益生菌對重症感染性肺炎患兒血糖的穩定作用及其機制研究

王玉，楊中文，史長松，張豫華，高麗

鄭州大學人民醫院

河南省人民醫院

目的：探討益生菌對重症感染性肺炎患兒血糖水平的調節及作用機制。

方法：前瞻性納入重症感染性肺炎患兒80例，隨機分為兩組，對照組給予常規治療，治療組採用常規治療加用益生菌。兩組患兒分別於入組當天和治療第8天監測血糖濃度，並測定血漿硫化氫、D-乳酸以及糞便短鏈脂肪酸（乙酸、丙酸、正丁酸）水平，同時觀察兩組患兒的血糖變化、波動情況和結局，並進行分析。

結果：兩組患兒入組當天的各項指標均無顯著差異（P＞0.05）。治療第8天時，治療組患兒血漿硫化氫濃度和糞便中乙酸、正丁酸水平明顯高於對照組（P＜0.05）；同時，治療組患兒血漿D-乳酸濃度也較對照組明顯降低（P＜0.05）。治療第8天，治療組患兒的血糖水平和高波動比例顯著低於對照組（32.5%，P＜0.05）。治療組患兒的臨床治癒率也明顯高於對照組。而且血糖濃度與硫化氫、乙酸水平呈明顯負相關，與D-乳酸濃度呈顯著正相關（P＜0.05）。

結論：重症感染性肺炎患兒應用益生菌可調整腸道菌群結構，加強腸道屏障功能，增加血漿硫化氫的濃度，調節和穩定血糖水平，並改善臨床結局。

原文參見：腸外與腸內營養. 2017;24(3):159-163.

20世紀90年代以來，多項臨床研究發現，應激性高血糖不僅是成人外科、內科，同時也是兒科重症患者中常見的病理生理紊亂，其可對臨床結局造成嚴重的不良影響，包括增加病死率、器官功能障礙患病風險等【1】。

硫化氫是繼一氧化氮和一氧化碳之後被發現的第三個氣體信號分子，生理水平的硫化氫具有多種功能，與心血管系統疾病密切相關【2】。最近的研究表明，硫化氫對胰島B細胞也具有顯著的保護作用【3】。人體血清硫化氫主要是由腸道厭氧菌對腸腔內含硫氨基酸、硫酸鹽等物質發酵而成。重症患者往往由於疾病和藥物的影響，存在不同程度的菌群紊亂，繼而導致硫化氫水平下降。而口服益生菌可以為人體提供豐富的有益厭氧菌，由此推測，在兒科重症患者中給予益生菌可能有助於提高血清硫化氫水平，調節胰島素分泌，從而起到穩定血糖的作用。此外，補充益生菌還可促進厭氧有益菌分解產生更多的乙酸、丙酸和正丁酸等短鏈脂肪酸（SCFA），並減少D-乳酸的生成，增強腸道屏障功能，減輕炎性反應和胰島素抵抗【4-5】，從另一方面起著穩定血糖的作用。我們以重症感染性肺炎患兒為對象，觀察益生菌治療後血糖、糞便SCFA和血漿硫化氫濃度的變化，研究益生菌在調節重症患兒糖代謝過程中的意義。

1資料和方法

1.1一般資料：選取2014年1月至2015年4月在我院兒童重症醫學科住院的80例重症肺炎患兒，其中男46例，女34例，年齡為1～5歲。入選標準：具有肺炎的癥狀和體征，胸部X線征陽性，伴有氣急、三凹征，不吸氧狀態下血氧飽和度＜92%，或存在I型、Ⅱ型呼吸衰竭，臨床證實或懷疑由感染引起【6-7】。剔除標準：吸入、中毒、溺水和呼吸機相關性肺炎等其他非感染因素引起的肺炎者；先天性心臟病及其他先天畸形，免疫缺陷性疾病和先天性遺傳代謝性疾病的患兒；有糖尿病史，HbA1c＞7.0%者；使用腸外營養、禁食、應用激素和胰島素等的患兒。記錄每例入選患兒的年齡、性別、入住PICU的診斷和兒童重症評分【8】、肺損傷評分【9】等。按照信封法將80例患兒隨機分為兩組，一組為對照組給予常規治療；另一組為治療組，除常規治療外，加用益生菌口服或鼻飼。常規治療包括抗感染和支持對症處理，抗生素均採用三代頭孢類藥物，100～150mg/d，分2～3次應用。所有患兒均為按需餵養，統一的配方奶粉，每隔2～3h一次。除益生菌之外，未服用其他任何食品和藥物。益生菌製劑採用雙歧桿菌四聯活菌口服片劑（0.5g/片），每次1片，3次/d。其中包含嬰兒雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和糞腸球菌分別不低於0.5×106CFU，蠟樣芽孢桿菌不低於0.5×105CFU。本研究符合醫學倫理學標準，並經醫院倫理委員會批准（2015倫審第29號）。所有治療均獲得患兒家長的同意，並簽署知情同意書。

