Determination of the endotoxin aggression etiology as a prospect for improving the effectiveness of the treatment-and-prophylactic process

Abstract

A third of a century ago, an assumption about the ability of intestinal microflora and stress to induce systemic inflammation, contrary to the fundamental postulates of general pathology, was made. Verification of this very bold assumption for that period of time, required the creation of a new methodological basis for studying the role of intestinal endotoxin (lipopolysaccharide) in human biology, which was successfully carried out by Russian scientists. The use of therapeutic agents to normalize the integral indicators of systemic endotoxinemia in the treatment regimen of a wide variety of diseases, including enterosorbents, choleretics, LPS filters, immune drugs, and other medications and procedures, has significantly increased the effectiveness of the treatment. The validity of the endotoxin theory of human physiology and pathology was also confirmed by the Nobel achievements of foreign colleagues (nomination — 2008, prize — 2011). They discovered the receptors of innate immunity, which made it possible to qualify LPS as an “exohormone of adaptation”, since TLR4 is the central receptor for regulating the activity level of the immune and other adaptive systems of the body. One of the reasons for the increase in the LPS concentration in the general bloodstream (what leads to the induction of systemic inflammation) may be the overgrowth of certain gram-negative bacteria that are part of the intestinal microbiota. Verification of these bacteria was first carried out by Ruaasian scientists and it is presented in this review. Determinating of the etiology of endotoxin aggression is a basic element in creating a new direction in nutrition and pharmaceuticals. The search for selective inhibition methods of excessive bacterial growth and the creation of medicines, food supplements and/or an individual diets based on them in the future is an important scientific task, the solution of which can significantly increase the effectiveness of treatment-and-prophylactic process and optimize material costs in the healthcare system.

Keywords

endotoxin aggression / etiology / inflammation / selective enterosorption

References

[1] Yakovlev MYu. The role of intestinal microbiota and insufficient barrier function of the liver in the development of endotoxemia and inflammation. Kazan Medical Journal. 1988;69(5):353–358. (In Russ.) DOI: 10.17816/kazmj98450.

[2] Яковлев М.Ю. Роль кишечной микрофлоры и недостаточность барьерной функции печени в развитии эндотоксинемии и воспаления. Казанский медицинский журнал. 1988;69(5):353–358. DOI: 10.17816/kazmj98450.

[3] Anikhovskaya IA, Beloglazov VA, Gordienko A.I., Ivanov YD, Kubyshkin AV, Markelova MM, Pokusayeva DP, Yakovlev MYu. A brief history of studying the role of intestinal factor in aging and/or induction of systemic inflammation: Achievements, challenges, and prospects. Patogenez. 2019;17(1):4–17. (In Russ.) DOI: 10.25557/2310-0435.2019.01.4-17.

[4] Аниховская И.А., Белоглазов В.А., Гордиенко А.И., Иванов Ю.Д., Кубышкин А.В., Маркелова М.М., Покусаева Д.П., Яковлев М.Ю. Краткая история изучения роли кишечного фактора в старении и/или индукции системного воспаления: достижения, проблемы, перспективы. Патогенез. 2019;17(1):4–17. DOI: 10.25557/2310-0435.2019.01.4-17.

[5] Yakovlev MYu. Sistemnaya endotoksinemiya: gomeostaz i obshchaya patologiya. (Systemic endotoxinemia: homeostasis and general pathology.) Moscow: Nauka; 2021. 184 р. (In Russ.)

[6] Яковлев М.Ю. Системная эндотоксинемия: гомеостаз и общая патология. М.: Наука; 2021. 184 с.

[7] Medzhitov R, Preston-Hurlburt P, Janeway CA Jr. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature. 1997;388:394–397. DOI: 10.1038/41131.

[8] Medzhitov R, Dzhanevey CA Jr. Congenital immunity. Kazan Medical Journal. 2004;(3):161–167. (In Russ.)

[9] Меджитов Р., Джаневей Ч. Врождённый иммунитет. Казанский медицинский журнал. 2004;(3):161–167.

[10] Dermatovenerologiya. Natsional'noe rukovodstvo. Kratkoe izdanie. (Dermatovenerology. National guidelines. Short Edition.) YuS Butova, YuK Skripkina, OL Ivanova, editors. Moscow: GEOTAR-Media; 2013. p. 70–76. (In Russ.)

[11] Дерматовенерология. Национальное руководство. Краткое издание. Под ред. Ю.С. Бутова, Ю.К. Скрипкина, О.Л. Иванова. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2013. с. 70–76.

