Axa entero-renală la pisici: teme de reflecție

Introducere

Tot mai multe studii susțin ipoteza că, la mai multe specii, există o legătură importantă între sistemul digestiv și rinichi (așa numita „axă entero-renală”) (Figura 1), și că cele două sisteme exercită o influențăreciprocă semnificativă, cu posibile implicații clinice importante. Pisicile cu boală renală cronică prezintă disbioză, ceea ce susține ipoteza că intestinul reprezintă o potențială țintă terapeutică pentru îmbunătățirea longevității și ameliorarea comorbidităților. Acest articol trece în revistă ceea ce cunoaștem în prezent despre axa entero-renală și strategiile disponibile prin care medicii veterinari ar putea să îmbunătățească sănătatea microbiomului intestinal și să reducă acumularea de toxine uremice intestinale.

Microbiomul și disbioza

Microbiomul intestinal este definit ca fiind un ansamblu de microorganisme, în principal bacterii, care formează în tractul gastrointestinal un ecosistem caracterizat prin interacțiuni complexe atât între aceste microorganisme, cât și cu gazda. La pisici, există mii de filotipuri de bacterii intestinale, ajungând la miliarde de celule cu o capacitate funcțională amplă. Această multitudine de microorganisme joacă un rol important în menținerea sănătății gazdei, prin intermediul produșilor metabolismului bacterian și prin influențarea expresiei genelor la nivel intestinal. Sănătatea microbiotei bacteriene și a interacțiunii dintre gazdă și metaboliții bacterieni este esențială pentru dezvoltarea și menținerea unui sistem imunitar sănătos, asimilarea nutrienților din hrană, menținerea barierei intestinale, sinteza nutrienților (de exemplu, acizi grași cu lanț scurt, vitamina B12) și pentru a oferi protecție împotriva agenților patogeni enteric [1].

Disbioza se referă la un dezechilibru al populației microbiene intestinale, cu modificarea compoziției microbiotei și a activităților sale metabolice. În multe situații, disbioza nu este doar un marker de boală, ci și contribuie în mod activ la procesul patologic [2]. Disbioza intestinală a fost bine documentată la pacienții umani cu BRC și în modele de laborator; s-a demonstrat că uremia afectează negativ microbiomul, determinând transformarea acestuia dintr-o comunitate complexă, cu distribuție uniformă, într-o comunitate mai simplă dominată de anumite familii de bacterii [2]. Cauzele propuse pentru disbioza intestinală la pacienții cu BRC – pe lângă efectul direct al ureei, precum și cel al producției crescute de amoniac de către bacteriile intestinale – includ utilizarea frecventă a antibioticelor și lianților de fosfor, precum și modificări în alimentație, de exemplureducerea aportului de fibre [2].

Toxinele uremice

Termenuluremie se referă atât la acumularea de substanțe în sânge ca urmare a scăderii ratei de filtrare glomerulară (RFG), cât și la manifestările clinice care apar în consecință. Deși acest termen descrie în general dezechilibre electrolitice, ale substanțelor organice dizolvate și hormonale, se referă și la toxinele uremice. Creatinina și azotul ureic din sânge (BUN) sunt toxinele uremice cel mai bine cunoscute din punct de vedere clinic, dar sunt de fapt doar două dintre cele aproximativ 146 de substanțe dizolvate organice care ar putea fi toxine uremice [3]. Este important de reținut că multe dintre aceste substanțe nu sunt reglate activ de organism și, ca atare, cresc progresiv pe măsură ce RFG scade. Chiar și la pacienții umani aceste substanțe sunt deosebit de problematice, deoarece unele toxine nu pot fi eliminate prin hemodializă [3]. Toxinele uremice care sunt produse reziduale ale catabolismului proteic din microbiota colonului (de exemplu, sulfat de indoxil [IS], sulfat de p-crezol [pCS]) prezintă un interes special, deoarece se presupune că aceste substanțe nu numai că exercită efecte fiziopatologice negative, ci contribuie și la sindromul uremic clinic.

