Ежегодно от инфекции мочевых путей (ИМП) страдают более 150 млн человек [1]. Чаще речь идет о неосложненной ИМП – остром спорадическом или рецидивирующем цистите и/или остром пиелонефрите у небеременных женщин без анатомических и функциональных аномалий мочевыводящих путей или сопутствующих заболеваний [2]. Женщины в большей степени подвержены ИМП, что обусловлено анатомо‑физиологическими особенностями женского организма (короткая и широкая уретра, близость к естественным резервуарам инфекции – анусу и влагалищу) [3, 4]. Результаты двухэтапного опроса 1185 молодых женщин в 20 городах Российской Федерации, Республики Беларусь и Казахстана с применением традиционной бумажной анкеты и онлайн‑анкетирования продемонстрировали, что с симптомами острого цистита сталкивались 19,1–21,1% опрошенных, среди которых 22,9–28,5% женщин сообщили о развитии трех и более рецидивов дизурии в течение года [5]. В ходе опроса 2000 женщин в США, проведенного методом случайного набора телефонного номера, 10,8% женщин старше 18 лет сообщили по крайней мере об одном эпизоде инфекции мочевых путей в течение последних 12 месяцев [6]. Приблизительно у половины всех женщин в течение жизни будет иметь место хотя бы один эпизод острого цистита [2, 7], и среди них от 27 до 48% будут страдать от рецидивирующих ИМП [8, 9].
Энтеробактерии, и в первую очередь Escherichia coli, остаются основными бактериальными возбудителями ИМП. Результаты исследования ДАРМИС‑2018 демонстрируют, что в Российской Федерации энтеробактерии в общей сложности вызывают 90,6% случаев ИМП, а E. coli в субпопуляции взрослых – 71,3% [10]. Координационная группа и представители ВОЗ с целью оценки бремени инфекционных заболеваний человека для здравоохранения отобрали 20 видов бактерий с 25 профилями резистентности. В их число включены представители семейства Enterobacteriaceae, резистентные к цефалоспоринам III поколения, в том числе штаммы E. coli и Klebsiella spp., вызывающие как внебольничные, так и внутрибольничные ИМП [11].
Широкое применение антибиотиков, часто без определения чувствительности возбудителя к антимикробным препаратам, является одной из причин появления патогенов с множественной лекарственной устойчивостью. Например, широкое применение фторхинолонов для лечения ИМП в амбулаторных условиях в прошлые годы стало причиной стремительного роста резистентности к этой группе лекарственных средств. Так, устойчивость уропатогенной E. coli к ципрофлоксацину в Пакистане достигла 60,8% [12], в Иордании – 55,5% [13]. В развитых странах из‑за действующих ограничений на применение фторхинолонов уровень резистентности ниже, однако также прослеживается тенденция к росту. В начале нынешнего столетия в Швейцарии фторхинолоны при неосложненных ИМП назначались в 64% случаев; в итоге за 10‑летний период (1997–2007 гг.) резистентность к ципрофлоксацину выросла с 1,8 до 15,9 % [14], и к 2012–2015 гг. ее уровень достиг 17,4% [15].
Сегодня главной целью лечения острого неосложненного цистита остается эрадикация возбудителя, что требует назначения эмпирической антибактериальной терапии. В качестве препаратов первой линии используют фосфомицин, нитрофураны – нитрофурантоин и фуразидин [2, 16], пивмециллинам [2].
Если эпизоды ИМП (как острого цистита, так и острого пиелонефрита) повторяются с частотой не менее трех раз в год или двух раз за последние шесть месяцев, то речь идет о рецидивирующей ИМП. С целью предотвращения рецидивов обсуждают возможность устранения факторов риска, поведенческие стратегии, неантимикробную профилактику (применение фитотерапии, лиофилизированного лизата E. coli, инстилляции вязкоэластичных протекторов, содержащих гиалуроновую кислоту, в мочевой пузырь) [16, 17]. Использовать непрерывную или посткоитальную антимикробную профилактику для предотвращения рецидивов ИМП необходимо лишь в тех случаях, когда неантимикробные стратегии оказались неэффективными [2, 4, 16].