[12] Okorokov PL, Anikhovskaia IA, Iakovleva MM, Lazareva SI, Melamud AA, Meshkov MV, Salakhov IM, Énukidze GG, Yakovlev MYu. Nutritional factors of inflammation induction or lipid mechanism of endotoxin transport. Human Physiology. 2012;38(6):649–655. DOI: 10.1134/S0362119712060102.

[13] Urazaev RA, Krupnik AN, Yakovlev MYu. Endotoxinemia in early period of adaptation in infants and their mothers. Kazan Medical Journal. 1992;73(2):114–118. (In Russ.)

[14] Уразаев Р.А., Крупник А.Н., Яковлев М.Ю. Эндотоксинемия в раннем периоде адаптации новорождённых и их матерей. Казанский медицинский журнал. 1992;2:114–118.

[15] Likhoded VG, Yakovlev MYu, Apollonin AV, Kozlova NN, Kudryavtsev AE, Yushuk ND. The method for assessing the state of anti-endotoxin immunity against gram-negative bacteria (“LPS-test-ELISA”). Patent for invention RF RUS2088936 from 27.08.1997. (In Russ.)

[16] Лиходед В.Г., Яковлев М.Ю., Аполлонин А.В., Козлова Н.Н., Кудрявцев А.Е., Юшук Н.Д. Способ оценки состояния антиэндотоксинового иммунитета в отношении грамотрицательных бактерий («ЛПС-тест-ИФА»). Патент РФ RUS2088936 от 27.08.1997.

[17] Ani­khovskaya IA, Salahov IM, Yakovlev MYu. The method for the diagnosis of latent diseases based on indicators of systemic endotoxinemia. Patent for invention RF RU 2609763. Bul. No. 4 from 2017. (In Russ.)

[18] Аниховская И.А., Салахов И.М., Яковлев М.Ю. Способ диагностики скрытопротекающих заболеваний на основании показателей системной эндотоксинемии. Патент РФ RU 2609763. Бюлл. №4 от 02.02.2017.

[19] Anikhovskaya IA, Kubatiev AA, Mai­sky IA, Markelova MM, Salakhov IM, Yakovlev MYu. The search direction means for reducing endotoxin concentration in the general haemocirculation. Patogenez. 2014;12(4):25–30. (In Russ.)

[20] Аниховская И.А., Кубатиев А.А., Майский И.А., Маркелова М.М., Салахов И.М., Яковлев М.Ю. Направления поиска средств снижения концентрации эндотоксина в общей гемоциркуляции. Патогенез. 2014;12(4):25–30.

[21] Chernikhova EA, Anikhovskaya IA, Gataullin YuK, Ivanov VB, Yakovlev MYu. Enterosorbtion as anapprooach to the elimination of chronic endotoxin aggression. Human Physiology. 2007;33(3):373–374. DOI: 10.1134/s0362119707030164.

[22] Chizhikov NV, Likhoded VG, Svetukhin AM, Yakovlev MYu. Endotoksin kishechnoy mikroflory v klinike i patogeneze khronicheskoy ishemii nizhnikh konechnostey. (Endotoxin of intestinal microflora in the clinic and pathogenesis of chronic lower limb ischemia.) Penza: Publi­shing house of the Penza State Pedagogical University; 2002. 169 p. (In Russ.)

[23] Чижиков Н.В., Лиходед В.Г., Светухин А.М., Яковлев М.Ю. Эндотоксин кишечной микрофлоры в клинике и патогенезе хронической ишемии нижних конечностей. Пенза: Издательство ПГПУ; 2002. 169 c.

[24] Konev YV, Lazebnik LB, Yakovlev MYu, Anikhovskaya IA. Atherosclerosis and endotoxin. Klinicheskaya gerontologiya. 2004;10(7):36–42. (In Russ.)

[25] Конев Ю.В., Лазебник Л.Б., Яковлев М.Ю., Аниховская И.А. Атеросклероз и эндотоксин. Клиническая геронтология. 2004;10(7):36–42.

[26] Anikhovskaya IA, Kubatiev AA, Yakovlev MYu. Endotoxin theory of atherosclerosis. Human Physiology. 2015;41(1):89–95. DOI: 10.1134/S0362119715010028.

[27] Anikhovskaya IA, Golishev IS, Tebloev KI, Yakovlev MYu. The role of endotoxin agression in pathogenesis of acute myocardial infaction. Human Physiology. 2014;40(3):348–353. DOI: 10.1134/S0362119714030037.

