Гастроэнтерология нового поколения: технологии, искусственный интеллект и персонализированная медицина

Изменения потребуют новых компетенций от врачей. Будет расти потребность в специалистах, которые умеют работать с искусственным интеллектом, анализировать большие объемы данных и понимать основы генетики.

Гастроэнтерология стремительно меняется под влиянием новых технологий. Неинвазивная диагностика, современные методы визуализации, исследование микробиома, генетические и метаболические исследования, искусственный интеллект – всё это постепенно становится частью медицинской практики. Меняется и сам подход к лечению: от универсальных схем терапии к более точной оценке индивидуальных особенностей пациента, рисков и предполагаемого ответа на терапию.

Особенно заметны эти изменения в гепатологии, где современные технологии позволяют все чаще оценивать состояние печени без инвазивных процедур, а также в диагностике и лечении хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). При этом искусственный интеллект (ИИ) открывает новые возможности для анализа больших массивов данных, раннего выявления патологий и мониторинга пациентов.

О том, какие технологии уже сегодня меняют работу гастроэнтеролога, насколько персонализированная медицина готова войти в повседневную практику и каким может стать будущее специальности, мы поговорили с Екатериной Юрьевной Плотниковой, доктором медицинских наук, профессором Кемеровского государственного медицинского университета.

– Гастроэнтерология сегодня становится все более технологичной специальностью. Какие инновации за последние годы, на Ваш взгляд, наиболее заметно изменили работу гастроэнтеролога – от диагностики до лечения?

– За последние годы гастроэнтерология стала более технологичной: появились новые методы диагностики и лечения, которые помогают точнее выявлять заболевания и при этом проводить лечение более щадяще. На смену интуитивным догадкам и травматичным операциям приходят высокоточные методы визуализации и малоинвазивные способы терапии. Современные технологии позволяют выявлять заболевания на ранних стадиях и лучше оценивать состояние органов пищеварения. Вот несколько наиболее заметных инноваций.

Персонализированный подход: стандартные схемы лечения постепенно уходят в прошлое. Сегодня терапию все чаще подбирают индивидуально, с учетом особенностей конкретного пациента.

Интеграция с другими специальностями: проблемы с органами пищеварения нередко связаны с состоянием других систем организма, поэтому для эффективной диагностики и лечения важно взаимодействие врачей разных специальностей.

Использование микробиома: современные исследования помогают лучше понять, как кишечная микрофлора влияет на здоровье человека и какую роль ее анализ может играть в диагностике и лечении различных заболеваний.

Эти инновации делают медицинскую помощь более точной и персонализированной, а лечение – более эффективным и комфортным для пациентов.

– В гепатологии активно развиваются неинвазивные методы диагностики. Насколько современные технологии позволяют оценивать состояние печени без биопсии и насколько близко мы подошли к ситуации, когда инвазивная диагностика будет требоваться лишь в отдельных случаях?

– Современные технологии в гепатологии позволяют оценивать состояние печени без биопсии, используя неинвазивные методы – лабораторные и лучевые.

Сывороточные маркеры условно разделяют на прямые и непрямые. Прямые маркеры представляют собой фрагменты клеточного матрикса печени, образованные звездчатыми клетками, а также молекулы, участвующие в процессах образования и разрушения фиброзной ткани. К ним относятся цитокератин 18, гиалуроновая кислота, коллагены IV и VI, аминотерминальный фрагмент проколлагена III, матриксные металлопротеиназы и их специфические ингибиторы.

Непрямые маркеры, в первую очередь, отражают изменения функции печени, при этом они не всегда напрямую показывают изменения в клеточном матриксе. Это молекулы, которые высвобождаются в кровь при воспалительных процессах в печени. Среди них – аланиновая и аспарагиновая аминотрансферазы, гаптоглобин, альфа-2-макроглобулин, ферритин, билирубин, аполипопротеин А1, гамма-глутамилтранспептидаза и параоксоназа.

Для оценки состояния печени также применяются компьютерная томография, магнитно-резонансная эластография, ультразвуковая эластометрия и стеатометрия.

