vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2023-20-4-340-346vestim-940Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEВлияние антибактериальных препаратов группы карбапенемов на состав пристеночной микрофлоры толстого кишечника и фонд свободных аминокислот плазмы крови интактных крысEffect of antibacterial drugs of the carbapenem group on the composition of the parietal microflora of the large intestine and the pool of free amino acids in the blood plasma of intact ratshttps://orcid.org/0000-0002-8699-8216ЯкубцевичР. Э.YakubtsevichR. E.

Якубцевич Руслан Эдуардович ‒ доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой.

ул. Горького, 80, 230009, Гродно

Ruslan E. Yakubtsevich ‒ D. Sc. (Med.), Associate Professor, Head of the Department, Grodno State Medical University.

80, Gorky Str., 230009, Grodno

jackruslan@tut.byhttps://orcid.org/0000-0002-9541-6521ЛемешА. В.LemeshA. V.

Лемеш Антон Викторович ‒ ассистент.

ул. Горького, 80, 230009, Гродно

Anton V. Lemesh ‒ Assistant, Grodno State Medical University.

80, Gorky Str., 230009, Grodno

anton_lemesh@mail.ruПавлюковецА. Ю.PavlyukovetsA. Yu.

Павлюковец Анастасия Юрьевна ‒ кандидат биологических наук, доцент.

ул. Горького, 80, 230009, Гродно

Anastasia Yu. Pavlyukovets ‒ Ph. D. (Biol.), Associate Professor, Grodno State Medical University.

80, Gorky Str., 230009, Grodno

НиколаеваИ. В.NikolaevaI. V.

Николаева Ирина Владимировна ‒ старший преподаватель.

ул. Горького, 80, 230009, Гродно

Irina V. Nikolaeva ‒ Senior Lecturer, Grodno State Medical University.

80, Gorky Str., 230009, Grodno

https://orcid.org/0000-0001-9939-8749ДорошенкоЕ. М.DoroshenkoE. M.

Дорошенко Евгений Михайлович ‒ кандидат биологических наук, доцент.

ул. Горького, 80, 230009, Гродно

Evgeny M. Doroshenko ‒ Ph. D. (Biol.), Associate Professor, Grodno State Medical University.

80, Gorky Str., 230009, Grodno

ГоловейкоС. А.GoloveykoS. A.

Головейко Сергей Алексеевич ‒ врач анестезиолог-реаниматолог.

бул. Ленинского Комсомола, 52, 230030, Гродно

Sergey A. Goloveyko ‒ anesthesiologist-resuscitator, Grodno University Clinic.

52, Leninsky Komsomol Boulevard, 230030, Grodno

Гродненский государственный медицинский университетGrodno State Medical UniversityГродненская университетская клиникаGrodno University Cliniс202302122023204340346Copyright © Якубцевич Р.Э., Лемеш А.В., Павлюковец А.Ю., Николаева И.В., Дорошенко Е.М., Головейко С.А., 20232023Якубцевич Р.Э., Лемеш А.В., Павлюковец А.Ю., Николаева И.В., Дорошенко Е.М., Головейко С.А.Yakubtsevich R.E., Lemesh A.V., Pavlyukovets A.Y., Nikolaeva I.V., Doroshenko E.M., Goloveyko S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/940

Внедрение антибактериальной терапии в клиническую практику является одним из важнейших этапов в борьбе с инфекционными заболеваниями. Антибактериальная терапия назначается подавляющему большинству пациентов (не менее 70 % от их общего числа) отделений интенсивной терапии. Карбапенемы остаются краеугольным камнем антибактериальной терапии тяжелых инфекций. Основной проблемой при использовании антибиотиков является долгосрочное изменение здоровой микробиоты и горизонтальный перенос генов резистентности. Структура фонда свободных аминокислот в биологических жидкостях и тканях является интегральной характеристикой метаболизма, а влияние антибактериальных средств на их концентрацию в плазме изучено недостаточно.

Целью настоящего исследования являлось проведение сравнительного анализа эффектов меропенема и имипенем/циластатина на бактериальную флору кишечника и пул свободных аминокислот в плазме крови крыс.

Эксперименты проводили  на  белых  беспородных  крысах,  содержавшихся  на  стандартном  рационе  вивария и имевших свободный доступ к питьевой воде. Животные были разделены на три группы: группа 1 (n = 7) – животным в течение 10 сут внутрибрюшинно вводили 0,9%-ный раствор NaCl; группа 2 (n = 7) – животным в течение 10 сут внутрибрюшинно вводили меропенем-ТФ (СООО «ТрайплФарм», РБ) в дозе 60 мг/кг массы; группа 3 (n = 7) – животным в течение 10 сут таким же образом вводили имипенем/циластатин (СООО «ТрайплФарм», РБ) в дозе 120 мг/кг массы. Содержание свободных аминокислот в плазме крови определяли методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Сравнительный анализ пула свободных аминокислот в плазме крыс после введения антибактериальных препаратов группы карбапенемов показал ряд достоверно значимых ( р < 0,05) различий в обеих группах исследования. Так, в группе имипенем/циластатина определялось увеличение общего количества протеиногенных аминокислот, незаменимых аминокислот, общего количества ароматических аминокислот и снижение коэффициента соотношения заменимых и незаменимых аминокислот. В группе меропенема данных отклонений не выявлено, однако отмечалось снижение общего количества серосодержащих аминокислот.