[28] Pokusaeva DP, Anikhovskaya IA, Korobkova LA, Enukidze GG, Yakovlev MYu. Prognostic importance of systemic endotoxinemia indicators in atherogenesis. Human Physiology. 2019;45(5):543–551. DOI: 10.1134/S036211971905013X.

[29] Shmoylov DK, Karimov IZ. Activity of the humoral component in anti-endotoxin immunity in patients with influenza A. Patogenez. 2020;18(1):51–57. (In Russ.) DOI: 10.25557/2310-0435.2020.01.51-57.

[30] Шмойлов Д.К., Каримов И.З. Показатели активности гуморального звена антиэндотоксинового иммунитета у больных гриппом А. Патогенез. 2020;18(1):51–57. DOI: 10.25557/2310-0435.2020.01.51-57.

[31] Anikhovskaya IA, Kubatiev AA, Khasanova GR, Yakovlev MYu. Endotoxin is a component in the pathogenesis of chronic viral deseases. Human Physiology. 2015;41(3):328–335. DOI: 10.1134/s0362119715030020.

[32] Khasanova GR, Bikkinina OI, Anokhina VA, Anikhovskaya IA, Yakovlev MYu. Role of intestinal endotoxin in the progression of HIV infection. Uspekhi sovremennoy biologii. 2020;140(3):278–288. (In Russ.) DOI: 10.31857/S0042132420030059.

[33] Хасанова Г.Р., Биккинина О.И., Анохин В.А., Аниховская И.А., Яковлев М.Ю. Кишечный фактор прогрессирования ВИЧ-инфекции. Успехи современной биологии. 2020;140(3):278–288. DOI: 10.31857/S0042132420030059.

[34] Vyshegurov YaKh, Yakovlev MYu. Endotoxin aggression in pathogenesis of uveitises of unclear etiology. Uspekhi sovremennoy biologii. 2004;124(6):581–588. (In Russ.)

[35] Вышегуров Я.Х., Яковлев М.Ю. Эндотоксиновая агрессия в патогенезе увеитов неясной этиологии. Успехи современной биологии. 2004;124(6):581–588.

[36] Vasenova VYu, Fedorova YuS, Anikhovskaya IA. The role of endotoxine­mia in the pathogenesis of atopic dermatitis. Vestnik Rossiyskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2010;(2):72–75. (In Russ.)

[37] Васёнова В.Ю., Фёдорова Ю.С., Аниховская И.А. Роль эндотоксинемии в патогенезе атопического дерматита. Вестник Российского государственного медицинского университета. 2010;(2):72–75.

[38] Shamov BA, Malanicheva TG. Correction of systemic endotoxinemia in children with atopic dermatitis. Lechashchiy vrach. 2011;(4):108–113. (In Russ.)

[39] Шамов Б.А., Маланичева Т.Г. Коррекция системной эндотоксинемии у детей с атопическим дерматитом. Лечащий врач. 2011;(4):108–113.

[40] Malanicheva TG, Shamov BA. Efficiency of enterosgel in correction of systemic endotoxemia in children with atopic dermatitis. Farmateka. 2016;(1):51–54. (In Russ.)

[41] Маланичева Т.Г., Шамов Б.А. Эффективность энтеросгеля в коррекции системной эндотоксинемии у детей с атопическим дерматитом. Фарматека. 2016;(1):51–54.

[42] Gordienko AI, Beloglazov VA, Kubyshkin AV, Khi­mich NV, Yakovlev MYu. Humoral anti-endotoxin immunity imbalance as a probable factor in the pathogenesis of autoimmune diseases. Human Physiology. 2019;45(3):337–341. DOI: 10.1134/s036211971903006x.

[43] Okorokov PL, Anikhovskaya IA, Volkov IE, Yakovlev MYu. Intestinal endotoxin as a trigger of type 1 diabetes mellitus. Human Physiology. 2011;37(2):247–249. DOI: 10.1134/S0362119711020137.

[44] Gordienko AI, Beloglazov VN, Kubyshkin AV. Changes of humoral anti-endotoxin immunity and low-intensity inflammation in diabetes mellitus type 1 and 2. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimentalnaya te­rapiya. 2016;60(3):61–67. (In Russ.) DOI: 10.25557/0031-2991.2016.03.61-67.

[45] Гордиенко А.И., Белоглазов В.Н., Кубышкин А.В. Дисбаланс показателей гуморального антиэндотоксинового иммунитета и низкоинтенсивное воспаление при сахарном диабете 1 и 2 типа. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2016;60(3):61–67. DOI: 10.25557/0031-2991.2016.03.61-67.