Indolul și p-crezolul, care sunt precursori ai toxinelor uremice, rezultă din catabolismul proteic, ambele substanțe fiind produse în colon prin fermentarea proteinelor de către microbiotă [4],[5]. Indolii provin din metabolizarea triptofanului alimentar la nivelul microbiotei intestinale prin acțiunea unor bacterii precum as Escherichia coli (E. coli), Proteus vulgaris, și Bacteroides spp. (Figura 2). P-crezolul este produs prin degradarea parțială a tirozinei și fenilalaninei de către numeroase microorganisme intestinale strict anaerobe sau facultativ anaerobe, inclusiv genurileBacteroides, Lactobacillus, Enterobacter, Bifidobacterium, și Clostridium. Cei doi compuși, indol și p-crezol, sunt absorbiți în intestin și ulterior sunt transformați prin sulfonare în toxine uremice legate de proteine sulfat de indoxil (IS) și, respectiv, sulfat de p-crezol (pCS). Aceste toxine sunt de obicei excretate prin rinichi și, în consecință, se acumulează în circulația sistemică la pacienții cu afecțiuni renale. Disbioza contribuie și mai mult la producerea de toxine uremice în colon, creând un cerc vicios [4],[5]. Malabsorbția proteinelor în intestinul subțire care apare la pacienții cu BRC determină creșterea substratului proteic din lumenul intestinal, ceea ce favorizează proliferarea bacteriilor proteolitice care produc precursorii toxinelor uremice. Și constipația poate juca un rol în acest proces prin retenția prelungită a materiilor fecale în colon; de exemplu, pacienții umani cu BRC și constipație prezintă niveluri mai ridicate de toxine uremice comparativ cu pacienții cu valori fecale normale [6].

Efectele nocive ale toxinelor uremice

Deși creșterea valorilor unei anumite substanțe nu are neapărat implicații patologice, se știe că numeroase toxine uremice care se acumulează la pacienții cu BRC au efecte nocive. De exemplu, acumularea de IS și pCS în cazurile de BRC este asociată cu inducerea producției de radicali liberi și activarea sistemului reninăangiotensină-aldosteron (RAAS), ceea ce favorizează fibroza renală și cauzează inflamație și deteriorarea celulelor tubulare renale, stimulând progresia sclerozei glomerulare [7]. Există și alte efecte adverse ale toxinelor uremice care contribuie la morbiditate și mortalitate; acestea includ afectarea sistemului nervos, scăderea producției de eritropoietină, reducerea turnover-ului osos, atrofia musculară accelerată și risc crescut de boli cardiovasculare [7] (Figura 3).

Acizii grași fecali cu catana scurtă în BRC

Acizii grași sunt alți metaboliți ai microbiotei colonului care ar putea fi afectați de disbioza intestinală. Acizii grași cu lanț scurt (SCFA, short-chain fatty acids) produși de microbiota colonului constau în 
SCFA cu lanț drept (acid acetic, acid propionic, acid butiric, acid valeric) și SCFA cu lanț ramificat (acid izovaleric și acid izobutiric) (Figura 4). SCFA cu lanț drept sunt produșii finali majori ai fermentației zaharolitice a polizaharidelor complexe (inclusiv fibre alimentare nedigerabile) și mucusului epitelial și sunt nutrienți esențiali cu importanță crucială atât pentru sănătatea intestinală, cât și pentru sănătatea gazdei [8]. Aceștia au mai multe efecte locale și sistemice benefice, cum ar fi stimularea motilității colonului și a metabolismului lipidelor și glucozei, reglarea tensiunii arteriale și proprietăți antiinflamatorii. Pe de altă parte, acizii grași cu lanț ramificat reprezintă doar o mică parte din totalul acizilor grași cu lanț scurt și sunt produși atunci când proteinele trec prin intestinul subțire fără să fie absorbite, iar aminoacizii cu lanț ramificat derivați din aceste proteine sunt fermentați de microbiota colonului [8]. Se consideră că acizii grași cu lanț ramificat și alți produși de fermentare a proteinelor din colon sunt nocivi pentru intestin și ar putea favoriza inflamația, cu efecte negative asupra motilității intestinale [8]. La om, disbioza în BRC este asociată cu o scădere a microbiotei care produce SCFA, însă, din cunoștințele autorilor, acizii grași cu lanț ramificat nu au fost încă studiați în acest sens.

Ce cunoaștem în cazul pisicilor?

În medicina veterinară există destul de puține informații despre microbiom și toxinele uremice și asocierea acestora cu nefropatia, însă nivelul de cunoaștere este mai avansat în cazul pisicilor. Comparativ cu pisicile sănătoase (≥ 8 ani), s-a demonstrat că pisicile cu BRC prezintă disbioză caracterizată prin scăderea diversității și bogăției microbiene conform secvențierii genei 16S rRNA  [9]. În plus, la pisicile cu BRC toxinele uremice intestinale se acumulează în circulația sistemică. La pisicile cu BRC s-au constatat concentrații semnificativ crescute de IS (Figura 5), ceea ce se asociază cu progresia bolii [10],[11],[12]. Deși într-un studiu s-a arătat că nu există diferențe semnificative ale concentrațiilor pCS între grupul de pisici sănătoase și grupurile cu BRC, valorile cele mai mari s-au constatat la pisicile cu BRC [9]. . Este interesant de remarcat faptul că și pisicile cu BRC în stadiul 2 au prezentat concentrații de toxine uremice semnificativ mai mari decât pisicile din grupul de control, ceea ce sugerează că acest dezechilibru apare relativ devreme în procesul patologic