Полученные результаты показали достоверное изменение уровней как отдельных аминокислот, так и их суммарного количества. Более выраженное изменение пула свободных аминокислот плазмы крови после введения имипенем/циластатина, вероятно, обусловлено наличием в составе препарата циластатин (ингибитора почечной дегидропептидазы), а также его более выраженной токсичностью. По сравнению с меропенемом имипенем/  циластатин приводил к большему росту спорообразующих анаэробов, а меропенем, в свою очередь, больше снижал уровень бифидобактерий и лактозапозитивных бактерий группы кишечной палочки, чем имипенем/циластатин.

Introducing the antibiotic therapy into clinical practice is one of the most important steps in the fight against infectious diseases. Antibacterial therapy is prescribed to more than 70 % of all patients in intensive care units. Carbapenems remain the “cornerstone” of antibiotic therapy for severe infections. The main problem on the use of antibiotics is a long-term alteration of the healthy microbiota and a horizontal transfer of resistance genes. The structure of the fund of free amino acids in biological fluids and tissues is an integral characteristic of metabolism, and the effect of antibacterial agents on their concentration in plasma has not been sufficiently studied.

The aim of this study was to conduct a comparative analysis of the effects of meropenem and imipenem/cilastatin on the bacterial flora of the intestine and the pool of free amino acids in the blood plasma of rats.

The experiments were carried out on white outbred rats kept on a standard vivarium diet and having free access to drinking water. Animals were divided into 3 groups: group 1 (n = 7) – animals were intraperitoneally injected with 0.9 % NaCl solution for 10 days; group 2 (n = 7) – animals were intraperitoneally injected with meropenem-TF (SOOO “TriplePharm”, Republic of Belarus) at a dose of 60 mg/kg body weight for 10 days, group 3 (n = 7) – animals were injected with imipenem in the same way for 10 days /cilastatin (SOOO “TriplePharm”, RB) at a dose of 120 mg/kg of body weight. Free amino acids in blood plasma were determined by chromatography.

A comparative analysis of the pool of free amino acids in the plasma of rats after the administration of antibacterial drugs of the carbapenem group revealed a number of significant confidence (p < 0.05) differences in the both study groups. Thus, in the imipenem/cilastatin group, an increase in the total amount of proteinogenic amino acids, essential amino acids, the total amount of aromatic amino acids and a decrease in the nonessential-to essential amino acid ratio were determined. In the meropenem group, these abnormalities were not identified. However, the total amount of sulfur-containing amino acids decreased.

The results obtained showed a significant change in the levels of the both individual amino acids and their total amount.  A more pronounced change in the pool of free amino acids in the blood plasma after administrating imipenem/cilastatin is probably due to the presence of cilastatin (renal dehydropeptidase inhibitor) in the composition of the drug, as well as its more pronounced toxicity. When compared with meropenem, imipenem/cilastatin resulted in a greater growth of spore-forming anaerobes. In turn, meropenem more reduced the level of bifidobacteria, lactose-positive bacteria of the E. coli group than  imipenem/cilastatin.