Эти методы позволяют снизить необходимость в инвазивных процедурах и при этом получить достаточно информативные данные о состоянии печени. Сегодня мы все ближе к тому, чтобы инвазивная диагностика требовалась только в отдельных случаях. Это расширяет возможности для раннего выявления заболеваний печени и позволяет эффективнее контролировать их течение.

– Персонализированная медицина все чаще становится реальностью. Насколько сегодня возможно подбирать лечение заболеваний ЖКТ и печени с учетом индивидуальных особенностей пациента – его метаболического профиля, генетики, микробиома, сопутствующих заболеваний и образа жизни?

– Сегодня это уже не фантастика, но и не рутинная практика для всех. Есть серьезные ограничения, и в обычной поликлинике такой подход пока практически невозможен. Однако в научных и клинических центрах уже доступны некоторые направления персонализированной медицины.

Генетика. Фармакогенетическое тестирование уже применяется на практике. Например, при назначении некоторых препаратов, особенно при воспалительных заболеваниях кишечника или для профилактики осложнений при приеме ингибиторов протонной помпы, оценивают полиморфизмы генов, влияющие на работу ферментов, которые участвуют в метаболизме лекарств. Это помогает подобрать стартовую дозу или сразу выбрать альтернативный препарат, повысив вероятность успешного лечения и снизив риск побочных эффектов.

Метаболизм. Метаболомика – изучение «биохимического портрета» организма, то есть концентрации различных метаболитов в крови, – помогает искать биомаркеры, которые могут показать, как организм отреагирует на терапию. Например, уровень определенных жирных кислот или аминокислот может коррелировать с активностью заболевания или с тем, насколько хорошо подействует на организм конкретный препарат.

Микробиом. Состав бактерий в кишечнике влияет на пищеварение, иммунный ответ и даже на то, как организм усваивает и выводит лекарственные препараты. В отдельных случаях коррекция микробиома – например, с помощью специальной диеты или индивидуально подобранных пробиотиков – становится частью персонализированной стратегии лечения. Это актуально не только для гастроэнтерологических заболеваний, но и для патологий других органов и систем.

Коморбидность. Это один из ключевых факторов, который необходимо учитывать при выборе лечения. Если у пациента, например, есть хронические заболевания печени, почек или сердечно-сосудистой системы, они могут влиять на фармакокинетику и фармакодинамику препаратов. Отдельно стоит отметить проблему полипрагмазии, которая сегодня особенно актуальна. Врач должен учитывать всю картину в целом, чтобы назначенное лечение не создало новых проблем и не снизило эффективность основной терапии.

Образ жизни. Питание, уровень физической активности, стресс, употребление алкоголя или табака – всё это влияет на течение заболевания и на то, насколько пациент сможет соблюдать назначенную схему лечения. Например, при заболеваниях органов пищеварения коррекция питания в сочетании с медикаментозной терапией зачастую позволяет добиться лучшего результата, чем лечение только препаратами.

– Микробиом стал одним из самых обсуждаемых направлений современной гастроэнтерологии. Насколько хорошо мы сегодня понимаем связь между кишечной микробиотой и заболеваниями ЖКТ и печени? Какие технологии могут превратить исследования микробиома из научного инструмента в реальный клинический инструмент?

– Доказательная база, подтверждающая связь микробиома с различными заболеваниями, уже существует, однако здесь остаются серьезные ограничения. Исследования показывают, что дисбиоз, то есть нарушение баланса микробиоты, связан с целым рядом патологий. Например, есть данные о роли микробиоты в развитии синдрома раздраженного кишечника, воспалительных заболеваний кишечника и колоректального рака.

Особенно хорошо изучена ось «кишечник – печень». Микробиота может влиять на состояние печени сразу через несколько механизмов:

● модуляция метаболизма липидов, белков и углеводов;
● производство гепатотоксичных веществ – например, эндогенного этанола;
● влияние на энтерогепатическую циркуляцию желчных кислот;
● повышение проницаемости кишечного барьера, из-за чего бактериальные компоненты, в том числе эндотоксины, попадают в портальную систему и могут запускать системное воспаление.

