Variants of uric acid metabolism and their immune and microbiota accompaniments in patients with neuroendocrine-immune complex dysfunction

Background. Previously, we found a wide range of uric acid exchange parameters and functional relationships of uricemia and uricosuria with the parameters of immunity in healthy rats analyzed. We continued our research along the same lines in the clinical observation of patients, who came to the Truskavets' spa for the rehabilitation treatment. Relationships between uricemia and uricosuria, on the one hand, and immunity and microbiota parameters, on the other hand, have been identified. The purpose of this study is to further explore these relationships using the cluster and discriminant analyses. Material and Methods. The object of observation were 34 men and 10 women aged 24-70 years old, who came to the Truskavets' spa for the rehabilitation treatment of chronic pyelonephritis combined with cholecystitis in remission. The serum and daily urine levels of the uric acid by uricase method were determined. Immune status evaluated on a set of I and II levels recommended by the WHO. The condition of microbiota is evaluated on the results of sowing of feces and urine. Results. Cluster analysis revealed 4 variants of uric acid metabolism by deviating uricosuria and uricemia from the norm in Z-scores. In 34% of individuals, moderate hypouricosuria (0,97±0,11 Z) is combined with a lower borderline uricemia (-0,53±0,20 Z). In 25% of patients, lower-border uricemia (-0,70±0,22 Z) is accompanied by marked hyperuricosuria (+3,87±0,25 Z). In 24% of people, moderately elevated uricosuria (+1,26±0,14 Z) is combined with completely normal uricemia (+0,09±0,16 Z). Finally, in 17%, a similar level of uricosuria (+1,17±0,19 Z) is combined with marked hypouricemia (-1,89±0,14 Z). Discriminant analysis revealed 12 parameters of immunity and 5 parameters of microbiota, by which the clusters of uric acid metabolism are identified with 94,3 %% accuracy.

Conclusion. Endogenous uric acid has a modulating overall beneficial effect on a number of immune and microbiota parameters in both healthy rats and people with neuroendocrine-immune complex dysfunction on background of chronic inflammatory diseases. Keywords: Uricemia, Uricosuria, Immunity, Microbiota, Relationships, Humans.

ВАРІАНТИ МЕТАБОЛІЗМУ СЕЧОВОЇ КИСЛОТИ ТА ЇХ ІМУННІ Й МІКРОБІОТНІ ЗВ'ЯЗКИ У ПАЦІЄНТІВ З НЕЙРОЕНДОКРИННО-ІМУННОЮ КОМПЛЕКСНОЮ ДИСФУНКЦІЄЮ

Смаглій 1 В.С., Гоженко 1 A.L, Koрда 2 І.В., Бадюк 1 Н.С.,

Жуков 3 В.А., вбаснюк 4 M.M., Попович 1,4 І.Л.

Український НДІ медицини транспорту, Oдеса

2Національний медичний університет ім. І. Я. Горбачевського, Тєрнопіль

Університет Миколи Коперника, Toрунь, Польща

4Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ

Передумови. Раніше ми виявили широкий діапазон параметрів обміну сечової кислоти та проаналізували функціональні зв'язки урикемії і урикозурії з параметрами імунітету у здорових щурів. Ми продовжували наше дослідження за тими ж напрямками у клінічному спостереженні за пацієнтами, які прибували на курорт Трускавець на реабілітаційне лікування. Було виявлено зв'язки між урикемією та урикозурією, з одного боку, і імунітетом та параметрами мікробіоти, з іншого. Метою цього дослідження є подальше вивчення цих зв'язків за допомогою кластерного та дискримінантного аналізів. Матеріал та методи. Об'єктом спостереження були 34 чоловіки та 10 жінок у віці 24-70 років, які прибули на курорт Трускавець на реабілітаційне лікування хронічного пієлонефриту, поєднаного з холециститом, у стадії ремісії. Визначали рівень сечової кислоти в сироватці та добовій сечі уриказним методом. Імунний статус оцінювали за набором тестів I та II рівнів, рекомендованих ВООЗ. Стан мікробіоти оцінено за результатами посіву калу та сечі уніфікованими методами. Результати. Кластерний аналіз виявив 4 варіанти метаболізму сечової кислоти за відхиленнями урикозурії та урикемії від норми у Z-одиницях. У 34% осіб помірна гіпоурикозурія (-0,97±0,11 Z) поєднується з нижньопограничною урикемією (-0,53±0,20 Z). У 25% пацієнтів нижньо- погранична урикемія (-0,70±0,22 Z) супроводжується вираженою гіперурикозурією (+3,87±0,25 Z). У 24% людей помірно підвищена урикозурія (+1,26±0,14 Z) поєднується з цілком нормальною урикемією (+0,09±0,16 Z). Нарешті, у 17% осіб аналогічний рівень урикозурії (+1,17±0,19 Z) поєднується із вираженою гіпоурикемією (-1,89±0,14 Z). Дис- кримінантний аналіз виявив 12 параметрів імунітету та 5 параметрів мікробіоти, за сукупністю яких кластери метаболізму сечової кислоти ідентифікуються з точністю 94,3%. Висновок. Ендогенна сечова кислота чинить модулюючий загалом сприятливий вплив на ряд параметрів імунітету та мікробіоти як у здорових щурів, так і у людей з дисфункцією нейроендокринно-імунного комплексу на тлі хронічних запальних захворювань.

