Первые эксперементальные доказательства эффективности D-маннозы и D-глюкозы in vivo при инфекциях, вызванных E. Coli с маннозачувствительными адгезинами относятся к 1983 году, они были получены в результате испытаний на взрослых самцах крыс Спрег-Доули, подвергнутых клеточной инокуляции и промыванию мочевого пузыря раствором с d-маннозой. Им были привиты 10^5, 10^7 или 10^8 клеток E. Coli, после чего, внутрипузырно были введены 5% или 10% растворы D-маннозы или D-глюкозы, затем образец мочи брали и анализировали на первый, третий, пятый, седьмой и девятый день после лечения. Уровень бактериурии в первый и на пятый день был значительно ниже, по сравнению с контрольной группой, у крыс, инокулированых клетками E.coli в количестве 10^5 и обработанных 10% раствором D-маннозы, а процент крыс с бактериурией <100 бактерий /мл был выше в первый и на третий день.
Бактериурия была значительно ниже по сравнению с контрольной группой на 5 и 7 день, даже у крыс, инокулированных патогенными бактериальными клетками в количестве 10^7 и обработанных 10% D-маннозой. Полученные результаты впервые показали, что D-манноза и D-глюкоза, введенные внутрипузырно могут значительно снизить бактериурию в течение одного дня и что их эффективность зависит от концентрации бактериального инокулянта и моносахаридов (Michaels EK et al., 1983). Однако, учитывая высокую способность организма метаболизировать глюкозу для получения энергии, D-манноза оказалась оптимальным выбором благодаря сложности, с которой наш организм метаболизирует D-маннозу и ее низкое влияние на гликемию (Sharma V., et al. 2014).
Стратегия введения D-маннозы или ее производных, таких как маннозиды, позволяет исключить селекцию устойчивых штаммов. Впоследствии этот моносахарид также изучался в других исследованиях с использованием лабораторных мышей. Эффекты, которые были выявлены, сравнимы со стандартной антибиотикотерапией, проводимой при помощи ципрофлоксацина. (Цзян X. и др., 2012).
Сравнительно недавно были проведены контролируемые клинические испытания на людях для проверки эффективности порошка D-маннозы для предотвращения рецидивов ИМП. Пациенты были разделены на 2 группы. В течение 6-месячного периода приема одна группа получала порошок D-маннозы, а другая нитрофурантоин. Частота рецидивов ИМП была значительно ниже у пациентов, принимавших D-маннозу. (Kranjčec B. et al., 2013).
В 2014 году были проведено исследование, которое показало значительное снижение частоты рецидивирующих ИМП у пациентов, принимавших d-маннозу: в течение 24 недель одна группа принимала по 1 гр маннозы вместе с 250 мг бикарбоната натрия (для понижения кислотности мочи) два раза в день, а другая группа пациентов подверглась стандартной, целенаправленной и повторяющейся антибиотикотерапии. D-манноза, в отличие от антибиотиков, может использоваться для профилактики острых и рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей (ИМП). (Porru D. et al., 2014).
“Может ли D-манноза представлять собой реальную терапевтическую альтернативу, как для профилактики ИМП, так и поддержания результатов?” Ответ на этот вопрос очевиден
Факты о d-маннозе:
1. D-манноза это альдегидный моносахарид с низким молекулярным весом.
2. D-Манноза не метаболизируется в организме. Попадая в мочевой пузырь, начинает незамедлительно блокировать адгезивную активность патогеннных бактерий.
