Резюме
Актуальність. Актуальним залишається вивчення впливу мікробіоти кишечника на патогенетичні ланки розвитку остеоартриту (ОА), а також дослідження ефективності застосування пробіотиків у лікуванні даного захворювання. Мета: дослідити ефективність пробіотика на основі бактерій роду Bacillus у лікуванні ОА біоактивним концентратом морської риби. Матеріали та методи. У роботі взяли участь 38 осіб, хворих на ОА II стадії. Як структурно-модифікуючий препарат усім хворим призначали препарат біоактивного концентрату дрібної морської риби (протягом 21 доби, через добу по 2,0 мл внутрішньом’язово, усього 10 ін’єкцій). Двадцять хворих (основна група) додатково протягом 21 доби отримували пробіотик на основі бактерій роду Bacillus (B.subtilis, B.licheniformis, B.amyloliquefaciens, B.megaterium, B.pumilus) у вигляді пероральної суспензії щодня протягом усього періоду лікування. Клінічну ефективність оцінювали згідно з опитувальником Western Ontario McMaster Osteoarthritis Index (WOMAC), який хворі заповнювали до початку дослідження і через 3, 7, 14 і 21 добу лікування. Результати. У хворих, які отримували біоактивний концентрат морської риби в поєднанні з пробіотиком, на 7-му добу лікування спостерігали зменшення болю на 40,6 % (p < 0,001), скутості — на 36,8 % (p < 0,001) і поліпшення функції суглоба — на 26,6 % (p < 0,05). У групі порівняння, яка не отримувала пробіотик, показник болю зменшився на 27,4 % (p < 0,05), скутості — на 25,0 % (p < 0,05), а функція суглоба поліпшилася на 28,9 % (p < 0,05) лише на 14-ту добу терапії. Висновки. Уперше показано, що призначення пробіотичної композиції на основі бактерій роду Bacillus підвищує ефективність біоактивного концентрату морської риби при лікуванні ОА. Зменшення больового синдрому, скутості й поліпшення функціонального стану суглобів отримано вже на 7-му добу від початку комбінованого застосування, тоді як при монотерапії біоактивним концентратом морської риби клінічний ефект спостерігається на 14-ту добу лікування.
Background. Understanding the impact of gut microbiota on the development of osteoarthritis (OA) and investigating the potential of probiotics as a treatment remain crucial areas of research. The study aimed to evaluate the efficacy of a Bacillus-based probiotic in combination with a bioactive marine fish concentrate for the OA treatment. Materials and methods. This study included 38 patients diagnosed with grade II knee OA. A structural-modifying drug containing 0.2 ml of bioactive concentrate derived from small marine fish, was administered every other day in a dose of 2.0 ml (10 intramuscular injections in total) for 21 days. Twenty patients (main group) additionally received a probiotic containing bacteria of the genus Bacillus (B.subtilis, B.licheniformis, B.amyloliquefaciens, B.megaterium, B.pumilus) in the dosage form of oral suspension daily for the entire treatment period of 21 days. Clinical efficacy was assessed by the Western Ontario McMaster Osteoarthritis Index (WOMAC), the questionnaire was completed by all patients before the study and after 3, 7, 14 and 21 days of the therapy. Results. The findings showed a significant reduction in pain by 40.6 % (p < 0.001), stiffness by 36.8 % (p < 0.001), and improvement in knee function by 26.6 % (p < 0.05) in the main group (undergoing combined therapy with bioactive fish concentrate and the probiotic) on the 7th day of treatment. In the comparison group, a decrease in pain by 27.4 % (p < 0.05), stiffness by 25.0 % (p < 0.05), and improvement in joint function by 28.9 % (p < 0.05) were observed only on the 14th day of therapy. Conclusions. It was demonstrated that administering a probiotic composition containing bacteria from the genus Bacillus enhances the efficacy of bioactive sea fish concentrate in treating OA. Reduction in pain, stiffness, and improvement in joint function can be observed as early as the 7th day after initiating their combined use. In contrast, when using the bioactive concentrate of marine fish alone, the clinical effect is typically observed by the 14th day of treatment.
Список литературы
1. Jin Z., Zhao J., Sun L. Response to: correspondence on incidence trend of five common musculoskeletal disorders from 1990 to 2017 at the global, regional and national level: results from the global burden of disease study 2017 by Chiang et al. Ann. Rheum. Dis. 2023. 82. e47. doi: 10.1136/annrheumdis-2020-219536.
2. Vos T., Lim S.S., Abbafati C. et al. GBD 2019 Diseases and Injuries Collaborators. Global burden of 369 diseases and injuries in 204 countries and territories, 1990–2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. Lancet (London, England). 2020. 396. 1204-1222. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30925-9.
3. U.S. Food and Drug Administration. Osteoarthritis: structural endpoints for the development of drugs, devices, and biological products for treatment guidance for industry. Silver Spring, MD: Center for Drug Evaluation and Research (CDER). 2018. https://www.fda.gov/media/71132/download.