карбапенемымеропенемимипенем/циластатинсвободные аминокислотымикробиомсarbapenemsmeropenemimipenem/cilastatinfree amino acidsmicrobiomeReferencesArmstrong, T. JMM profile: Carbapenems: a broad-spectrum antibiotic / T. Armstrong, S. J. Fenn, K. R. Hardie // J. Med. Microbiol. – 2021. – Vol. 70, N 12. – P. 001462. https://doi.org/10.1099/jmm.0.001462Armstrong T., Fenn S. J., Hardie K. R. JMM profile: Carbapenems: a broad-spectrum antibiotic. Journal of Medical Microbiology, 2021, vol. 70, no. 12, р. 001462. https://doi.org/10.1099/jmm.0.001462Bozcal, E. Toxicity of β-lactam antibiotics: Pathophysiology, molecular biology and possible recovery strategies. Poisoning ‒ from specific toxic agents to novel rapid and simplified techniques for analysis [Electronic resource] / E. Bozcal, M. Dagdeviren. ‒ Mode of access: https://doi.org/10.5772/intechopen.70199. – Date of access: 18.02.2023.Bozcal E., Dagdeviren M. Toxicity of β-lactam antibiotics: Pathophysiology, molecular biology and possible recovery strategies. Poisoning ‒ from specific toxic agents to novel rapid and simplified techniques for analysis. Available at: https://doi.org/doi.org/10.5772/intechopen.70199/ (аccessed 18.02.2023).Antibiotics as Major Disruptors of Gut Microbiota / J. Ramirez [et al.] // Front Cell Infect. Microbiol. – 2020. – Vol. 10. ‒ Art. 572912. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.572912Ramirez J., Guarner F., Bustos Fernandez L., Maruy A., Sdepanian V. L., Cohen H. Antibiotics as Major Disruptors of Gut Microbiota. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2020, vol. 10, art. 572912. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.572912Profound alterations of intestinal microbiota following a single dose of clindamycin results in sustained susceptibility to Clostridium difficile-induced colitis / C. G. Buffie [et al.] // Infect. Immun. – 2012. – Vol. 80, N 1. – P. 62–73. https://doi.org/10.1128/IAI.05496-11Buffie C. G., Jarchum I., Equinda M., Lipuma L., Gobourne A., Viale A., Ubeda C., Xavier J., Pamer E. G. Profound alterations of intestinal microbiota following a single dose of clindamycin results in sustained susceptibility to Clostridium difficile-induced colitis. Infection and Immunity, 2012, vol. 80, no. 1, pp. 62–73. https://doi.org/10.1128/IAI.05496-11Metabolic control by the microbiome / T. O. Cox [et al.] // Genome Med. – 2022. – Vol. 80, N 14. https://doi.org/10.1186/s13073-022-01092-0Cox T. O., Lundgren P., Nath K., Thaiss Ch. A. Metabolic control by the microbiome. Genome Medicine, 2022, vol. 80, no. 14. https://doi.org/10.1186/s13073-022-01092-0Газиумарова, Л. Д. Бактериологическая диагностика дисбактериоза кишечника : инструкция по применению / Л. Д. Газиумарова, Л. П. Титов, Н. Л. Клюйко. – Минск, 2010. – 16 с.Gaziumarova L. D., Titov L. P., Klyuiko N. L. Bacteriological diagnosis of intestinal dysbiosis. Minsk, 2010. 16 p. (in Russian).Дорошенко, Е. М. Методологические аспекты и трудности анализа свободных (физиологических) аминокислот и родственных соединений в биологических жидкостях и тканях / Е. М. Дорошенко // Аналитика РБ – 2010 : сб. тез. докл. Респ. науч. конф. по аналит. химии с междунар. участием «Аналитика РБ – 2010», Минск, Беларусь, 14–15 мая 2010 г. / Белорус. гос. ун-т [и др.]. – Минск, 2010. – С. 126.Doroshenko E. M. Methodological aspects and difficulties of the analysis of free (physiological) amino acids and related compounds in biological fluids and tissues. Analitika RB – 2010: sbornik tezisov dokladov Respublikanskoi nauchnoi konferentsii po analiticheskoi khimii s mezhdunarodnym uchastiem «Analitika RB – 2010» (Minsk, Belarus’, 14–15 maya 2010 goda) [Analytics RB – 2010: collection of abstracts of reports of the Republican scientific conference on analytical chemistry with international participation “Analytics RB – 2010” (Minsk, Belarus, May 14–15, 2010)]. Minsk, 2010, p. 126 (in Russian).Cynober, L. A. Plasma amino acid levels with a note on membrane transport: characteristics, regulation, and metabolic significance / L. A. Cynober // Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif.). – 2002. – Vol. 18, N 9. – P. 761–766. https://doi.org/10.1016/s0899-9007(02)00780-3Cynober L. A. Plasma amino acid levels with a note on membrane transport: characteristics, regulation, and metabolic significance. Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif.), 2002, vol. 18, no. 9, pp. 761–766. https://doi.org/10.1016/s0899-9007(02)00780-3Matthews, D. E. An overview of phenylalanine and tyrosine kinetics in humans / D. E. Matthews // J. Nutrition. – 2007. – Vol. 137, N 6. – P. 1549S–1555S. https://doi.org/10.1093/jn/137.6.1549SMatthews Dwight E. An overview of Phenylalanine and tyrosine kinetics in humans. Journal of Nutrition, 2007, vol. 137, no. 6, pp. 1549S–1555S. https://doi.org/10.1093/jn/137.6.1549SВлияние таурина на окислительные процессы при отеке головного мозга / Л. М. Овсепян [и др.] // Журн. неврологии и психиатрии им. С. С. Корсакова. – 2015. – Т. 115, № 5. – С. 64‒67.Ovsepyan L. M., Zakharyan G. V., Melkonyan M. M., Zakharyan A. V. The effects of taurine on oxidative processes in brain edema. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii imeni C. C. Korsakova [Journal of neurology and psychiatry named after S. S. Korsakov], 2015, vol. 115, no. 5, pp. 64‒67 (in Russian).Comparative review of imipenem/cilastatin versus meropenem / A. Salmon-Rousseau [et al.] // Medecine et Maladies Infectieuses. – 2020. – Vol. 50, N 4. – P. 316–322. https://doi.org/10.1016/j.medmal.2020.01.001Salmon-Rousseau A., Martins C., Blot M., Buisson M., Mahy S., Chavanet P., Piroth L. Comparative review of imipenem/cilastatin versus meropenem. Medecine et Maladies Infectieuses, 2020, vol. 50, no. 4, pp. 316–322. https://doi.org/10.1016/j.medmal.2020.01.001

The authors declare that there are no conflicts of interest present.