Ключові слова: урикемія, урикозурія, імунітет, мікробіота, кореляції, люди. rehabilitation pyelonephritis cholecystitis

ВАРИАНТЫ МЕТАБОЛИЗМА МОЧЕВОЙ КИСЛОТЫ И ИХ ИММУННЫЕ И МИКРОБИОТНЫЕ СВЯЗИ У ПАЦИЕНТОВ С НЕЙРОЭНДОКРИННО-ИММУННОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ДИСФУНКЦИЕЙ

Смаглий 1 В.С., Гоженко 1 A.И., Koрда 2 И.В., Бадюк 1 Н.С.,

Жуков 3 В.А., вбаснюк 4 M.M., Попович 1,4 И.Л.

Украинский НИИ медицины транспорта, Oдесса

2Национальный медицинский университет им. И.Я. Горбачевского,

Teрнополь

3Университет Николая Коперника, Toрунь, Польша

4Институт физиологии им. А.А. Богомольца НАН Украины, Киев

Предпосылки. Ранее мы выявили широкий диапазон параметров обмена мочевой кислоты и проанализировали функциональные связи урикемии и урикозурии с параметрами иммунитета у здоровых крыс. Мы продолжили наши исследования в том же направлении в клинических исследованиях за пациентами, которые прибывали на курорт Трускавец для реабилитационного лечения. Были выявлены связи между урикемией и урикозурией, с одной стороны, и иммунитетом и параметрами микробиоты, с другой. Целью исследования было дальнейшее изучение этих связей с использованием кластерного и дискриминантного анализов. Материал и методы. Объектом наблюдения были 34 мужчины и 10 женщин в возрасте 24-70 лет, которые прибыли на курорт Трускавец для реабилитационного лечения хронического пиелонефрита в сочетании с холециститом, в стадии ремиссии. Определили уровень мочевой кислоты в сиворотке и суточной моче уриказным методом. Иммунный статус оценивали наборами тестов I и II уровней, рекомендованных ВОЗ. Состояние микробиоты оценили по результатам посева кала и мочи унифицированными методами. Результаты. По результатам кластерного анализа выявили 4 варианта метаболизма мочевой кислоты по отклонениям урикозурии и урикемии от нормы в Z-единицах. У 34% пациентов умеренная гипоурикозурия (-0,97±0,11 Z) сочетается с нижнепограничной урикемией (-0,53±0,20 Z). У 25% пациентов нижнепограничная урикемия (-0,70±0,22 Z) сопровождается выраженной гиперурикозурией (+3,87±0,25 Z). У 24% людей умеренно подвышена урикозурия (+1,26±0,14 Z) сочетается с вполне нормальной урикемией (+0,09±0,16 Z). Наконец, у 17% пациентов аналогичный уровень урикозурии (+1,17±0,19 Z) сочетается с выраженной гипоурикемией (-1,89±0,14 Z). Дискриминантный анализ выявил 12 параметров иммунитета и 5 параметров микробиоты, по совокупности которых кластеры метаболизма мочевой кислоты идентифицируются с точностью 94,3%. Вывод. Эндогенная мочевая кислота оказывает модулирующее в целом благоприятное влияние на ряд параметров иммунитета и микробиоты как у здоровых крыс, так и у людей с дисфункцией нейроэндокринно-иммунного комплекса на фоне хронических воспалительных заболеваний.

Ключевые слова: урикемия, урикозурия, иммунитет, микробиота, корреляции, люди.

Introduction

Previously, we found a wide range of uric acid metabolism parameters grouped into four clusters [5] and functional relationships of uricemia and uricosuria with the parameters of immunity in female rats analyzed [6,7]. We continued our research along the same lines in the clinical observation of patients, who came to the Truskavets' spa for the rehabilitation treatment. The canonical correlation analysis revealed that raw urice- mia determines by 28% nine parameters of immunity (relative blood content of pan-lymphocytes and their CD4+-, CD56+-, 0-populations, relative content of polymorphonuclear neutrophils, intensity and completeness of their phagocytosis Staph. aureus and their bactericidal capacity, saliva content of IgG) as well as bacteriuria and content in E. coli feces. Uricemia, normalized by sex and age, determines by 25% another constellation of immunity parameters (relative CD8+ Т-lym- phocytes content, CIC, E. coli phagocytosis intensity and completeness, Staph. aureus phagocytosis activity and completeness) as well as content in E. coli feces with impaired enzymatic activity and Klebsiela&Proteus. Instead, uricosuria determines only four parameters of immunity and only by 11,5% [8].