Постоянный рост резистентности уропатогенов к антибиотикам означает, что необходимо продолжение поиска новых эффективных методов лечения и профилактики ИМП [18], в том числе, с применением различных биологически активных добавок. Одним из направлений поиска является изучение потенциала D‑маннозы в качестве самостоятельного препарата либо в сочетании с другими биологически активными добавками (например, экстрактом клюквы, лактобактериями и пр.).
D-манноза – новое слово биомеханической терапии
Недавние рекомендации международных урологических ассоциаций [19], а также обобщенные результаты научных исследований последних лет [20] подчеркивают целесообразность ограниченного применения антибиотиков при ИМП и необходимость продолжения исследований новых молекул, препятствующих как возникновению ИМП, так и ее рецидивированию. В последние годы внимание исследователей и клиницистов приковано к молекуле D‑маннозы, которая является одним из девяти моносахаридов (D‑глюкоза, D‑галактоза, D‑манноза, D‑ксилоза, L‑фукоза, D‑глюкуроновая кислота, N‑ацетил‑D‑глюкозамин, N‑ацетил‑Dгалактозамин и N‑ацетилнейраминовая кислота), встречающихся в гликопротеинах позвоночных. D‑маннозу нельзя назвать молекулой, обладающей метаболическим, бактериостатическим или бактерицидным действиями против ИМП. Скорее всего, правильнее говорить о биомеханическом противодействии D‑маннозы ИМП [21].
Бактериальная адгезия на поверхности уротелиальных клеток является первым и ключевым фактором возникновения и развития ИМП [22]. Уротелий состоит из трех разных слоев: базального слоя, прилежащего к базальной мембране, промежуточного и апикального слоя, состоящего из крупных шестиугольных клеток, известных как зонтичные клетки [23]. На поверхности последних располагается большое количество белков‑уроплакинов, образующих двумерные бляшки [24, 25]. В организме человека существует четыре различных белка‑уроплакина: UPIa, UPIb, UPII и UPIIIa [26]. Синтез уроплакинов происходит в эндоплазматическом ретикулуме зонтичных клеток, где мономеры уроплакинов образуют гетеродимеры. Пары уроплакинов встраиваются в липидную мембрану и подвергаются дальнейшей организации, формируя в итоге зрелую бляшку [27]. До 90% поверхности уротелия покрыто уроплакинами. Остальные 10% поверхности представляют собой непокрытые участки, непосредственно задействованные в растяжении и, соответственно, изменении емкости мочевого пузыря [28].
Адгезия уропатогенной E. coli к уротелию происходит за счет взаимодействия структур бактериальной клетки с маннозными фрагментами UPIa уротелиальных бляшек [29]. Без реализации механизма адгезии E. coli оставалась бы в просвете мочевых путей, удалялась бы из мочевого пузыря во время мочеиспускания, что сделало бы невозможным развитие симптоматической ИМП. После адгезии E. coli вторгается в цитоплазму зонтичных клеток, где в последующем формируются внутриклеточные бактериальные сообщества [30].
Для связывания с концевыми маннозилированными фрагментами уроплакина E. coli продуцирует на своей поверхности множественные нитевидные структуры, известные как пили 1‑го типа [29]. Каждая из них состоит из нескольких различных по составу и функциям субъединиц. Повторяющиеся субъединицы белка FimA образуют спиральный стержень. Ранее существовала теория, согласно которой адгезия была опосредована именно повторяющимися субъединицами FimA, которые и составляли большую часть пилей 1‑го типа [31]. Однако сегодня признано, что функция единиц FimA исключительно каркасная [32]. Спиральный стержень соединен с фибриллой дистального конца, состоящей из трех дополнительных субъединиц: двух адаптерных белков FimF и FimG, а также самого так называемого белка адгезии – FimH [33].
Белок адгезии FimH состоит из двух доменов. Функция первого домена заключается в опосредованном прикреплении к спиральному стержню через соседнюю субъединицу FimG. Второй домен FimH содержит связывающий маннозу карман, который может соединяться с маннозными сахарами на поверхности уротелия, тем самым реализуя механизм адгезии [29].
Пили 1‑го типа были обнаружены не только у E. coli, но и у других представителей семейства Enterobacteriaceae, включая Klebsiella pneumoniae, Serratia marcescens и Enterobacter cloacae [34].