Эти механизмы играют роль в развитии неалкогольной жировой болезни печени, неалкогольного стеатогепатита, фиброза и цирроза.

Важное значение здесь приобретают технологии, которые позволяют глубже изучать микробиом, точнее анализировать его состав и функции и на этой основе разрабатывать персонализированные подходы.

Продвинутые методы секвенирования. Секвенирование нового поколения, включая секвенирование длинных прочтений и отдельных клеток, позволяет получать более подробную информацию о составе микробиома, его функциях и отдельных штаммах бактерий. Это помогает точнее выявлять потенциальные биомаркеры заболеваний.

Мультиомный подход. Объединение данных из разных областей – метагеномики, которая изучает ДНК микробиома, метатранскриптомики, изучающей РНК, и метаболомики, анализирующей метаболиты, – позволяет получить более полную картину того, как микробиом функционирует в норме и при различных заболеваниях.

Искусственный интеллект и машинное обучение. Эти технологии помогают обрабатывать огромные массивы данных, находить сложные и нелинейные закономерности, оценивать риски развития заболеваний и разрабатывать персонализированные терапевтические стратегии.

Биобанкирование. Создание коллекций образцов микробиома, связанных с клиническими данными пациентов, – важный этап для проведения фундаментальных исследований и разработки подходов, которые в дальнейшем могут стать частью стандартной клинической практики.

Технологии коррекции микробиома. Развиваются и методы, которые позволяют переводить полученные знания в практику: создание таргетных пробиотиков, аутопро- и аутопребиотиков с использованием собственных полезных штаммов пациента, а также трансплантация фекальной микробиоты.

– Искусственный интеллект и цифровые технологии активно развиваются в медицине. Как, на Ваш взгляд, они могут изменить подходы к диагностике, прогнозированию, выбору терапии и наблюдению за пациентами в гастроэнтерологии и гепатологии? Возможно ли в будущем создание системы непрерывного мониторинга пациентов с хроническими заболеваниями ЖКТ и печени, которая на основе лабораторных данных, информации с носимых устройств и других показателей сможет выявлять риски обострения еще до появления выраженных симптомов и своевременно предупреждать врача?

– В гастроэнтерологии и гепатологии ИИ действительно показывает большой потенциал. Особенно полезен он там, где врачу приходится работать с большими объемами разнородных данных, находить неочевидные закономерности и быстро сопоставлять множество показателей. 

Сегодня основные возможности ИИ можно увидеть в диагностике, прогнозировании и подборе лечения, а также в дальнейшем наблюдении за пациентом.

Одно из наиболее активно развивающихся направлений – диагностика. ИИ хорошо справляется с анализом визуальных данных – эндоскопических снимков, цифровых гистологических препаратов, изображений ультразвукового исследования, компьютерной (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Например, алгоритмы могут помогать автоматически находить подозрительные участки слизистой – атрофию, кишечную метаплазию, очаги дисплазии – при эзофагогастродуоденоскопии и колоноскопии. При воспалительных заболеваниях кишечника ИИ может повышать точность дифференциальной диагностики – в частности, помогать разграничивать болезнь Крона и язвенный колит. Кроме того, такие технологии позволяют снизить вариабельность при оценке биопсийного материала разными специалистами.

Возможности ИИ не ограничиваются анализом изображений. Его также применяют для работы с биомаркерами, в том числе при жидкостной биопсии, и с мультиомными данными – генетическими и метаболическими. Это может помочь в более раннем выявлении заболеваний – например, неалкогольной жировой болезни печени.