4. Olariu L., Dumitriu B., Buse E., Rosoiu N. Effect Of Alflutop Product On Some Extracellular Signaling Factors Involved In The Osteoarthicular Pathology Inflammation. Academy of Romanian Scientists. Annals Series on Biological Sciences. 2015. 4(2). 7-17.
5. Olariu L., Pyatigorskaya N., Dumitriu B. et al. In vitro chondro-restitutive capacity of Alflutop proved on chondrocytes cultures. Romanian Biotechnological Letters. 2016. 22(6). 12047-12053.
6. Olariu L., Dumitriu B., Ene D. et al. Alflutop modulates “in vitro” relevant mechanisms of osteoarthritic pathology. Annals Series on Biological Sciences. 2017. 6(1). 82-99.
7. Olariu L., Dumitriu B., Craciun L. et al. The In Vitro Influence of AF Pharmaceutically Active Small Sea Fish Extract on Apoptosis and Proliferation Mechanisms Amplified by Inflammatory Conditions. Farmacia. 2017. 66(3). 524-529. doi: 10.31925/farmacia.2018.3.19.
8. Buse E., Dumitriu B., Olariu L., Ene D., Bojinca M., Papacocea T. Cellular and molecular activity of a standar–dized small sea fish extract in an experimental model of primary human cartilage. Romanian Journal of Rheumatology. 2018. 27(1). 23-31. doi: 10.37897/RJR.2018.1.4
9. Golovach I., Rekalov D., Akimov O. et al. Molecular mechanisms and potential applications of chondroitin sulphate in managing post-traumatic osteoarthritis. Reumatologia. 2023. 61(5). 395-407. doi: 10.5114/reum/172211.
10. Алексеева Л.И., Таскина Е.А., Лила А.М. и др. Многоцентровое проспективное рандомизированное исследование эффективности и безопасности препарата Алфлутоп в альтернирующем режиме по сравнению со стандартным режимом. Сообщение 1: Оценка эффективности препарата при различных схемах применения. Современная ревматология. 2019. 13(3). 51-59.
11. Van de Wiele T., Van Praet J. T., Marzorati M., Drennan M., Elewaut D. How the microbiota shapes rheumatic diseases. Nature reviews. Rheumatology. 2016. 12(7). 398-411. doi: 10.1038/nrrheum.2016.85.
12. Hernandez C.J. The Microbiome and bone and joint disease. Curr. Rheumatol. Rep. 2017. 19(12). 77. doi: 10.1007/s11926-017-0705-1.
13. Alpizar-Rodriguez D., Lesker T.R., Gronow A. et al. Prevotella copri in individuals at risk for rheumatoid arthritis. Ann. Rheum. Dis. 2019. 78(5). 590-593. doi: 10.1136/annrheumdis-2018-214514.
14. Kishikawa T., Maeda Y., Nii T. et al. Metagenome-wide association study of gut microbiome revealed novel aetiology of rheumatoid arthritis in the Japanese population. Ann. Rheum. Dis. 2020. 79(1). 103-111. doi: 10.1136/annrheumdis-2019-215743.
15. Breban M., Tap J., Leboime A. et al. Faecal microbiota study reveals specific dysbiosis in spondyloarthritis. Ann. Rheum. Dis. 2017. 76(9). 1614-1622. doi: 10.1136/annrheumdis-2016-211064.
16. Yin J., Sternes P.R., Wang M. et al. Shotgun metagenomics reveals an enrichment of potentially cross-reactive bacterial epitopes in ankylosing spondylitis patients, as well as the effects of TNFi therapy upon microbiome composition. Ann. Rheum. Dis. 2020. 79(1). 132-140. doi: 10.1136/annrheumdis-2019-215763.
17. Tomofuji Y., Maeda Y., Oguro-Igashira E. et al. Metagenome-wide association study revealed disease-specific landscape of the gut microbiome of systemic lupus erythematosus in Japanese. Ann. Rheum. Dis. 2021. 80(12). 1575-1583. doi: 10.1136/annrheumdis-2021-220687.
18. Chen B.D., Jia X.M., Xu J.Y. et al. An autoimmunogenic and proinflammatory profile defined by the gut microbiota of patients with untreated systemic lupus erythematosus. Arthritis Rheumatol. 2021. 73(2). 232-243. doi: 10.1002/art.41511.
19. Huang Z., Chen J., Li B. et al. Faecal microbiota transplantation from metabolically compromised human donors accelerates osteoarthritis in mice. Ann. Rheum. Dis. 2020. 79(5). 646-656. doi: 10.1136/annrheumdis-2019-216471.
20. Wei J., Zhang C., Zhang Y. et al. Association between gut microbiota and symptomatic hand osteoarthritis: data from the Xiangya osteoarthritis study. Arthritis Rheumatol. 2021. 73(9). 1656-1662. doi: 10.1002/art.41729.