Atunci când s-au evaluat concentrațiile de acizi grași cu lanț drept (acidul acetic, acidul propionic, acidul butiric și acidul valeric) și de acizi grași cu catenă ramificată (acidul izobutiric, acidul izovaleric) la pisicile cu BRC și la pisicile sănătoase din grupul de control, la primul grup s-au observat concentrații fecale crescute de acid izovaleric, în special la pisicile cu BRC în stadiile IRIS 3 și 4 [9]. Pisicile cu atrofie musculară au prezentat concentrații fecale mai mari de acizi grași cu lanț ramificat comparativ cu pisicile fără atrofie musculară. Alte studii au arătat că pisicile cu BRC prezintă un profil alterat al acizilor biliari fecali [13], și deficiență în ceea ce privește mai mulți aminoacizi serici esențiali [14]. Împreună, aceste constatări confirmă malabsorbția 
proteinelor la pisicile cu BRC, dar sunt necesare studii suplimentare pentru a înțelege mai bine interacțiunea dintre intestin și rinichi la această specie. Totuși, studiile disponibile confirmă ideea că microbiomul intestinal poate fi o țintă terapeutică la pisicile cu BRC, având ca scop reducerea producției de toxine uremice intestinale dăunătoare și restabilirea unei comunități microbiene intestinale sănătoase.

Intestinul ca potențială țintă terapeutică

Toxine uremice

Din cauza potențialelor efecte adverse ale toxinelor uremice intestinale și a capacității scăzute de a fi eliminate prin hemodializă dată fiind legarea acestora de proteine, medicina umană a dezvoltat strategii de reducere a producției de IS și pCS, de exemplu modularea creșterii microbiene în colon prin nutriție, prin administrarea de prebiotice și probiotice și prin adsorbția selectivă a toxinelor uremice cu ajutorul adsorbanților specifici [4],[5]. . Producția de IS și pCS poate fi reglată prin creșterea selectivă a bacteriilor zaharolitice și reducerea bacteriilor proteolitice din colon, precum și prin optimizarea duratei tranzitului intestinal (gestionarea constipației fiind deci un aspect important). S-a demonstrat că prebioticele și probioticele influențează compoziția microbiotei din colon și au fost utilizate cu succes pentru a reduce concentrațiile de IS și pCS la pacienții cu BRC. În plus, s-a demonstrat că, creșterea nivelului de carbohidrați și fibre din hrană și reducerea aportului proteic duc la scăderea concentrațiilor de IS și pCS. Se utilizează de asemenea adsorbanți, cum ar fi clorhidratul de sevelamer și AST-120, pentru a limita absorbția intestinală a acestor toxine [15],[16].  Pe de altă parte, în medicina veterinară există puține studii publicate privind metodele de reducere a producției intestinale de toxine uremice la pacienții cu BRC, fiind necesară explorarea suplimentară a acestor strategii terapeutice.

În mod tradițional, principiul fundamental care a fost aplicat în dietele terapeutice renale în medicina veterinară este scăderea aportului proteic din hrană pentru a reduce toxinele uremice și semnele clinice de uremie. Totuși, din cauza lipsei studiilor, în prezent nu există dovezi solide care să confirme că reducerea aportului proteic limitează producția de toxine uremice sau semnele clinice de uremie, ceea ce a generat recent controverse privind conținutul ideal de proteine în dietele renale, în special la pisici [17],[18]. Există puține date despre efectele conținutului diferit de proteine  asupra toxinelor uremice la pisici. Într-un studiu care a inclus pisici sănătoase, o dietă cu aport mai mare de proteine (10,98 g/100 kcal EM, respectiv 7,44 g/100 kcal EM) a fost asociată cu concentrații crescute de IS și concentrații relativ mai mari de pCS [19]. În mod similar, într-un studiu care a inclus pisici cu BRC în stadiul 1 IRIS, au fost administrate trei diete cu aport diferit de proteine și s-a demonstrat că pisicile au prezentat concentrații de IS și pCS semnificativ mai mari atunci când au primit dieta cu cel mai bogat conținut proteic (8,01 g/100 kcal EM, respectiv 6,95 g/100 kcal EM și 5,65 g/100 kcal EM)  [20].

