно складнішими, ніж суто механічний захист унаслідок селективної преципітації на поверхні дефектів слизової оболонки. Вважається, що відновлення цілісності слизової оболонки під впливом CBS і підвищення її регенеративної здатності відбувається за рахунок формування Bi-глікопротеїнових комплексів, що слугують захисним бар’єром щодо зворотної дифузії іонів H⁺ та Cl^–, стимуляції синтезу простагландину Е2, епідермального фактора росту й підвищення секреції бікарбонатів у слизовий шар, помірної кислотонейтралізації без впливу на секрецію HCl, інактивації пепсину й пепсиногену, зв’язування жовчних кислот, підвищення секреції глікопротеїнів, інгібування продукції прозапальних цитокінів, забезпечення повноцінного ангіогенезу і є наслідком безпосередньої взаємодії Bi з численними протеїнами у внутрішньоепітеліальному компартменті [1, 5, 8].

Механізми антихелікобактерної дії вісмуту

Вісмут чинить бактерицидний вплив на НР різними шляхами: за рахунок перешкоджання адгезії НР до слизової оболонки шлунка, зв’язування з компонентами бактеріальної стінки, блокування есенціальних ензимів НР, інгібування синтезу аденозинтрифосфату НР, індукції окислювального стресу.

РНК-секвенування НР після інкубації з CBS при рН 4,5 продемонструвало зміни експресії практично 187 генів, задіяних у процесах перебудови клітинної стінки, поділу клітин, метаболізмі ДНК та енергетичному метаболізмі (табл. 1) [10].

Блокування адгезії НР

В експериментальному дослідженні John A. Armstrong та співавт. за даними електронної мікроскопії з’ясовано, що інкубація Helicobacter pylori з CBS призводить до 10-кратної редукції адгезії бактерій до HЕp-2 клітин [11]. Блокування адгезії під впливом CBS спостерігалось як серед штамів, що продукують розчинний гемаглютинін і характеризуються формуванням значно більш щільних контактів із поверхнею епітеліоцитів, так і серед позбавлених продукції розчинного гамаглютиніну штамів.

Формування комплексів із компонентами бактеріальної стінки НР

В ультраструктурних дослідженнях вісмут продемонстрував здатність до акумуляції в цитоплазмі й на зовнішній мембрані НР, наслідком такого розподілу препарату є порушення цілісності бактеріальної мембрани, структурна деградація й вакуолізація бактерії [12].

Інгібування уреази НР

Антихелікобактерна активність сполук вісмуту безпосередньо пов’язана з пригніченням синтезу або порушенням дозрівання есенціальних ензимів НР (уреази, дегідрогенази) й інших Ni-зв’язуючих протеїнів, необхідних для виживання патогену. Продемонстровано, що CBS інгібує уреазну активність НР шляхом зв’язування з аксесуарним протеїном UreG, що призводить до порушення матурації уреази (рис. 2) [13]. Зв’язування Bi з UreG призводить до змін третинної конфігурації молекули, порушення формування димеру UreG/F/H, необхідного для формування активної форми уреази.

Препарати вісмуту здатні впливати на гомеостаз нікелю в НР шляхом зв’язування з білками зберігання нікелю (Hpn/Hpnl) та аксесуарним білком (HspA), відповідальними за синтез уреази й дегідрогенази НР (рис. 3) [9]. З’єднання вісмуту з шаперонподібним регіоном HspA змінює четвертинну структуру протеїну з нативного гептамеру до димеру, що призводить до пригнічення синтезу необхідних для виживання ензимів НР.

Конкурування вісмуту з НР за зв’язування з Fe-транспортними протеїнами (лактоферином і трансферином) позбавляє НР можливості отримувати необхідне для життєдіяльності залізо.

Індукція оксидативного стресу

За результатами порівняльного протеомного аналізу клітин НР до та після лікування CBS доведена здатність Bi індукувати окислювальний стрес у НР, маркерами якого є підвищення експресії тіоредоксину, збільшення внутрішньоклітинної концентрації ліпідного пероксиду в 1,8 раза й зростання рівня геміну в 3,4 раза. Індуковане Bi накопичення активних радикалів може бути одним із факторів, що призводять до руйнування мембрани бактерії та її автолізу [12].

Антибактеріальна активність

Iнактивація уреази препаратами вісмуту не є специфічним лише для H.pylori процесом. Натомість подібні ефекти були також виявлені в ряді інших бактеріальних патогенів, таких як P.mirabilis, P.aeruginosa, K.pneumoniae, L.hongkongensis, S.aureus і S.saprophyticus. Отже, цілком можливо, що CBS може бути використаний для лікування інфекцій, викликаних не лише НР, а й іншими штамами з уреазною активністю.

Доведена здатність наночасток, що містять вісмут, пригнічувати формування біоплівок, а також їх бактерицидний ефект відносно антибіотикорезистентних штамів бактерій [14]. Наносфери сульфіду вісмуту при одночасному застосуванні з гентаміцином у терапії інфекцій, асоційованих із метицилінрезистентними штамами стафілококу, чинять синергічний вплив за рахунок блокування функції бактеріальної мембрани й індукції оксидативного стресу [15]. Підтверджено, що CBS має здатність необоротно інгібувати різні типи метало-β-лактамаз, заміщуючи 2 іони Zn⁺ в активному сайті, відновлюючи чутливість до меропенему резистентних штамів [16].