Иными словами, введение в организм человека дополнительных количеств D‑маннозы – моносахарида, который метаболизируется и выводится с мочой, может привести к конкурентному ингибированию бактериальной адгезии к уротелию вследствие блокирования адгезинов FimH, расположенных на бактериальных фимбриях 1‑го типа. Важно, что D‑манноза не обладает ни бактериостатической, ни бактерицидной активностью и не изменяет бактериальную клетку, а значит, не препятствует действию антибиотиков [35].
Источники D-маннозы в организме и фармакокинетика
В организме человека D‑манноза в основном синтезируется из глюкозы или образуется в результате распада эндогенных гликопротеинов. Пища не является важным источником D‑маннозы. Этот моносахарид в свободном состоянии содержится в кожуре различных фруктов, включая апельсин, персик и яблоко, соответственно, D‑маннозу можно экстрагировать из мармелада, яблочной мякоти или апельсиновой цедры, однако этот метод сложен, связан с высокими производственными затратами и дает низкий выход. Поэтому чаще всего D‑маннозу получают путем ферментативного синтеза из D‑глюкозы или D‑фруктозы [36].
D‑маннозу вводят в организм человека в составе пищевых биологических добавок. Пиковые значения в сыворотке крови наблюдаются примерно через 60–90 минут после перорального приема и возвращаются к нормальным физиологическим уровням через 6–8 ч. Несмотря на относительно быстрое всасывание из кишечника в кровь, D‑манноза не метаболизируется полностью, и излишние молекулы D‑маннозы в неизмененном виде выводятся из организма с мочой [30]. Уже через 60 минут после приема внутрь D‑манноза оказывается в просвете мочевых путей [37]. Длительный прием D‑маннозы, который предполагается для профилактики рецидивирующей ИМП, не оказывает влияния на метаболизм человеческого организма [22].
Экспериментальное обоснование применения D-маннозы в профилактике и лечении инфекции мочевых путей
Впервые доказательства эффективности D‑маннозы в предотвращении ИМП были представлены в экспериментальном исследовании в 1979 г. [38], но впоследствии было получено множество других доказательств как в эксперименте, так и в клинической практике.
Конкурентный ингибитор связывания маннозы кишечной палочкой – метил‑α‑D‑маннопиранозид (α‑ММ) тестировали на предмет способности предотвращать ИМП у мышей. Присутствие α‑ММ приводило к снижению бактериурии у мышей, в то время как введение метил‑α‑D‑глюкопиранозида не оказало сколько‑нибудь значимого влияния на бактериурию. Это обстоятельство доказывает особую значимость маннозы по сравнению с другими моносахаридами в профилактике ИМП, вызванной E. coli. В то же время Michaels E.K. et al. [39] в эксперименте было изучено влияние D‑маннозы и D‑глюкозы на бактериурию, вызванную E. coli. Взрослым самцам крыс внутрипузырно вводили микробный инокулянт с различным титром E. coli, разведенный либо в 0,1 мл физиологического раствора, либо в 2,5% или 10% растворе D‑маннозы. Оказалось, что и D‑манноза, и D‑глюкоза могут значительно уменьшить бактериурию уже через сутки, а эффективность зависит как от концентрации моносахаридов, так и от титра бактерий.
Сusumano C.K. et al. [40] на экспериментальной модели хронического цистита, реализованной на мышах, доказали патогенетическую целесообразность применения перорально вводимых антагонистов FimH. Мышей инфицировали уропатогенным штаммом E. coli, и через 12 дней проводили исследование мочи. После подтверждения факта возникновения ИМП животным перорально вводили маннозиды. Было доказано, что антагонисты FimH снижают колонизацию E. coli в уретре уже через 6 ч после перорального введения. Концентрация E. coli у мышей, получавших триметоприм c сульфаметоксазолом, оказалась выше, чем у мышей, получавших антагонист FimH. Применение маннозида предотвращало образование внутриклеточных бактериальных сообществ в уротелии.
Проведенные экспериментальные исследования демонстрируют перспективность дальнейшего изучения возможностей таргетной терапии ИМП с применением D‑маннозы. Помимо экспериментальных доказательств целесообразности использования адгезивного белка FimH пилей 1‑го типа, в качестве потенциальной терапевтической мишени при ИМП существуют доказательства, полученные в ходе клинических исследований.
