Применение методов стабильных изотопов для изучения взаимосвязи между пищеварением и ростом детей

Значительная часть населения в странах с низким и средним уровнем дохода пьет некачественную воду и живет в плохих санитарно-гигиенических условиях, что способствует задержкам роста у детей.

Дыхательной тест с применением сахарозы 13C для диагностики ЭДК выполняется путем отбора пробы выдыхаемого воздуха через пластиковую трубку в стеклянную пробирку, затем пробирка закрывается колпачком для герметизации; или пациент дышит в пластиковый мешок. (Фото: д-р Танвир Ахмад)

Значительная часть населения в странах с низким и средним уровнем дохода пьет некачественную воду и живет в плохих санитарно-гигиенических условиях, что способствует задержкам роста у детей. Это происходит из-за неблагоприятных изменений процессов в кишечнике, которые приводят к неправильному поглощению питательных веществ, необходимых для роста и других функций организма. Для этого нарушения, изначально получившего название «экзогенная энтеропатия», теперь повсеместно используется термин «экзогенная дисфункция кишечника» (ЭДК), который отражает его разноплановые проявления и последствия.

В рамках нового проекта координированных исследований МАГАТЭ, утвержденного в ноябре 2016 года, планируется разработать неинвазивное средство диагностики ЭДК на основе стабильных изотопов, чтобы получить более ясную картину того, каким образом данное нарушение функции желудочно-кишечного тракта в течение длительного периода времени влияет на рост и здоровье детей в странах с низким и среднем уровнем дохода. Девять стран — как развитых, так и стран с низким и средним уровнем дохода — получили грант МАГАТЭ на участие в проекте: первые предоставляют технических экспертов, а в последних проводятся сами исследования.

«Крайне важно разработать точные неинвазивные методы для диагностики заболевания на местах», – говорит Виктор Овино, научный специалист МАГАТЭ по вопросам питания. Ядерные методы стабильных изотопов обладают одним преимуществом: с их помощью можно оценить несколько аспектов ЭДК. (см. Что такое экзогенная дисфункция кишечника?)

В рамках проекта изучаются последствия ЭДК для роста и здоровья детей в отдельных группах населения с помощью одного из методов стабильных изотопов — дыхательного теста с применением сахарозы, обогащенной углеродом-13 (13C). Ранее этот метод использовался для анализа функции кишечника безотносительно к ЭДК. Анализ основан на применении сахарозы, природно обогащенной 13C (которая содержится в кукурузе).

Поскольку кукуруза и сахарный тростник широко употребляются в пищу в странах с низким и средним уровнем дохода и уже содержат большое количество сахарозы 13C, степени природного обогащения может быть недостаточно. В этой связи в рамках проекта будет разработан и испытан на практике дыхательный тест с применением сахарозы с более высокой степенью обогащения 13C.

В основе дыхательного теста с применением сахарозы, обогащенной углеродом-13, лежит простой принцип: в кишечнике сахароза расщепляется ферментом щеточной каймы, называемым сахарозой, на глюкозу и фруктозу. При их окислении для усвоения организмом выделяются диоксид углерода-13 (13CO2) и вода. При патологиях, в том числе при ЭДК, активность фермента сахарозы, а следовательно и объем выделяемого 13CO2, может снижаться. В нормальных условиях, напротив, интенсивное и скорое выделение 13CO2 в дыхании после приема внутрь сахарозы 13C свидетельствует о здоровой функции кишечника. 

«Один из способов более широкого распространения этого метода – использование доступной на коммерческом рынке сахарозы с высокой степенью обогащения синтетическими стабильными изотопами 13C», – говорит г-н Овино.

В настоящее время четыре эксперта из Австралии, Соединенного Королевства Великобритании и Северной Ирландии и Соединенных Штатов Америки совершенствуют существующий дыхательный тест на основе сахарозы 13C, применяя сахарозу с высокой степенью обогащения 13C, как описано выше, и при помощи биопсии кишечника проверяют этот тест на пригодность для выявления нарушений кишечной функции при ЭДК.

Первое в своем роде исследование влияния ЭДК на долговременный рост с помощью стабильных изотопов

В 2015 году МАГАТЭ провело техническое совещание с целью рассмотреть имеющиеся на данный момент знания об ЭДК и обсудить меры профилактики и лечения этого нарушения. «На совещании был сделан вывод о необходимости проведения более продолжительных исследований, которые позволят лучше понять коренные причины ЭДК, и разработки недорогостоящего и пригодного для широкого применения теста», — говорит г-н Овино.