3. Идея использования D-маннозы при рецидивирующих инфекциях мочевыводящих путей возникла из-за открытия, сделанного Пак Дж.и его коллегами в 2001 году: в моче у многих женщин страдающих циститом, имелся в недостаточном количестве или отсутствовал гликопротеин Тамма – Хорсфолла известный также как уромодулин, гликозилированный белок, с присоединёнными остатками D-маннозы. Этот белок производится почками и поступает в мочу. Гликопротеин Тамма -Хорсфолла был широко изучен, исследовтели отмечали, что он играет защитную роль против патогенных микроорганизмов, которые прикрепляются и инфицируют мочевыводящие пути. Он имеет функцию растворимого рецептора, так как связывается с чувствительными к D-маннозе лектинами E. Coli и других потенциально патогенных бактерий, чьи фимбрии чувствительны к d-маннозе, препятствуя их прилипанию к стенкам мочевого пузыря и облегчая их устранение с потоком мочи. Лабораторные исследования, проведенные на мышах, которые были лишены этого белка показали, что они гораздо более восприимчивы к инфекциям мочевыводящих путей, вызванным микроорганизмами с лектинами 1 типа (т.е чувствительными к d-маннозе), а мыши, которые имели нормальное количество этого белка в моче, страдали такими инфекциями гораздо меньше (Pak J. et al., 2001).
4. Белок уромодулин необходим для защиты организма; исследование позволило классифицировать его как важную молекулу, являющуюся частью врожденного, конститутивного иммунитета, он играет роль защитника от чувствительных к d-маннозе бактериальных штаммов и уропатогенов.
5. Механизм действия, лежащий в основе антиинфекционной активности D-маннозы, был точно описан в литературе в последующих исследованиях. Он представлен как конкурентное замедление бактериальной адгезии, аналогичной действию уромодулина, в частности в отношении E.coli и других патогенных бактерий, чувствительных к d-маннозе, учитывая однако, что E.coli по-прежнему остаётся основным этиологическим агентом ответственным за 85% амбулаторных урогинекологических инфекций и 50% больничных (Mittal S. et al., 2014). Этот микроорганизм, подобный многим другим патогенным грамотрицательным бактериям, характеризуется наличием нитчатых отростков называемых фимбриями, на концах которых присутствуют адгезины, молекулы с высоким сродством с D –маннозой, основным компонентом глюкозных остатков или сахаристых гликопротеинов клеточной поверхности. Эти сложные структуры с высокой рецепторной специфичностью дают бактериям способность прикрепляться к эпителиальным клеткам и колонизировать ткани.
6. D-манноза высокого качества обычно добывается путём ферментации древесины лиственницы или берёзы.
7.D-манноза часто составляет сложную структуру многих других растительных полимеров, полисахаридов и участвует в гликозировании некоторых белков.
8. D-манноза обычно принимается перорально в мономерной форме.
9. D-манноза иногда сочетается с другими ингредиентами.
10. D-манноза широко принята медицинским сообществом, поскольку имеет высокую степень безопасности и переносимости.
11. D-манноза при попадании в организм плохо всасывается его клетками и в значительной степени устраняется неметаболизированным через фекалии и мочу.
12. Первоначально считалось, что D -манноза, присутствующая в клеточных олигосахаридах может выделяться из глюкозы в плазме крови под действием фермента фосфоманнозоизомеразы. Недавнее открытие того, что в клетках млекопитающих существуют маннозоспецифические рецепторы показало, что даже часть принятой маннозы, несмотря на то, что в организме её концентрация меньше в 100 раз, чем глюкозы, может активно переноситься на межклеточный уровень, чтобы способствовать синтезу олиглсахаридов присутствующих в доменах белка и поверхностных рецепторных системах.
13. Ежедневный приём D- маннозы, даже здоровыми людьми и животными может оказаться очень важным, потому что большая часть D-маннозы для синтеза клеточных гликопротеинов происходит именно из внеклеточной D-маннозы. Действительно, одной из основных физиологических функций D-маннозы, когда она соединяется с полисахаридами и белками в непосредственной близости со слизистой оболочкой и уротелием, является защита слизистой оболочки.
14. D-манноза часто определяется как «биоидентичная» молекула, так как физиологически присутствует в организме млекопитающих, где играет важную роль, особенно в гликозировании некоторых белков и липидов, в усложненной форме гликозаминогликанов (ГАГ), обычно присутствующих на поверхности клеток здоровой слизистой оболочки (Panneerselvam K. et al., 1997).