Токсичність

На відміну від інших іонів важких металів препарати вісмуту демонструють незначну токсичність у людей, пов’язану з низьким рівнем абсорбції. Токсичні ефекти, спричинені передозуванням сполук Bі, включають нефропатію, енцефалопатію, остеоартропатію, гінгівіт, стоматит і коліт [17]. Показано, що сполуки Bi здатні активувати процеси автофагії в ниркових клітинах, але чи виконує ця активація захисну роль, чи обумовлює нефротоксичність, залишається остаточно не визначеним [18] Високий рівень екскреції вісмуту із сечею спостерігається не менше від трьох місяців після припинення лікування препаратами вісмуту, що вказує на можливість акумуляції вісмуту в організмі, у зв’язку з чим слід уникати пролонгованих курсів лікування препаратами вісмуту в дітей [5].

Місце препаратів вісмуту в сучасних схемах ерадикації

Зниження ефективності ерадикаційної терапії внаслідок формування антибіотикорезистентності спостерігається серед дітей і дорослих в усьому світі, тому визначення чутливості збудника до антибактеріальних засобів перед початком лікування стає нагальною потребою [19].

За даними систематичного обзору й порівняльного аналізу різних режимів ерадикації НР у дорослих пацієнтів, рівень ефективності схем, до складу яких входить вісмут, залишається достатньо високим [20]. D.Y. Graham і M.P. Dore продемонстрували, що додавання вісмуту до потрійної терапії дозволяє підвищити ефективність ерадикації резистентних штамів НР на 30–40 % [21]. За рекомендаціями експертів Європейського і Північноамериканського товариств дитячих гастроентерологів, гепатологів і нутриціологів (ESPGHAN і NASPGHAN), а також за даними V Маастрихтського консенсусу щодо лікування інфекції Helicobacter pylori, препарати вісмуту в складі квадротерапії пропонуються для емпіричної стартової терапії в дітей і дорослих у випадках відсутності даних про чутливість збудника до антибіотиків або при інфікуванні резистентними до кларитроміцину й метронідазолу штамами [22]. В Україні, згідно з уніфікованими клінічними протоколами медичної допомоги дітям, хворим на хронічний гастрит, гастродуоденіт і виразкову хворобу (Наказ МОЗ № 59 від 29.01.2013), колоїдний субцитрат вісмуту є обов’язковим компонентом першої ланки однотижневої потрійної ерадикаційної терапії: у комбінації з антибактеріальними препаратами — в дітей до 12 років, у комбінації з інгібіторами протонної помпи (ІПП) й антибіотиками — у дітей, старших за 12 років. Колоїдний субцитрат вісмуту рекомендований у складі квадротерапії в дітей у випадках неефективності терапії першої лінії [23].

Метою нашого дослідження була оцінка ефективності й безпеки застосування антихелікобактерної терапії другої лінії, до складу якої входить колоїдний вісмуту субцитрат (ДЕ-НОЛ^®), у дітей.

У дослідження включені 32 дитини віком 12–18 років (середній вік (13,0 ± 1,8) року), які страждали від хронічних запальних захворювань шлунка й дванадцятипалої кишки, асоційованих із H.pylori. Тривалість перебігу захворювання в усіх пацієнтів перевищувала 2 роки. Усі хворі мали в анамнезі курс неефективної ерадикаційної терапії: 62,5 % отримували курс потрійної терапії — кларитроміцин, ніфуратель, ІПП, 25 % — амоксицилін, ніфуратель, ІПП, 12,5 % — кларитроміцин, препарат вісмуту, ІПП. Пацієнти мали типові для запальних захворювань шлунка й дванадцятипалої кишки симптоми. За даними ендоскопічного обстеження, у 9,4 % обстежених виявлена активна виразка луковиці дванадцятипалої кишки, у 18,8 % спостерігались ерозії слизової оболонки шлунка або луковиці дванадцятипалої кишки, у переважної більшості обстежених (56,3 %) виявлений дуоденогастральний рефлюкс. Інфікування H.pylori підтверджувалось даними швидкого уреазного тесту, ¹³С-дихального тесту. Морфологічне дослідження біоптатів проводилось для підтвердження гастриту/гастродуоденіту. Контроль ерадикації проводився через 4–8 тижнів за результатами ¹³С-дихального тесту.

Антихелікобактерне лікування відбувалось протягом 7 днів за схемою: ДЕ-НОЛ^® — 8 мг/кг/добу (не більше від 480 мг/добу), ніфуратель — 15 мг/кг/добу, амоксицилін — 25 мг/кг/добу (не більше від 1000 мг), омепразол (0,5 мг/кг). Після закінчення ерадикаційної терапії прийом ДЕ-НОЛ^® тривав протягом 2 тижнів.

Клінічна ремісія досягнута в 100 % пацієнтів, ерадикація НР — у 96,9 %. Побічні ефекти у вигляді симптомів кишкової диспепсії, здуття живота спостерігались у 9,4 % хворих, інших побічних ефектів не було.

Отже, наше дослідження продемонструвало достатньо високий профіль ефективності й безпеки терапії другої лінії, до складу якої входить колоїдний вісмуту субцитрат (ДЕ-НОЛ^®), у дітей, вона може бути рекомендована до застосування у випадках інфікування резистентними до кларитроміцину штамами або при неефективності терапії першої лінії.

Висновки

Препарати вісмуту мають довгу й успішну історію застосування в педіатричній і терапевтичній практиці, але останніми роками із ростом антибіотикорезистентності зазнають відродження завдяки оптимальній комбінації бактерицидних, репаративних властивостей і високого профілю безпеки. Включення колоїдного субцитрату вісмуту може бути рекомендоване для емпіричної стартової терапії НР-асоційованих запальних захворювань шлунка й дванадцятипалої кишки в дітей, а також з метою підвищення ефективності ерадикаційної терапії у випадках інфікування резистентними штамами.

Конфлікт інтересів. Не заявлений.