1.2標本採集與處理：患兒於入組當天和治療第8天每4h（從晨起8：00開始，間隔4h監測1次）採用血糖儀監測一次末梢血糖。目標血糖值為4.0～10.0mmol/L。記錄監測的血糖值，計算血糖值的平均值和標準差（SDBG），將SDBG≥血糖平均值定義為高波動組，SDBG＜血糖平均值定義為低波動組【10】。分別於入組前、治療第8天抽取所有患兒的靜脈血1ml，立即離心分離，分裝置於-20℃冰箱冷藏待測。所有患兒分別於入組前和治療第8天留取糞便10～20g，24h內送至實驗室，取50～100mg糞便樣本，按照重量∶容積（g/ml）=1∶49的比例加入萃取液，充分振蕩混勻後取2ml勻漿離心（10000×g）5min，取上清液-20℃凍存備用，統一檢測。記錄每例患兒的臨床轉歸。

1.3檢測方法：腸道細菌代謝產物（乙酸、丙酸、正丁酸）的檢測：按照糞便SCFA試劑盒說明，採用雙抗體夾心法進行檢測。採用雙抗體夾心酶聯免疫吸附法（ELISA）檢測血漿中硫化氫濃度。採用Murray等【11】報道的方法測定D-乳酸水平。

1.4統計學方法：採用STATA8.0軟體進行數據統計和分析，計量資料以x±s表示，樣本均數的比較採用t檢驗，兩樣本率之間的比較採用卡方檢驗。P≤0.05為差異有顯著統計學意義。

2結果

2.1一般資料：所有入選患兒的年齡、性別、兒童重症評分、肺損傷評分和血糖比較均無顯著差異性（P＞0.05），見表1。

表1入組時兩組患兒的一般資料

2.2血糖水平：兩組患兒治療第8天血糖水平和高波動比例均較入組當天明顯下降，其中治療組明顯優於對照組，兩組間比較差異有顯著統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2兩組患兒治療前後血糖水平的變化

與對照組比，*P＜0.05

2.3糞便SCFA：治療第8天時，治療組患兒糞便中乙酸、丙酸和正丁酸水平均高於對照組，其中乙酸和正丁酸水平與對照組比差異有顯著統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3兩組患兒治療前後糞便SCFA的變化（μmol/g）

與對照組比，*P＜0.05

2.4血漿硫化氫和D-乳酸水平：入組當天時，治療組患兒血漿硫化氫和D-乳酸水平與對照組相近。但至治療第8天時，治療組患兒血漿硫化氫水平較對照組明顯上升，而D-乳酸含量明顯下降，兩組間比較差異有顯著統計學意義（P＜0.05），見表4。

表4兩組患兒治療前後血漿硫化氫和D-乳酸水平的比較（x±s）

與對照組比，*P＜0.05

2.5血糖濃度與其他指標的相關性分析：治療第8天，治療組患兒的血糖濃度與血漿硫化氫和乙酸水平呈顯著的負相關性，而與D-乳酸水平呈顯著的正相關性（P＜0.05），見表5。

表5治療組患兒血糖水平與其他指標的相關性

2.6結局：兩組患兒各有1例死亡，分別為ARDS和多器官功能障礙。治療組患兒的臨床治癒率為95%（38/40），對照組為80%（32/40），兩者相比治療組明顯優於對照組（P=0.043）。

3討論

對重症患者，血糖無論是過高或過低，還是不恰當的營養療法，都將導致患者的病死率增加，並使感染、器官功能障礙等併發症的風險上升。雖然可以通過人工監測和經驗性使用胰島素調節血糖，但在臨床上卻很難達到穩定血糖的目的。同時，胰島素對血糖的調控作用具有時滯效應，即使經靜脈泵入胰島素時，胰島素與血糖也並非呈線性對應關係。隨著ICU血糖控制目標的嚴格化，相當一部分患者接受胰島素治療後出現低血糖，這更加劇了上述問題的複雜性【12】。

益生菌作為腸道菌群的有益補充，除了可調節並維護正常菌群結構和微生態環境外，並可對三大營養物質的代謝發揮不可低估的作用。已有多項研究表明，糖尿病患者腸道菌群存在不同程度的比例失衡，益生菌在調節腸道對糖的吸收、胰島素的分泌和胰島素受體的敏感性均有改善，而服用益生菌後對控制血糖有良好的輔助作用【13-14】。重症感染性肺炎是兒科重症中的常見病和多發病，其中血糖問題也很突出。我們發現，在重症感染性肺炎患兒中應用益生菌後，血糖波動顯著降低，患兒的血糖水平得到較好地控制和穩定。這說明益生菌不僅對普通糖尿病患者，對重症患兒同樣可在不影響腸道餵養的同時，通過作用於腸道對糖代謝產生重要的影響，具有優於胰島素的不可替代的特殊效果。