Клинический опыт применения D-маннозы при инфекции мочевых путей
Чаще при изучении эффективности D‑маннозы ее применение сочетали с другими соединениями, включая экстракт клюквы, экстракт плодов Morinda citrifolia, экстракт граната, лактобактерии и N‑ацетилцистеин. Однако сегодня доступны результаты нескольких исследований, в которых D‑манноза применялась отдельно.
Domenici L. et al. [41] проведено пилотное исследование, целью которого стало определение эффективности D‑маннозы в лечении острого цистита и профилактики рецидивов. Использовался Mannocist (Rome, Italy), порошок для приготовления суспензии для приема внутрь; в состав одного саше входят D‑манноза 1,5 г, бикарбонат натрия, сорбит, диоксид кремния. 43 женщины с острым циститом в возрасте от 18 до 65 лет получали D‑маннозу по 1,5 г дважды в день в течение первых 3 дней лечения, с последующим однократным ежедневным приемом 1,5 г в течение 10 дней. Динамика симптомов и качества жизни оценивалась с помощью специально утвержденного опросника UTISA (Urinary Tract Infection Symptoms Assessment). Изменение средних баллов UTISA после завершения курса лечения свидетельствовало о нивелировании большинства симптомов (p<0,05). Через месяц после выздоровления пациентки были рандомизированы в 2 группы. В первой группе с профилактической целью в течение полугода женщины получали D‑маннозу в режиме 1,5 г в день, 1 раз в неделю. После месяца приема следовал месячный перерыв. Во второй группе никакие профилактические средства не применялись. На фоне профилактического использования D‑маннозы рецидив острого цистита имел место лишь у 1 (4,5%) пациентки, в то время как во второй группе этот показатель составил 33,3%.
Porru D. et al. [42] провели рандомизированное перекрестное исследование, включавшее женщин 22–54 лет с острой симптоматической ИМП и тремя или более рецидивами ИМП в течение предшествующих 12 месяцев. 60 женщин были случайным образом разделены на 2 группы, в одной из которых назначался 5‑дневный курс лечения комбинацией сульфаметоксазол/триметоприм 800/160 мг 2 раза в сутки, а в другой – курс D‑маннозы, по 1 г трижды в день в течение первых 2 недель, а затем по 1 г дважды в день на протяжении последующих 22 недель. Очередной рецидив ИМП возникал в среднем через 200 дней при ежедневном пероральном приеме D‑маннозы, в то время как интервал с момента окончания антибиотикотерапии до следующего рецидива составлял всего лишь 52,7 дня.
Kranjčec B. et al. [43] провели оценку эффективности D‑маннозы для профилактики рецидивирующих ИМП. После начальной антибиотикотерапии острого цистита 308 женщин с рецидивами ИМП в анамнезе и отсутствием других значимых сопутствующих заболеваний были случайным образом распределены на три группы. В первой группе (n=103) пациенткам с профилактической целью был назначен шестимесячный курс D‑маннозы (2 г/сут); во второй группе (n=103) пациентки ежедневно в течение 6 месяцев получали нитрофурантоин (50 мг/ сут), а в третьей группе (n=102) профилактика не проводилась. У 98 (31,8%) пациенток имели место рецидивы ИМП: в первой группе – у 15 (14,6%), во второй группе – у 21 (20,4%), в третьей группе – у 62 (60,8%). Пациентки из первой и второй групп имели значительно более низкий риск повторного эпизода ИМП во время профилактической терапии по сравнению с пациентками из третьей группы, не получающими никакого профилактического лечения (p<0,0001). Риск рецидива ИМП при применении D‑маннозы не отличался от такового при непрерывной антимикробной профилактике нитрофурантоином. Преимуществом использования D‑маннозы оказался низкий риск побочных эффектов.
С целью определения потенциала D‑маннозы в профилактике рецидивов ИМП у женщин и сопряженных с применением D‑маннозы побочных эффектов Lenger S.M. et al. [44] выполнены систематический обзор и метаанализ. Лишь три исследования, оценивающие эффективность D‑маннозы, соответствовали критериям включения в метаанализ (одно рандомизированное контролируемое исследование, одно рандомизированное перекрестное исследование и одно проспективное когортное исследование), в двух из которых проводилась регистрация неблагоприятных эффектов. Проанализировав данные 390 пациенток, авторы пришли к выводу, что эффективность D‑маннозы в профилактике рецидивирующей ИМП по сравнению с плацебо сопоставима с эффективностью антибиотикопрофилактики. D‑манноза переносилась с минимальными побочными эффектами – диарея возникала лишь у небольшого процента пациентов.