21. Головач І.Ю., Рекалов Д.Г. Остеоартрит та кишкова мікробіота: патогенетичне значення осі суглоб — кишечник — мікробіом. Біль. Суглоби. Хребет. 2022. 12(2). 72-80. doi: 10.22141/pjs.12.2.2022.332.
22. Головач І.Ю., Рекалов Д.Г., Костенко В.О. Перспективи застосування пробіотиків на основі спор бактерій роду Bacillus у комплексній терапії захворювань опорно-рухового апарату. Український ревматологічний журнал. 2022. 89–90 (3–4). 17-25. doi: 10.32471/rheumatology.2707-6970.89.17262.
23. Kuryata O., Akimov O., Denisenko S. et al. Chondroitin sulfate in osteoarthritis management among diabetic patients: molecular mechanisms and clinical potential. Romanian Journal of Diabetes Nutrition and Metabolic Diseases. 2023. 30(4). 481-493. doi: 10.46389/rjd-2023-1425.
24. Sengprasert P., Kamenkit O., Tanavalee A., Reantragoon R. The immunological facets of chondrocytes in osteoarthritis. J. Rheumatol. 2024. 51(1). 13-24. DOI: https://doi.org/10.3899/jrheum.2023-0816.
25. Li X., Han Y., Li G., Zhang Y., Wang J., Feng C. Role of Wnt signaling pathway in joint development and cartilage degeneration. Front. Cell. Dev. Biol. 2023 Jun 8. 11. 1181619. doi: 10.3389/fcell.2023.1181619.
26. Kostenko V., Akimov O., Gutnik O. et al. Modulation of redox-sensitive transcription factors with polyphenols as pathogenetically grounded approach in therapy of systemic inflammatory response. Heliyon. 2023. 9(5). e15551. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e15551.
27. Huang Z., Kraus V.B. Does lipopolysaccharide-mediated inflammation have a role in OA? Nature reviews. Rheumatology. 2016. 12(2). 123-129. doi: 10.1038/nrrheum.2015.158.
28. Huang Z.Y., Stabler T., Pei F.X. et al. Both systemic and local lipopolysaccharide (LPS) burden are associated with knee OA severity and inflammation. Osteoarthritis Cartilage. 2016. 24(10). 1769-1775. doi: 10.1016/j.joca.2016.05.008.
29. Korotkyi O.H., Vovk A.A., Galenova T.I. et al. Cytokine profile in knee cartilage of rats during monoiodoacetateinduced osteoarthritis and administration of probiotic. Biopolym. Cell. 2020. 36(1). 23-35. doi: 10.7124/bc.000A1E.
30. Amdekar S., Singh V., Kumar A., Sharma P., Singh R. Lactobacillus casei and Lactobacillus acidophilus regulate inflammatory pathway and improve antioxidant status in collagen-induced arthritic rats. J. Interferon Cytokine Res. 2013. 33(1). 1-8. doi: 10.1089/jir.2012.0034.
31. So J.S., Song M.K., Kwon H.K. et al. Lactobacillus casei enhances type II collagen/glucosamine-mediated suppression of inflammatory responses in experimental osteoarthritis. Life Sci. 2011. 88. 358-366. doi: 10.1016/j.lfs.2010.12.013.
32. Lei M., Guo C., Wang D., Zhang C., Hua L. The effect of probiotic Lactobacillus casei Shirota on knee osteoarthritis: a randomised double-blind, placebo-controlled clinical trial. Benef. Microbes. 2017. 8(5). 697-703. doi: 10.3920/BM2016.0207.
33. Taye I., Bradbury J., Grace S., Avila C. Probiotics for pain of osteoarthritis; an N-of-1 trial of individual effects. Complement Ther. Med. 2020. 54. 102548. doi: 10.1016/j.ctim.2020.102548.
34. Tang J., Song X., Zhao M., Chen H., Wang Y., Zhao B. et al. Oral administration of live combined Bacillus subtilis and Enterococcus faecium alleviates colonic oxidative stress and inflammation in osteoarthritic rats by impro–ving fecal microbiome metabolism and enhancing the colonic barrier. Front. Microbiol. 2022 Nov 10. 13. 1005842.
35. Rhayat L., Maresca M., Nicoletti C. et al. Effect of Bacillus subtilis Strains on Intestinal Barrier Function and Inflammatory Response. Front. Immunol. 2019. 10. 564. doi: 10.3389/fimmu.2019.00564.
36. Sojan J.M., Raman R., Muller M. et al. Probiotics Enhance Bone Growth and Rescue BMP Inhibition: New Transgenic Zebrafish Lines to Study Bone Health. Int. J. Mol. Sci. 2022. 23(9). 4748. doi: 10.3390/ijms23094748.
37. Zhang L., Yi H. An exopolysaccharide from Bacillus subtilis alleviates airway inflammatory responses via the –NF-κB and STAT6 pathways in asthmatic mice. Biosci. Rep. 2022. 42(1). BSR20212461. doi: 10.1042/BSR20212461.