硫化氫作為一種內生性生理調節劑，在心血管、神經和免疫系統中具有重要影響。近年來研究發現，硫化氫與糖代謝關係密切，尤其在糖尿病時機體循環中的硫化氫水平往往會降低，可對胰島B細胞產生多種作用。Kaneko等【15】發現，外源性硫化氫供體L-半胱氨酸或硫氫化鈉與人胰島B細胞體外培養後，可通過增加谷胱甘肽上調硫化氫水平，抑制胰島B細胞凋亡。此外，硫化氫還可通過調節胰島素受體（IR）介導的信號通路，增加胰島素的敏感性、減輕胰島素抵抗，改善糖代謝【16】。IR是酪氨酸激酶受體，內源性硫化氫可促進胰島素受體磷酸化，進而與磷酸肌醇-3激酶（PI3K）結合，進一步激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（Akt），增強組織細胞對葡萄糖的攝取和利用。而通過藥理學等方法補充糖尿病模型動物體內硫化氫水平可緩解糖尿病及其併發症的發生和發展，如緩解血管內皮功能障礙，保護心臟缺血-再灌注損傷以及促進糖尿病患者傷口癒合【17】。

對人體而言，內源性的硫化氫可由腸道厭氧益生菌對腸腔內含硫氨基酸、硫酸鹽等物質發酵而成。此外，如雙歧桿菌等厭氧菌還可分解腸道內的低聚糖等成分，產生醋酸、丙戊酸和丁酸等一些SCFA，這些物質能夠調節腸道pH值，促進腸蠕動，營養結腸上皮細胞，是腸道菌群代謝產物中主要的標誌物之一，並可間接地反映出腸道菌群結構的變化情況【18】。在重症感染性肺炎患兒中，由於他們年齡小，尚未建立起成熟的腸道微生態系統，再加上疾病本身和抗生素治療的影響，使腸道菌群紊亂現象更為突出，從而嚴重干擾了正常硫化氫的生成。而補充益生菌後能夠大大增加厭氧菌的數量，促進硫化氫的生成，維持其正常的生理水平，從而對血糖進行調節。本研究結果也顯示，治療組患兒血漿硫化氫濃度明顯增加，而血糖水平顯著下降，波動性減小。同時，該組患兒糞便中的乙酸和丁酸含量顯著上升，血糖與血漿硫化氫濃度和糞便中的乙酸水平存在顯著的正相關，提示在重症患兒中，服用益生菌後腸道菌群比例得到改善，硫化氫水平上升，其生理功能得以維持，繼而控制血糖濃度。

本研究結果還顯示，治療組患兒不僅糞便中的SCFA含量明顯改變，而且伴有血漿D-乳酸水平明顯下降。D-乳酸作為腸道固有細菌的代謝產物，正常情況下很少被吸收，而且哺乳動物不產生D-乳酸，體內也無降解的酶系統，D-乳酸進入體內不參與代謝反應。因此，血清D-乳酸水平的上升可反映細菌或其代謝產物進入循環的量增多，並動態反映腸黏膜通透性的變化【19】。本研究結果進一步證實，服用益生菌後患兒腸道菌群結構得到改善，腸屏障功能隨之好轉，內毒素從腸道進入體內的數量減少，從而為疾病恢復創造了良好的內部環境，最終改善了患兒的臨床結局。而一些常見的內毒素如脂多糖等，來自革蘭陰性菌的細胞壁，屬病原相關分子模式的一種，在體內可引發強烈的炎性反應。對重症感染性肺炎等重症患者，腸道內有害致病菌的比例上升，加之腸道屏障功能下降，必將造成脂多糖等細菌產物外漏和細菌本身移位，形成內毒素血症，繼而導致胰腺發生慢性炎性反應和胰島素抵抗【20-21】，從而引起血糖波動。

兒童重症患者與成人不同，原發性糖尿病患者所佔比例極少，血糖異常除受應激反應影響外，還與胰島素的調節密切相關【22】。所以，補充益生菌可通過調節腸道菌群，減輕腸源性炎性反應，保護胰島B細胞功能，改善胰島素抵抗，從根本上控制糖代謝的主要環節，維持相關多因素的平衡，而不是單純依靠外界輸注胰島素治療，避免血糖大幅度波動，最終使患者獲益【23】。Madden等【24】研究指出，外源性益生菌雖不能在腸道內永遠定植，但也足以發揮其作用，如降低腸道內pH值、改變腸道黏膜通透性、中和毒素、促進營養素的吸收代謝、調節影響腸道微生態環境的生物化學活性物質等。

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