Комбинированное применение D-маннозы с лактобактериями для профилактики инфекции мочевых путей
Ранее существовавшая парадигма стерильности мочи и мочевых путей здорового человека в настоящее время опровергнута [45, 46]. Однако для мочевыделительной системы не характерно видовое многообразие микробной флоры, и, как правило, речь идет о присутствии одного‑двух видов бактерий, называемых уротипами [46, 47]. Наиболее распространенными бактериями в микробиоте мочи здоровых женщин являются те же виды Lactobacillus, которые существуют во влагалище [48]. Сегодня есть доказательства того, что присутствие некоторых видов Lactobacillus минимизирует риски возникновения симптомов нижних мочевых путей [49] и вероятность ИМП [50]. Очевидно, что нерациональная антибиотикотерапия может привести к снижению популяции Lactobacillus, что может быть сопряжено с ростом условно‑патогенной микробной флоры, инвазией уропатогенов и возникновением симптоматической ИМП.
Учитывая изложенное выше, некоторые исследователи изучали влияние на ИМП сочетанного применения D‑маннозы с пробиотиками. Дело в том, что в патогенезе ИМП немаловажную роль играют биопленки, представляющие собой структурные сообщества микроорганизмов, инкапсулированных в саморазвитом полимерном матриксе, адгезированные к биотической или абиотической поверхности [51]. Очевидно, что образование биопленок E. coli и другими уропатогенами может снизить эффективность лечения. Штаммы лактобактерий (L. reuteri и L. rhamnosus GR-1) внедряются в патогенные биопленки in vitro и вызывают разрушение и гибель бактериальных клеток [48]. Преобладание Lactobacillus в микробиомах влагалища и мочи доказывает их связь друг с другом, поэтому профилактическое введение вагинальных пробиотиков может быть полезным у женщин с рецидивирующими ИМП [52].
Murina F. et al. [53] представили результаты исследования эффективности и безопасности профилактического применения комбинации Lactobacillus paracasei LC11, клюквы и D‑маннозы (Lactoflorene Cist) у женщин с острыми и рецидивирующими неосложненными ИМП. В одноцентровое исследование были включены 55 женщин 18–50 лет, которым для эрадикации инфекции назначался фосфомицин (3 г, двукратно, с интервалом в сутки). После этого все пациентки случайным образом были разделены на три группы. В первой группе пациентки ежедневно, каждые первые 10 дней месяца, на протяжении 90 дней получали Lactoflorene Cist. Во второй группе Lactoflorene Cist назначался ежедневно, на протяжении 90 дней без перерывов. Пациентки третьей группы никакой профилактической терапии не получали (контрольная группа). В период исследования, наряду с регистрацией рецидивов ИМП, фиксировались любые нежелательные явления. В целом количество эпизодов ИМП во время исследования было значительно выше в контрольной группе по сравнению с первой и второй группами женщин, принимавших Lactoflorene Cist (52,9% против 16% и 15,5%; p<0,01). Примечательно, что частота рецидивов ИМП существенно не отличалась при ежедневном приеме Lactoflorene Cist в течение 90 дней по сравнению с прерывистыми курсами на протяжении первых 10 дней каждого месяца при той же продолжительности лечения. Нежелательных явлений у пролеченных пациентов не зарегистрировано.