The purpose of this study is to further explore the relationship between uric acid metabolism and immunity parameters, as well as microbiota parameters, which in turn are closely linked to immunity [23].

Material and methods

The object of observation were 34 men and 10 women aged 24-70 years old, with neuroendocrine-immune complex dysfunction on the background of chronic pyelonephritis combined with cholecystitis in remission, documented in a previous study [18,19]. The survey was conducted twice, before and after ten-day balneotherapy (drinking Naftussya bioactive water three times a day, ozokerite applications, mineral baths every other day) [10].

The serum and daily urine levels of the Uric acid by uricase method were determined. The analyzes were carried out according to the instructions described in the manual [4]. The analyzers "Pointe-180" ("Scientific", USA) were used with appropriate sets.

In portion of capillary blood we counted up Leukocytogram (LCG) (Eosinophils, Stub and Segmentonucleary Neutrophils, Lymphocytes and Monocytes) and calculated two variants of Adaptation Index as well as two variants of Strain Index by IL Popovych [2,16].

Strain Index-1 = [(Eo/3,5-1)2 + (SN/3,5-1)2 + (Mon/5,5-1)2 + (Leu/6-1)2]/4 Strain Index-2 = [(Eo/2,75-1)2 + (SN/4,25- 1)2 + (Mon/6-1)2 + (Leu/5-1)2]/4

Immune status evaluated on a set of I and II levels recommended by the WHO as described in the manuals [11,14]. For phe- notyping subpopulations of lymphocytes used the methods of rosette formation with sheep erythrocytes on which adsorbed monoclonal antibodies against receptors CD3, CD4, CD8, CD22 and CD56 from company "Granum" (Kharkiv) with visualization under light microscope with immersion system. Subpopulation of T cells with receptors high affinity determined by test of "active" rosette formation. The state of humoral immunity judged by the concentration in serum circulating immune complexes (by polyethylene glycol precipitation method) and Immunoglobulins classes M, G, A (ELISA analyser "Im- munochem", USA). In addition, the saliva level of secretory IgA, IgA and IgG was determined as well as lysozime (by bacteriolysis of Micrococcus lysodeikticus).

We calculated also the Entropy (h) of Immunocytogram (ICG) and Leukocytogram (LCG) using formulas [17,20,24], adapted from classical CE Shannon's formula [22]:

hICG= - [CD44og2 CD4 + CD8-log2 CD8 + CD22 4og2 CD22 + CD56-log2 CD56]/log2 4hLCG= - [L4og2 L + M4og2 M + E4og2 E + SNN 4og2 SNN + StubN * log2 StubN]/log2 5

Parameters of phagocytic function of neutrophils estimated as described by SD Douglas and PG Quie [3] with moderately modification by MM Kovbasnyuk [13,21]. The objects of phagocytosis served daily cultures of Staphylococcus aureus (ATCC N 25423 F49) as typical specimen for Grampositive Bacteria and Escherichia coli (O55 K59) as typical representative of Gram-negative Bacteria. Both cultures obtained from Laboratory of Hydro-Geological Regime- Operational Station JSC "Truskavets'kurort". Take into account the following parameters of Phagocytosis: activity (percentage of neutrophils, in which found microbes - Hamburger's Phagocytic Index PhI), intensity (number of microbes absorbed one phagocytes - Microbial Count MC or Right's Index) and completeness (percentage of dead microbes - Killing Index KI). On the basis of the recorded partial parameters of Phagocytosis, taking into account the Neutrophils (N) content of 1 L blood, we calculated the integral parameter - Bactericidal Capacity of Neutrophils (BCCN) by the formula [10]: BCCN (109 Bact/L) = N (109/L)-Phi (%)-MC (Bact/Phag) KI (%)-10-4

In addition, the blood level of cytokines IL-1, IL-6 and TNF-б was determined (by the ELISA with the use of analyzer "RT-2100C" and corresponding sets of reagents from "Diactone", France). The condition of Microbiota is evaluated on the results of sowing of feces and urine.

Norms are borrowed from the Instructions and Database of the Truskavets' Scientific School of Balneology.

Results processed by methods of cluster [1] and discriminant [12] analyses, using the software package "Statistica 5.5".

Results and Discussion

Preliminary examination revealed a prompted us to re-apply cluster analysis (k- mean clustering method [1]).

Table 1