В рамках нового исследования будет впервые измерено долговременное влияние ЭДК на детский организм. По словам г-на Овино, после первоначального теста дети будут проходить тест повторно через три и шесть месяцев, что позволит оценить их рост за это время.

В исследовании принимают участие ученые из Бангладеш, Замбии, Индии, Кении, Перу и Ямайки. Как сообщает г-н Овино, после доработки методики теста исследователи станут применять ее для измерения ЭДК у детей и оценки ее влияния на рост ребенка с течением времени.

В ноябре этого года МАГАТЭ проведет совещание для всех заинтересованных сторон и представителей участвующих в проекте стран, работающих по техническим и исследовательским контрактам, с целью унифицировать протокол, разработать конкретные планы и обсудить детали материально-технического обеспечения более продолжительных исследований. Эксперты из Австралии, Соединенного Королевства и США представят подробные сведения о ходе работы по оптимизации и валидации дыхательного теста с применением сахарозы 13C.

Эксперты МАГАТЭ выступили также соавторами двух обзорных научных статей по ЭДК. В них описаны природа ЭДК, ее влияние на состояние питания и здоровья ребенка, а также возможности использования стабильных изотопов для диагностики и лечения данного нарушения и связанных с ним последствий для здоровья. Статьи были опубликованы во всемирно известных журналах «Pediatrics» («Педиатрия») (декабрь 2016 года) и «Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition» («Журнал детской гастроэнтерологии и питания») (февраль 2017 года); на обе статьи были даны ссылки в подготовленном сотрудниками МАГАТЭ всеобъемлющем обзоре применения стабильных изотопов при оценке питания, который был опубликован в престижном издании «Proceedings of the Nutrition Society» («Труды Общества питания») (май 2017 года).

ЭДК является одним из многих относящихся к сфере здравоохранения вопросом, который будет обсуждаться на Научном форуме МАГАТЭ 2017 года, который состоится 19–20 сентября в Центральных учреждениях МАГАТЭ в Вене. Тема Научного форума — «Ядерные методы и здоровье человека: профилактика, диагностика и лечение».

13c-sucrose-breath-test-eed-1140x640.png

“One way for this method to be more widely employed is to use commercially available highly enriched sucrose with synthetic 13C stable isotopes,” said Owino.

Four experts from Australia, the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland (UK) and the United States of America (USA) are working on refining the existing 13C sucrose breath test by using highly enriched 13C sucrose, as described above, and validating the test against gut biopsy to identify gut dysfunction in EED.

First-ever EED study to track effect on longer-term growth using stable isotopes

In 2015, the IAEA hosted a technical meeting to consider the current knowledge about EED and discuss interventions to prevent and treat the condition. “One of the conclusions was that more longitudinal studies are needed to better understand the fundamental causes of EED and that there is a need to develop a low-cost and widely applicable test,” Owino said.

The new study will, for the first time, measure how EED affects children over longer periods of time. Children will be retested three and six months after the initial tests to determine their growth during this time, Owino said.

Researchers from Bangladesh, India, Jamaica, Kenya, Peru and Zambia are participating in the study. When the testing technique is refined, they will use it to measure EED in children and assess its association with growth over time, Owino added.

In November this year, the IAEA will hold a meeting for stakeholders, technical contract holders and research contract holders from participating countries to harmonize the protocol, develop concrete plans and discuss the logistical details for the longitudinal studies. The experts from Australia, the UK and the USA will present details of the progress of optimization and validation of the 13C sucrose breath test.

IAEA experts have also co-authored two scientific review papers on EED. The papers highlighted the nature of EED, its impact on child nutritional status and health and ways in which stable isotopes may be used to diagnose and manage the condition and its associated health effects. The reviews were published in the world-renowned journals Pediatrics (December 2016) and the Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition (February 2017) and both were referenced in a comprehensive review by IAEA staff on use of stable isotopes in nutrition assessments, published in the prestigious Proceedings of the Nutrition Society (May 2017).

EED is one of many health-related issues that will be discussed at the IAEA Scientific Forum 2017, taking place on 19 and 20 September at the IAEA headquarters in Vienna. The theme for the Scientific Forum is “Nuclear Techniques in Human Health: Prevention, Diagnosis and Treatment”.

13c-sucrose-breath-test-eed-1140x640.png