Vicariotto F. et al. [54] в пилотном проспективном исследовании провели оценку эффективности комбинации D‑маннозы, сухого экстракта клюквы, гелеобразующего комплекса, состоящего из экзополисахаридов, продуцируемых Streptococcus thermophilus ST10, а также 2 микроорганизмов Lactobacillus plantarum LP01 и Lactobacillus paracasei LPC09 у 33 небеременных женщин с острым неосложненным циститом. В течение первого месяца каждая принимала ежедневно по две дозы обозначенной комбинации, а в течение второго месяца – ежедневно по одной дозе. Трижды (через 30 и 60 дней с момента начала лечения и после месячного периода наблюдения) в моче оценивалось присутствие нитритов и лейкоцитарной эстеразы. Выраженность симптомов цистита (дизурии, учащенного мочеиспускания малыми порциями, неотложных позывов к мочеиспусканию, боли в надлобковой области и макрогематурии) оценивалась по шкале от 0 до 3 при каждом посещении. Присутствие нитритов и лейкоцитарной эстеразы было обнаружено у 14 и 20 женщин через месяц с момента начала лечения и у 9 и 14 женщин через 60 дней с момента начала лечения соответственно. В конце периода наблюдения присутствие нитритов обнаружено у 4 из 24 женщин (16,7%, р=0,103), а присутствие лейкоцитарной эстеразы – у 3 из 19 женщин (15,8%, р=0,325), результаты исследования мочи которых при предыдущем обследовании были отрицательными. Типичные симптомы цистита значительно уменьшились. Авторы предполагают, что комбинация D‑маннозы, клюквы, инновационного гелеобразующего комплекса и 2 протестированных микроорганизмов обладает долгосрочной способностью уменьшать симптомы, о которых сообщают женщины с острым циститом.
В другом исследовании, выполненном Pugliese D. et al. [55], оценивалась эффективность комбинации D‑маннозы, экстракта граната, пребиотиков и пробиотиков – Lactobacillus plantarum Lp115 ≥ 2×1012 КОЕ (Prolactis ivu) в нивелировании клинических симптомов острого неосложненного цистита у женщин. В исследование были включены 33 пациентки, которым дозу обозначенной комбинации вводили дважды в день в течение 5 дней, а затем один раз в день в течение 10 дней. На фоне терапии рекомендовано повышенное потребление жидкости (>2 л в день). Антибиотики назначались только в случае клинического ухудшения. Динамика симптомов и изменение качества жизни оценивались клинически и с помощью валидированного опросника ACSS (Acute Cystitis Symptom Score) при первом посещении (T0), спустя 15 (T1) и 30 (Т2) дней. Во время визита T1 абсолютно все симптомы или их большинство исчезли у 10 женщин (30,3%), а во время визита Т2 – у 30 женщин (90,9%). На сохранение некоторых симптомов указали 16 женщин (48,5%) при визите Т1 и 3 женщины (9,1%) во время визита Т2. Сохранение всех симптомов или ухудшение состояния наблюдалось у 7 пациенток (21,2%) при визите Т1 и ни у одной при визите Т2. В ходе визитов Т1 и Т2 установлено, что средние баллы в секциях «типичные симптомы», «дифференциальные симптомы», «качество жизни» опросника ACSS достоверно снизились по сравнению с исходным уровнем. Шесть пациенток нуждались в назначении антибиотиков. Ни одного нежелательного явления зарегистрировано не было. По мнению авторов, применение обозначенной комбинации может помочь в нивелировании клинических симптомов острого цистита без применения антибиотиков в подавляющем большинстве случаев. Отсутствие микробиологической оценки является явным ограничением исследования.
Заключение
Таким образом, в эпоху растущей антибиотикорезистентности и появления уропатогенов с множественной лекарственной устойчивостью необходим поиск альтернативных стратегий лечения и профилактики ИМП. Известные сегодня патогенетические особенности ИМП (образование биопленок, организация внутриклеточных бактериальных сообществ) предопределяют невозможность применения антибиотиков как единственной верной стратегии в борьбе с ИМП.
Применение D‑маннозы является перспективным направлением так называемой биомеханической терапии и профилактики ИМП, препятствующим адгезии и интернализации E. coli и других представителей семейства Enterobacteriaceae к уротелию, тем самым предотвращая симптоматическую ИМП. Поскольку D‑манноза не оказывает никакого влияния на бактериальную клетку, а лишь конкурентно противодействует ее адгезии к уротелию, применение D‑маннозы не исключает параллельного применения антибиотиков.
Важной патогенетической особенностью ИМП у женщин является предшествующее симптоматической инфекции повреждение уробиома, что ведет к инвазии уропатогенов или чрезмерному росту условно‑патогенных микроорганизмов. В связи с этим перспективным направлением профилактической терапии ИМП у женщин, требующим дальнейших исследований, является сочетанное долгосрочное применение D‑маннозы и некоторых видов Lactobacillus.