Еще одно важное направление – прогнозирование. ИИ может анализировать большое количество клинических, лабораторных и терапевтических данных и на их основе оценивать различные риски. Например, он может использоваться для прогнозирования жизнеугрожающих осложнений при воспалительных заболеваниях кишечника, в том числе вероятности необходимости срочного хирургического вмешательства. У пациентов с циррозом печени ИИ помогает оценивать риск послеоперационных осложнений и летальности перед малоинвазивными хирургическими вмешательствами, учитывая печеночные индексы, показатели нутритивного статуса и данные анамнеза. Также алгоритмы могут оценивать вероятность рецидива или прогрессирования заболевания с учетом того, как меняются показатели пациента со временем.

Отдельные возможности открываются и в подборе терапии. ИИ может учитывать сразу несколько факторов: генетические особенности пациента, особенности метаболизма лекарств, сопутствующие заболевания и реакцию на предыдущие схемы лечения. Это позволяет искать наиболее подходящий вариант терапии и оценивать вероятность ответа на конкретный препарат или их комбинацию, одновременно снижая риск побочных эффектов. Кроме того, ИИ может помогать в поиске новых терапевтических мишеней и вариантов применения уже существующих лекарственных препаратов.

Наконец, ИИ может быть полезен и в процессе длительного наблюдения за пациентом. Он способен анализировать динамику результатов анализов и инструментальных исследований, помогая вовремя заметить ухудшение состояния или признаки того, что лечение перестало работать. В телемедицине алгоритмы могут обрабатывать данные с носимых устройств и информацию из электронной медицинской карты и формировать предварительные рекомендации, которые затем оценивает врач. Еще одна перспективная возможность – выявление скрытых закономерностей в данных наблюдения, которые могут указывать на приближение обострения.

– Современная фармакология движется в сторону таргетных и все более точных методов лечения. Какие новые подходы к терапии заболеваний печени и ЖКТ Вы считаете наиболее перспективными с точки зрения изменения самой клинической практики?

– Фармакология все больше движется в сторону точности: сегодня мы стараемся не просто лечить заболевание в целом, а воздействовать на конкретные молекулярные мишени, которые запускают или поддерживают патологический процесс. Такой подход постепенно меняет клиническую практику и открывает новые возможности для лечения заболеваний печени и ЖКТ.

При заболеваниях печени одним из наиболее заметных направлений стала таргетная терапия с учетом биологии опухоли. В онкологии, например при гепатоцеллюлярной карциноме, лечение все чаще подбирают с учетом генетических и молекулярных особенностей опухоли, а не только ее локализации. Определяют специфические мутации, такие как RET и NTRK, транслокации или высокий уровень микросателлитной нестабильности (MSI-H), после чего подбирают соответствующий препарат – например, селперкатиниб, энтректиниб или достарлимаб. Такой подход позволяет более точно выбирать терапию и избегать заведомо неэффективного лечения.

Отдельное направление – антифибротическая терапия. При хронических заболеваниях печени, например при неалкогольной жировой болезни печени, одной из основных проблем становится развитие фиброза. Поэтому разрабатываются препараты, которые воздействуют непосредственно на ключевые механизмы фиброгенеза: подавляют профиброгенные цитокины, такие как трансформирующий фактор роста бета (TGF-β), ингибируют киназы, участвующие в активации звездчатых клеток печени, или способствуют апоптозу этих клеток.

Перспективным направлением остается и модуляция ядерных рецепторов. Например, агонисты фарнезоидного X-рецептора влияют на метаболизм желчных кислот, углеводов и жиров, а также обладают противовоспалительным действием.

Еще одна интересная технология – наносистемы для точечной доставки препаратов. Идея заключается в том, чтобы использовать наночастицы в качестве своеобразного «транспорта», который доставляет лекарственное вещество непосредственно к клеткам печени, где происходит патологический процесс – например, воспаление или репликация вируса. Это потенциально позволяет повысить концентрацию препарата в нужной области и одновременно снизить системную токсическую нагрузку.

В лечении заболеваний ЖКТ также постепенно усиливается интерес к терапии, направленной непосредственно на механизмы развития заболевания. Например, при гастроэзофагеальной рефлюксной болезни недостаточно просто подавлять кислотность – важно учитывать нарушения моторики, висцеральную гиперчувствительность и другие механизмы. Поэтому разрабатываются более селективные препараты: агонисты серотониновых рецепторов для стимуляции моторики, их антагонисты для лечения диареи, а также лиганды рецепторов хлоридных каналов для коррекции секреции.