Conținutul ideal de proteine într-o dietă renală pentru pisici continuă să fie un subiect de dezbatere, dat fiind că pisicile, care sunt strict carnivore, au cerințe proteice mai ridicate decât câinii și oamenii. Studiile disponibile sugerează că pisicile mai vârstnice ar putea avea nevoie de un aport proteic mai mare comparativ cu pisicile mai tinere. În plus, multe pisici cu BRC vor prezenta în timp scăderea greutății corporale, a indicelui de masă corporală și / sau a masei musculare. Având în vedere informațiile disponibile în prezent, recomandările privind conținutul de proteine al hranei la pisicile cu BRC ar viza probabil echilibrarea atentă a aportului proteic pentru a limita producția de toxine uremice, menținând în același timp masa musculară.  Asigurarea aportului corect de proteine este un element cheie al succesului atunci când se administrează o dietă cu conținut proteic modificat

Tratamentele cu prebiotice și probiotice au fost folosite la pisicile cu BRC cu scopul de a îmbunătăți sănătatea microbiomului intestinal și de a reduce concentrațiile plasmatice de toxine uremice intestinale. Un studiu a evaluat utilizarea unui supliment probiotic comercial  (Enterococcus faecium SF68)  la pisici cu BRC și nu a constatat niciun efect semnificativ asupra microbiomului intestinal sau asupra concentrațiilor serice ale celor mai importante toxine uremice intestinale [21]. Un alt studiu a evaluat efectul fibrelor fermentabile (un prebiotic) din dietele experimentale asupra microbiotei fecale la pisici cu BRC și a constatat că microbiomul acestora este mai rezistent la modificări comparativ cu cel al pisicilor sănătoase [22]. Adaosul de fibre a redus totuși concentrațiile plasmatice relative ale toxinelor uremice la pisicile cu BRC comparativ cu pisicile sănătoase, ceea ce susține ideea că modificarea microbiomului intestinal poate reduce producția de toxine intestinale, însă sunt necesare strategii specifice speciei, bazate pe dovezi științifice

În multe țări se comercializează în prezent diverse produse terapeutice, de exemplu un probiotic / prebiotic conceput să aibă efecte benefice pentru microbiom prin crearea unui mediu favorabil cu producție scăzută de toxine uremice și un adsorbant pe bază de cărbune conceput să lege indolul din tractul digestiv pentru a împiedica absorbția acestuia în organism. S-a demonstrat că acest adsorbant scade nivelul de sulfat de indoxil la pisicile senioare după opt săptămâni de administrare [23], însă nu există încă date privind eficacitatea oricăruia dintre aceste produse în reducerea concentrațiilor de IS la pisicile cu BRC.

Constipația

Până în prezent nu s-au efectuat studii care să raporteze prevalența constipației în asociere cu BRC la pisici, însă conform datelor empirice, aceasta pare să fie o problemă frecventă (Figura 6). Rezultatele preliminare ale unui studiu privind obiceiurile de defecare la pisici sugerează că defecarea este mai puțin regulată în cazurile de BRC. La aceste pisici, cauza constipației este probabil un dezechilibru de lichide, posibil asociat cu tulburările de motilitate gastrointestinală. Deoarece rinichii nu reușesc să asigure concentrația corespunzătoare de urină și pacientul se confruntă cu deshidratare cronică subclinică, apa este reabsorbită din colon ca mecanism compensator. Hipokaliemia și utilizarea lianților de fosfat pot contribui de asemenea la constipație [24],[25]. Tratamentul constipației poate include corectarea deshidratării și a dezechilibrului electrolitic, abordare nutrițională, aport de fibre, administrarea de laxative osmotice sau agenți procinetici, cum ar fi lactuloza. Pe lângă efectele clinice, constipația poate avea și alte consecințe negative, fiind un 
exemplu clasic al axei entero-renale. Așa cum s-a menționat anterior, pacienții umani cu BRC și constipație au concentrații mai mari de toxine uremice comparativ cu pacienții cu scoruri fecale normale, iar aceste toxine pot avea efecte negative asupra motilității gastrointestinale [8]. Modelele de laborator pentru BRC au demonstrat o îmbunătățire semnificativă a valorilor toxinelor uremice, a creatininei și chiar a histopatologiei renale în urma tratamentului cu lactuloză [26].

Concluzie

Deși sunt necesare multe cercetări suplimentare, există deja dovezi care arată că tractul gastrointestinal și rinichii interacționează și se influențează reciproc, atât în sănătate, cât și în boală. Având în vedere frecvența disbiozei microbiomului la pisicile cu boală renală cronică, probabil că abordarea la nivel intestinal va deveni un obiectiv terapeutic major, cu strategii proactive specifice, pentru a îmbunătăți longevitatea și calitatea vieții pisicilor afectate.