15. D-манноза имеет химическую структуру состоящую из 6 атомов углерода и пяти свободных гидроксильных групп (OH) с большой вероятностью формирования водородных мостиков (слабая связь) по крайней мере с пятью молекулами воды. Эта химическая структура, особенно если она присутствует в сложных и ветвистых структурах гликозаминогликанов, помогает доставить влагу к здоровой слизистой оболочке, также гарантирует её укрепление и защиту. Поверхностное действие молекул D-маннозы означает, что распознавание является одной из основных целей и способствует адгезии основных уропатогенных бактерий с чуствительными к d-маннозе пилями (адгезинами), в частности, грамотрицательных, способных вызвать инфекцию. Учитывая вышесказанное, внимание которое уделили микробиологи и клиницисты в последние годы использованию антиадгезивных веществ и, в частности, D-маннозе в качестве терапевтической альтернативы общей и широко используемой антибактериальной терапии, в случаях инфекций мочевыводящих путей, привели к гипотезе о её роли в препятствии бактериальной адгезии к уротелию, которая является первой стадией инфекционного процесса.
16. На поверхности уропатогенных бактериальных клеток различают два типа пилей (фимбрий), в зависимости от способности их адгензинов, специфических поверхностных белков, прикрепляться к моллекулам d-маннозы. Первый тип – чувствителен к d-маннозе, Р-тип – резистентный. Пили Р-типа встречаются намного реже. Маннозачувствительные адгезины присутствуют на поверхности многих уропатогенных бактериальных штаммов, ответственных за инфекции мочевыводящих путей, такие как цистит (Ofek I. et al., 2003).
Пили (фимбрии) 1 типа имеются у более чем 90% штаммов E. Coli, они необходимы для прикрепления к клеткам мочевого пузыря и вагинального эпителия и считаются важными факторами вирулентности, основными для образования внутриклеточных бактериальных сообществ Intra-Cellular Bacterial Communities (IBCs), а так же для дифференцировки в персистирующие клетки, которые превращают урогинекологические инфекции в хронические. Персистирующие клетки – это бактериальные клетки с низкой метаболической активностью, они еще чувствительны к антибиотикам, но труднодосягаемы для них и иммунной системы, поскольку находятся в самых глубоких слоях бактериальной биоплёнки (Lewis K., 2010; Graziottin A. et al., 2014).
О связывании пилей 1 типа с олигосахаридами и, в частности, с остатками D-маннозы, присутствующими на поверхности эпителиальных клеток мочевого пузыря и вагины (Sharon N, 2006) известно уже более десятка лет и представляет собой первый шаг бактериальной колонизации определенной ткани. Поскольку D-манноза имеет структуру, очень похожую на участок связывания рецепторов клеточных гликопротеинов, она действует как конкурент, препятствующий бактериальной адгезии, когда это вещество присутствует в достаточной концентрации в моче (Michaels E. K. et al., 1983; G and Sobel JD 1987; Wellens A et al., 2008; Abgottspon D et al., 2010; Cusumano CK et al., 2011). Фактически D-манноза считается «мимотопом» глюкозных остатков рецепторов клеточных гликопротеинов и «обманывает» бактерии с чувствительными к D-маннозе фимбриями, нейтрализуя их и выступая в качестве конкурентного препятствия их адгезии к клеткам уротелия (Michaels EK et al., 1983).
Хотя E.coli считается основным этиологическим агентом рецидивирующих ИМП, а между молекулами D-маннозы и адгезинами E.coli существует высокая совместимость, было также продемонстрирована in vivo совместимость со многими другими бактериями, которые оснащены фимбриями, такими как Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae, Enterococcus e Proteus (Porru D. et al., 2014).
Таким образом, D-манноза действует в трёх напрвлениях:
- предотвращает адгезию E. Coli и других уропатогенных бактерий с рецепторами клеток мочевого пузыря и слизистой оболочки влагалища, даже когда бактериальные клетки высвобождаются из зрелой биоплёнки;
- облегчает отделение и последующее устранение бактерий E. Coli, локализированных вблизи мочевого пузыря и уретры с нормальным потоком мочи, механически;
- способствует регенерации слоя гликозаминогликанов, присутствующих на слизистых оболочках, поврежденных бактериальными атаками, укоренившимися с течением времени, что обеспечивает защиту от последующих бактериальных поражений.