Отдельное направление связано с модуляцией микробиоты. Нарушения состава кишечной микробиоты связаны с различными функциональными расстройствами, в том числе с синдромом раздраженного кишечника и некоторыми формами запора. В перспективе целенаправленная коррекция микробиоты – например, с помощью специфических пробиотиков и других препаратов – может стать частью комплексной терапии.

При этом все чаще речь идет не об одном препарате, а о комбинированных и персонализированных схемах лечения. Одним из перспективных подходов может стать сочетание препаратов, воздействующих на разные молекулярные мишени. При этом выбор терапии можно дополнительно связывать с результатами молекулярной диагностики: какие именно патологические пути активны у конкретного пациента и на какие из них имеет смысл воздействовать.

Все это постепенно меняет и сам подход к клинической практике. Врачам приходится переходить от принципа «лечить болезнь» к принципу «воздействовать на конкретный механизм ее развития». Для этого необходима более глубокая диагностика – молекулярно-генетические исследования, анализ биомаркеров и другие методы, которые позволяют определить потенциальную мишень для терапии.

Одновременно возрастает значение мультидисциплинарного подхода. В сложных случаях результат зависит от совместной работы гастроэнтеролога, онколога, генетика, микробиолога и других специалистов. Не менее важен и постоянный мониторинг биомаркеров, который позволяет оценивать, как препарат воздействует на выбранную молекулярную мишень, и при необходимости корректировать лечение.

Конечно, многие из этих подходов пока находятся на стадии исследований или клинических испытаний. Однако направление развития очевидно: современная терапия постепенно движется от простого контроля симптомов к более точному воздействию на механизмы, лежащие в основе заболевания. Именно это в перспективе может существенно изменить подходы к лечению заболеваний печени и ЖКТ.

– Как технологический прогресс меняет требования к самому врачу? Должен ли современный гастроэнтеролог разбираться в анализе данных, генетике, цифровых медицинских технологиях и принципах работы ИИ так же, как сегодня он должен владеть клиническими рекомендациями?

– Прежде всего важно сказать о клинических рекомендациях. Базовые знания клинических протоколов и принципов доказательной медицины по-прежнему остаются фундаментом работы врача. Без них невозможно оценить, насколько предложенный ИИ-анализ или генетический тест действительно полезен, достоверен и безопасен. Современные технологии не отменяют клиническое мышление: ИИ остается инструментом и помощником врача, а не его заменой.

При этом технологический прогресс действительно меняет профессию врача, и гастроэнтеролога эти изменения затрагивают напрямую. Сегодня специалисту уже недостаточно просто знать клинические рекомендации – важно также понимать, как работают современные инструменты и в каких ситуациях их использование действительно оправданно.

При этом речь, конечно, не идет о том, что врач должен становиться программистом или генетиком. Гораздо важнее другое – уметь осмысленно работать с технологиями, понимать их возможности и ограничения и не воспринимать полученные от них данные как безусловную истину.

Современному гастроэнтерологу не нужно пытаться «знать всё». Гораздо важнее развивать цифровую грамотность и воспринимать новые технологии как инструмент, который помогает углубить собственную экспертизу и принимать более обоснованные клинические решения, а не как модное дополнение к профессии.

В этом смысле требования к работе врача действительно расширяются, но главный фокус остается прежним – пациент и результат его лечения.

– Если представить гастроэнтерологию и гепатологию через 10–15 лет, какие технологии могут принципиально изменить специальность? Что, по Вашему мнению, станет новым стандартом диагностики и наблюдения за пациентами, а какие сегодняшние подходы могут постепенно уйти в прошлое?

– Через 10–15 лет гастроэнтерология и гепатология, вероятно, станут гораздо более персонализированными, технологичными и проактивными. При этом важно понимать: технологии не заменят врача, а лишь расширят его возможности. В центре по-прежнему останется пациент, его состояние и история заболевания. Уже сейчас можно выделить несколько направлений, которые способны заметно изменить специальность и со временем стать частью повседневной практики.