[46] Vyshegurov YaKh, Anikhovskaya IA, Batmanov YuE, Yakovlev MYu. Intestinal endotoxin in the pathogenesis of ocular inflammatory diseases and the antiendoxin constituent of its treatment. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimentalnaya terapiya. 2007;(1):12–14. (In Russ.)

[47] Вышегуров Я.Х., Аниховская И.А., Батманов Ю.Е., Яковлев М.Ю. Кишечный эндотоксин в патогенезе воспалительной патологии глаза и антиэндотоксиновая составляющая её лечения. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2007;(1):12–14.

[48] Vyshegurov YaKh, Zakirova DZ, Rascheskov AYu, Yakovlev MYu. Intestinal endotoxin as an obligate factor in the pathogenesis of endogenous iridocyclitis and endophthalmitis of unclear etiology. In: Novye lechebno-diagnosticheskie tekhnologii. (New therapeutic and diagnostic technologies.) Vol. 1. Moscow: Moscow textbooks; 2006. 133 p. (In Russ.)

[49] Вышегуров Я.Х., Закирова Д.З., Расчёсков А.Ю., Яковлев М.Ю. Кишечный эндотоксин как облигатный фактор патогенеза эндогенных иридоциклитов и эндофтальмитов неясной этиологии. В кн.: Новые лечебно-диагностические технологии. Т. 1. М.: Московские учебники; 2006. 133 с.

[50] Vyshegurov YaKh, Anikhovskaya IA, Rasches­kov AYu, Usov IA, Yakovlev MYu. Etiology of endoto­xin aggression and its role as an obligate pathogenetic factor in iridocyclites of different origins. Human Physiology. 2006;32(6):726–730. DOI: 10.1134/S036211970606017X.

[51] Enukidze GG, Anikhovskaya IA, Marachev AA, Yakovlev MYu. Endotoxin agression in the pathogenesis of chronic inflammatory diseases of small pelvis organs and infertility, or an antiendotoxin approach to their treatment. Human Physiology. 2006;32(3):351–356. DOI: 10.1134/S0362119706030169.

[52] Enukidze GG, Anikhovskaya IA, Marachev AA, Yakovlev MYu. Antiendotoxin direction in the treatment of chronic inflammation and female infertility. In: Novye lechebno-diagnosticheskie tekhnologii. (New therapeutic and diagnostic techno­logies.) Vol. 3. Moscow: Moskovskie uchebniki CD-Press; 2007. 80 p. (In Russ.)

[53] Энукидзе Г.Г., Аниховская И.А., Марачев А.А., Яковлев М.Ю. Антиэндотоксиновое направление в лечении хронического воспаления и женского бесплодия. В кн.: Новые лечебно-диагностические технологии. Т. 3. М.: КДО-тест; 2007. 80 с.

[54] Zozulya SA, Otman IN, Yunilaynen OA, Anikhovskaya IA, Klyushnik TP, Yakovlev MYu. Markers of systemic inflammation and syste­mic endotoxinemia in patients with acute endogenous psychoses. Patogenez. 2020;18(1):34–41. (In Russ.) DOI: 10.25557/2310-0435.2020.01.34-41.

[55] Зозуля С.А., Отман И.Н., Юнилайнен О.А., Аниховская И.А., Клюшник Т.П., Яковлев М.Ю. Показатели маркёров системного воспаления и системной эндотоксинемии у пациентов с эндогенными психозами. Патогенез. 2020;18(1):34–41. DOI: 10.25557/2310-0435.2020.01.34-41.

[56] ­Zozulya SA, Otman IN, Oleichik IV, Anikhovskaya IA, Yakovlev MYu, Klyushnik TP. Conjugacy between processes of systemic inflammation and systemic endotoxi­nemia in endogenous psychoses. Siberian Herald of Psychiatry and Addiction Psychiatry. 2020;(3):17–27. (In Russ.) DOI: 10.26617/1810-3111-2020-3(108)-17-27.

[57] Зозуля С.А., Отман И.Н., Олейчик И.В., Аниховская И.А., Яковлев М.Ю., Клюшник Т.П. Сопряжённость процессов системного воспаления и системной эндотоксинемии при эндогенных психозах. Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2020;(3):17–27. DOI: 10.26617/1810-3111-2020-3(108)-17-27.

[58] Meshkov MV, Anikhovskaya IA, Yakovleva MM, Yakovlev MYu. Intestinal endotoxinin regulation of hemostasis activity and in pathogenesis of the DIC syndrom. Human Physiology. 2005;31(6):700–705. DOI: 10.1007/s10747-005-0118-9.