Одним из таких направлений могут стать неинвазивные «цифровые» маркеры. Например, вместо биопсии для оценки фиброза печени или состояния слизистой желудка все чаще можно будет использовать анализ так называемой жидкой биопсии – бесклеточной ДНК, микроРНК и других молекул в крови или кале. Это позволит сделать наблюдение за пациентами менее травматичным и проводить его чаще.

Большую роль будет играть и искусственный интеллект в сочетании с анализом больших данных. ИИ сможет помогать интерпретировать сложные изображения при эндоскопии, МРТ и КТ, находить скрытые закономерности в лабораторных показателях и оценивать риски заболеваний с учетом генетики, образа жизни и анамнеза. Системы поддержки принятия врачебных решений, вероятно, станут особенно востребованы при сложных клинических случаях.

Еще одна перспективная идея – цифровые двойники пациентов. Это виртуальные модели, в которых объединяются данные о человеке: генетическая информация, результаты обследований в динамике, реакция на лечение и другие показатели. В перспективе такие модели могут позволить заранее моделировать возможное течение заболевания и сравнивать разные варианты терапии еще до начала реального лечения.

Будет развиваться и эндоскопия. Видеоэндоскопы высокого разрешения с мультимодальными режимами, включая хромоскопию и оптическое увеличение, смогут еще точнее выявлять предраковые изменения, в том числе атрофию и метаплазию.

Отдельное направление – телемедицина и удаленный мониторинг. Пациенты с хроническими заболеваниями, например неалкогольной жировой болезнью печени, смогут регулярно передавать данные с носимых устройств. Врач при этом сможет отслеживать изменения в динамике и при необходимости корректировать лечение.

Параллельно будет развиваться персонализированная терапия. На основе генетического профиля и других индивидуальных особенностей пациента можно будет точнее подбирать не только препараты, но и их дозировки, а также профилактические меры, направленные на конкретные молекулярные мишени.

При этом часть привычных сегодня подходов со временем может использоваться реже. В первую очередь это касается избыточных инвазивных процедур. Некоторые методы, которые сейчас применяются в ряде случаев для диагностики функциональных нарушений, например манометрия сфинктера Одди или билиарная сцинтиграфия, могут постепенно уступать место более точным неинвазивным альтернативам, если такие методы получат достаточную доказательную базу.

То же самое может произойти и с рутинной биопсией «на всякий случай». Если появятся достаточно надежные неинвазивные маркеры, биопсию можно будет оставлять преимущественно для тех случаев, когда она действительно необходима.

Может измениться и сам принцип лечения. Подход «лечим симптом» будет постепенно уступать место поиску причины заболевания. Вместо того чтобы только устранять дискомфорт, врач будет стремиться понять, что именно его вызывает – например, нарушение функции сфинктера, спазм, дистензию или изменения микробиоты, – и воздействовать непосредственно на этот механизм.

Кроме того, в эпоху больших данных и ИИ значение отдельных неспецифичных лабораторных показателей без контекста может снижаться. Один показатель сам по себе редко дает полную картину, поэтому все большее значение будет иметь его сочетание с клиническими данными, результатами других исследований и динамикой состояния пациента.

Такие изменения потребуют и новых компетенций от врачей. Будет расти потребность в специалистах, которые умеют работать с ИИ, анализировать большие объемы данных и понимать основы генетики. Отдельную роль могут получить биоинформатики – специалисты, которые соединяют биологию, информационные технологии и клиническую практику.

Конечно, этот процесс не будет линейным. Какие-то технологии войдут в практику быстрее, другие столкнутся с ограничениями, связанными со стоимостью, доступностью или недостаточной доказательной базой. Но общая тенденция уже хорошо просматривается: гастроэнтерология и гепатология движутся в сторону интеграции данных, персонализации лечения, более ранней диагностики и снижения инвазивности.