[59] Meshkov MV, Gataullin YuK, Ivanov VB, Yakovlev MYu. Endotoxin aggression as a cause of postoperative complications in pediatric surgery. In: Novye lechebno-diagnosticheskie tekhnologii. (New therapeutic and diagnostic technologies.) Moscow: Moskovskie uchebniki CD-Press; 2007. 80 р. (In Russ.)

[60] Мешков М.В., Гатауллин Ю.К., Иванов В.Б., Яковлев М.Ю. Эндотоксиновая агрессия как причина послеоперационных осложнений в детской хирургии. В кн.: Новые лечебно-диагностические технологии. Т. 3. М.: Московские учебники CD-Press; 2007. 80 с.

[61] Meshkov MV, Anikhovskaya IA, Gataullin YuK, Yakovlev MYu. Endotoxm aggression as a universal factor of pathogenesis of hemostatic disorders in children with urological pathology. Urologiya. 2006;(1):15–19. (In Russ.)

[62] Мешков М.В., Аниховская И.А., Гатауллин Ю.К., Яковлев М.Ю. Эндотоксиновая агрессия как универсальный фактор патогенеза расстройств гемостаза у детей с урологическими заболеваниями. Урология. 2006;(1):15–19.

[63] Poddubny IV, Meshkov MV, Maisky IA, Nakovkin ON, Kravchuk SV, Kozlov MIu, Yakovlev MIu. The endotoxine aggression in the pathogenesis of postoperative complications in children with Hirsprung disease. Khirurgiya. Zhurnal im NI Pirogova. 2013;(12):56–60. (In Russ.)

[64] Поддубный И.В., Мешков М.В., Майский И.А., Наковкин О.Н., Кравчук С.В., Козлов М.Ю., Яковлев М.Ю. Эндотоксикоз в патогенезе послеоперационных осложнений у детей с болезнью Гиршпрунга. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2013;(12):56–60.

[65] Anikhovskaya IA, Vyshegurov YaKh, Usov IA, Yakovlev MYu. Bifidobacteria as a means of prevention or treatment of endotoxin aggression in patients with chro­nic diseases during remission or exacerbation. Human Phy­siology. 2004;30(6):732–737. DOI: 10.1023/B:HUMP.0000049597.09577.22.

[66] Gordienko AI, Khimich NV, Beloglazov VA, Kubyshkin AV, Yakovlev MYu. Polyreactive transformation of class G immunoglobulins as a vector for search of potential means for improving the activity of anti-endotoxin immunity. Human Physiology. 2020;46(5):554–559. DOI: 10.1134/S03621197200-40052.

[67] Khoroshilov SE, Karpun NA, Polovnikov SG, Nikulin AV, Kuzovlev AN. Selective hemosorption of endotoxin in the treatment of abdominal sepsis. Obshchaya reanimatologiya. 2009;(6):83–87. (In Russ.) DOI: 10.15360/1813-9779-2009-6-83.

[68] Хорошилов С.Е., Карпун Н.А., Половников С.Г., Никулин А.В., Кузовлев А.Н. Селективная гемосорбция эндотоксина в лечении абдоминального сепсиса. Общая реаниматология. 2009;(6):83–87. DOI: 10.15360/1813-9779-2009-6-83.

[69] Zulkarnaev AB, Krstich M, Vatazin AV, Gubarev KK. The present-day etiopathogenetic approach to the treatment of purulent-septic complications after kidney transplantation. Medical almanac. 2013;(5):161–164. (In Russ.)

[70] Зулкарнаев А.Б., Крстич М., Ватазин А.В., Губарев К.К. Современный этиопатогенетический подход к лечению гнойно-септических осложнений после трансплантации почки. Медицинский альманах. 2013;(5):161–164.

[71] Anikhovskaya IA, Kubatiev AA, Sala­khov IM, Tebloev KI, Yakovlev MYu. Changes of endotoxin concentration in blood serum in patients with uncomplicated acute myocardial Q-infarction. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimentalnaya terapiya. 2015;59(3):55–61.(In Russ.) DOI: 10.25557/0031-2991.2015.03.55-61.

[72] Аниховская И.А., Кубатиев А.А., Салахов И.М., Теблоев К.И., Яковлев М.Ю. Динамика концентрации эндотоксина в сыворотке крови у больных с острым неосложнённым Q-инфарктом миокарда. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2015;59(3):55–61. DOI: 10.25557/0031-2991.2015.03.55-61.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector