Склад і функції кишкової флори - Сторінка 2 з 2 - Журнал Galenus
Функції кишкової флори
Ролі бактеріальної флори полягають у: безпосередньому захисті від патогенних мікроорганізмів, зміцненні імунної системи господаря (розвиток та підтримання кишкового епітелію), стимулюванні вироблення в ньому антитіл, метаболізмі неперетравних сполук у їжі [6].
Флора кишечника відіграє безпосередню роль у захисті від патогенних мікроорганізмів шляхом повної колонізації простору, використання всіх доступних поживних речовин та секреції сполук, які вбивають або інгібують небажані організми, які би конкурували за поживні речовини [7]. Порушення флори дозволяє конкурентоспроможним організмам, таким як Clostridium difficile, оселитися в кишечнику [5].
Слизова оболонка кишечника забезпечує зовнішній шар, в якому «дружні» мікроорганізми можуть закріпитись і живитись, і внутрішній шар, який не можуть проникнути навіть ці коменсальні бактерії [1,4]. Одночасно з розвитком мікробіоти з’являється лімфоїдна тканина, пов’язана з кишечником (GALT), яка входить до складу кишкового епітелію і яка виявляє і реагує на патогенні мікроорганізми [6]. Тканина GALT толерантна до видів в кишкової флори, але не до інших мікроорганізмів [4]. Зазвичай GALT толерантний до продуктів харчування, яким піддається немовля, а також до продуктів перетравлення їжі та метаболітів кишкової флори [5].
Показано, що різні види бактерій у флорі кишечника мають здатність спрямовувати імунну систему на селективну продукцію цитокінів; наприклад, Bacteroides fragilis та деякі види Clostridia, здається, ініціюють протизапальну реакцію, тоді як деякі сегментовані нитчасті бактерії стимулюють вироблення запальних цитокінів [4]. Кишкова флора також може регулювати вироблення антитіл імунною системою [1,6]. Ці цитокіни та антитіла можуть також мати надтравний вплив на легені та інші тканини [5].
Без кишкової флори організм людини не міг би використовувати деякі неперетравлювані вуглеводи, оскільки деякі бактерії флори мають ферменти для деградації певних полісахаридів, ферментів, яких немає в клітинах людини [5]. Гризунам, вирощеним у стерильних умовах і не маючи кишкової флори, потрібно було споживати на 30% більше калорій, лише щоб залишатися на тій самій вазі, що і нормально [7]. Вуглеводи, які людина не може засвоїти без допомоги коменсальних бактерій, включають певні типи крохмалю, клітковини, олігосахариди та цукри, які організм інакше не засвоює та засвоює, наприклад, лактозу, у разі непереносимості лактози.
Бактерії в мікробіоті перетворюють вуглеводи в коротколанцюгові жирні кислоти (СКЖК) за допомогою процесу сахаролітичного бродіння [12]. Продуктами цього процесу є оцтова кислота, пропіонова кислота та масляна кислота, які можуть використовуватися клітинами-господарями людини, забезпечуючи основне джерело енергії та поживних речовин, а також допомагаючи організму засвоювати такі важливі мінерали з раціону, як кальцій, магній та залізо [7]. . Органічні гази та кислоти, такі як молочна кислота, є результатом сахаролітичного бродіння [12]. Оцтова кислота використовується м’язами, пропіонова кислота допомагає печінці виробляти АТФ, а масляна кислота забезпечує енергією клітини кишечника. Існуючі дані свідчать про те, що коменсальні бактерії збільшують всмоктування та зберігання ліпідів і згодом полегшують засвоєння таких вітамінів, як вітамін К [1].
Флора кишечника синтезує такі вітаміни, як біотин і фолат, і допомагає засвоювати мікроелементи з таких продуктів, як магній, кальцій і залізо. Подібні археї організми, що виробляють метан, такі як Methanobrevibacter smithii, беруть участь у видаленні/елімінації кінцевих метаболітів бактеріального бродіння, таких як водень [2].
Вісь мозок-кишечник представляє біохімічний зв'язок, що відбувається між шлунково-кишковим трактом і центральною нервовою системою [1]. Нещодавно цей термін було розширено, щоб підкреслити роль коменсальної флори. Ця вісь включає центральну нервову систему, нейроендокринну та нейроімунну системи, включаючи гіпоталамо-гіпофізарно-надниркову вісь, симпатичний та парасимпатичний компоненти вегетативної нервової системи, включаючи кишкову нервову систему, блукаючий нерв та мікробіоти кишечника [2,7].
Кишкова флора та хвороби
Зміна кількості кишкових бактерій, наприклад лікування антибіотиками, може вплинути на здоров’я господаря та здатність перетравлювати їжу [7]. Антибіотики можуть викликати діарею, безпосередньо подразнюючи кишечник, змінюючи рівень кишкової флори, дозволяючи патогенним бактеріям рости [4]. Ще одним шкідливим ефектом антибіотиків є збільшення кількості стійких до антибіотиків бактерій, що важко піддається лікуванню [6].
Зміна кількості та виду в кишковій флорі може зменшити здатність організму ферментувати вуглеводи та метаболізувати жовчні кислоти, викликаючи діарею. Неперетравлені вуглеводи поглинають занадто багато води і викликають водянистий стілець, а відсутність коротколанцюгових жирних кислот, що виробляються кишковою флорою, може викликати діарею [11].
Зменшення кількості коменсальних видів бактерій зменшує їх здатність пригнічувати розвиток таких шкідливих видів, як C. difficile та Salmonella kedougou [4]. Зміни складу кишкової флори також трапляються при важких захворюваннях через ішемію кишечника, порушену імунну систему та анорексію.
Наявність або велика кількість бактерій у травному тракті може сприяти появі запальних захворювань кишечника [6]. Метаболіти деяких видів кишкової флори можуть впливати на сигнальні шляхи господаря, сприяючи таким станам, як ожиріння та рак товстої кишки [9]. Здається, що взаємодія кишкової флори з мозо-кишковою віссю відіграє певну роль при хронічних запальних захворюваннях кишечника, психологічному стресі, опосередкованому гіпоталамо-гіпофізарно-наднирковою віссю [8], що спрямовує зміни в кишковий епітелій, фактори вивільнення кишкової флори та метаболіти, що викликають сигналізацію. кишково-кишкова та блукаюча нервова система [5].
У цих хворих із запальними захворюваннями кишечника різноманітність коменсальної флори низька. У хворих на виразковий коліт у мікробіоті переважають протеобактерії та актинобактерії; у хворих на хворобу Крона виявляється надмірна експресія Enterococcus faecium та декількох видів протеобактерій [1,9].
Дослідження показали зміни мікробіоти у пацієнтів із синдромом роздратованого кишечника, які різняться залежно від поширеності діареї або запору. Також спостерігається зменшення різноманітності мікробіомів із низьким рівнем лактобактерій та біфідобактерій, високим рівнем факультативно анаеробних бактерій, таких як кишкова паличка, та підвищеним співвідношенням твердих речовин: бактероїдетів [5].
Здавалося б, взаємозв'язок коменсальної флори з господарем також втручається в механізм таких захворювань, як алергія, астма та діабет 2 типу [9]. Залучення мікробіоти до цих аутоімунних захворювань базується на недостатньому впливі патогенних мікроорганізмів дітей у розвинених країнах (що призведе до гіперреактивної імунної системи) та західному харчуванні, з низьким вмістом клітковини та багатим цукром - це пояснювало б зміни кишкової флори та її роль у модуляції імунної системи [6].
Коменсальна флора бере участь у ожирінні та метаболічному синдромі. Західна дієта спричиняє зміни в флорі кишечника і, таким чином, змінює відсоток енергії, що отримується з їжею, і спосіб використання цієї енергії [8,10]. У західній дієті бракує клітковини та інших складних вуглеводів, необхідних для розвитку здорової флори кишечника. Зміни коменсальної флори у відповідь на західну дієту, здається, посилюють кількість енергії, що виробляється кишковою флорою, сприяючи ожирінню [8]. Є дані, що мікробіота впливає на поведінку годування відповідно до її уподобань, що призводить до споживання більшої кількості їжі господарем і, можливо, до ожиріння. Чим більша різноманітність кишкового мікробіома, тим більше енергії та ресурсів буде споживати мікробіота в конкуренції з іншими мікробіотами і тим менше вона буде маніпулювати господарем [8].
Здається, ліпіди кишечника регулюють гомеостаз глюкози, залучаючи вісь кишечник-мозок-печінка (остання підтримує баланс між поглинанням і зберіганням глюкози за допомогою глікогеногенезу та глюконеогенезу). Безпосереднє введення ліпідів у тонкий кишечник підвищує рівень довголанцюгового ацилового коферменту жирних кислот А на цьому рівні і пригнічує вироблення глюкози, навіть в умовах піддіафрагмальної ваготомії або вагусної кишкової дефектності. Таким чином, з’являються нові можливості лікування ожиріння та діабету [8,9].
Кишковий дисбіоз асоціюється з цирозом та неалкогольною стеатотичною хворобою печінки [9]. Транслокація кишкової флори відбувається, коли коменсальні бактерії проходять над слизовою оболонкою кишечника, що може призвести до важких інфекцій. Дослідження 2014 року показало, що прийом антибіотиків пов’язаний із надмірною вагою та ожирінням у дітей, особливо у дітей, у яких більше 4 випадків впливу антибіотиків широкого спектра дії [9]. Деякі роди бактерій, такі як Bacteroides і Clostridium, були пов'язані зі збільшенням розмноження пухлини, тоді як інші, такі як Lactobacillus і Bifidobacteria, запобігають пухлинам [1,12].
Мікробіота та нові терапевтичні "двері"
Пробіотики - це мікроорганізми, які мають користь для здоров’я, і корисні для лікування таких станів, як синдром подразненого кишечника [5,12]. (наприклад, Streptococcus faecium).
Систематичне дослідження 2016 року показало, що деякі штами мікробів, такі як роди Bifidobacterium та Lactobacillus, виявились потенційно корисними при лікуванні розладів центральної нервової системи, таких як розлади настрою (тривожність, депресія), розлади пам’яті [8,11].
Введення лактобактерій, що містять пробіотики, може запобігти індукованій антибіотиками діареї, а пробіотики на основі Saccharomyces (Saccharomyces boulardii) можуть запобігти зараженню Clostridium difficile після лікування антибіотиками [1].
Є дані, що збалансування комменсальної флори з пробіотиками, що містять лактобактерії та біфідобактерії, може зменшити вісцеральний біль та запалення кишечника у пацієнтів із запальними захворюваннями кишечника [6].
Нове лікування інфекції C. difficile включає трансплантацію мікробіоти калу здоровим донорам із 90% успішністю шляхом відновлення балансу між класами Bacteroides та Firmicutes [7]. Трансплантація калу показала хороші результати в деяких дослідженнях та у пацієнтів із запальними захворюваннями кишечника (Крона, виразковий коліт).
Введення пробіотиків, таких як Lactobacillus rhamnosus, у дослідженні сприяло зниженню ваги у жінок із ожирінням, які вводили протягом 12 тижнів. Ці пацієнти продовжували худнути навіть після припинення прийому пробіотиків.
Пацієнти з цирозом печінки та мінімальною печінковою енцефалопатією, яким вводили пробіотичні препарати, показали поліпшення нейропсихометричних тестів (70%), пробіотики були настільки ж ефективними, як і лактулоза [11]. Здається, кишкова мікробіота таким чином відкриває привабливі терапевтичні можливості, їх вплив залишається оцінювати в майбутньому.
Бібліографія:
1. Квіглі Е.М. (2013). "Кишкові бактерії в стані здоров’я та хвороб". Гастроентерол Гепатол (N Y). 9: 560–9. PMC 3983973. PMID 24729765.
2. Саксена, Р .; Шарма, В. К. (2016). «Метагеномічне розуміння мікробіому людини: його наслідки для здоров’я та хвороб». У Д. Кумара; С. Антонаракіс. Медична та охоронна геноміка. Elsevier Science. с. 117. doi: 10.1016/B978-0-12-420196-5.00009-5. ISBN 978-0-12-799922-7.
3. Лозупоне, Катерина А.; Стомба, Джессі I.; (2012). «Різноманітність, стабільність та стійкість мікробіоти кишечника людини» Природа. 489 (7415): 220–30. Біб-код: 2012Natur.489.220L. doi: 10.1038/nature11550. PMC 3577372. PMID 22972295.
4. Yoon MY, Lee K, Yoon SS (2014). «Захисна роль коменсальних мікробів кишечника проти кишкових інфекцій». J Мікробіол. 52 (12): 983–9. doi: 10.1007/s12275-014-4655-2. PMID 25467115.
5. Sommer F, Bäckhed F (2013). “Мікробіота кишечника - майстри розвитку та фізіології господаря”. Nat Rev Microbiol. 11 (4): 227–38. doi: 10.1038/nrmicro2974. PMID 23435359.
6. Шен С, Вонг CH (2016). «Помилкове запалення: роль мікробіоти кишечника». Імунологія Клін Транс (огляд). 5 (4): e72. doi: 10.1038/cti.2016.12. PMC 4855262. PMID 27195115.
7. Лицар, DJW; Girling, KJ (2003). «Флора кишечника в стані здоров’я та хвороб». Ланцет. 361 (9371): 512–9.
8. Ван Х, Лі І.С., Браун С (липень 2016 р.). "Вплив пробіотиків на функції центральної нервової системи у тварин і людини - систематичний огляд". J. Neurogastroenterol Motil. doi: 10.5056/jnm16018. PMID 27413138.
9. Boulangé CL; та ін. (2016). "Вплив мікробіоти кишечника на запалення, ожиріння та метаболічні захворювання". Геном Мед. (Огляд). 8 (1): 42. doi: 10.1186/s13073-016-0303-2. PMC 4839080. PMID 27098727.
10. Bailey LC, Forrest CB, Zhang P, DeRusso P. 2014. Асоціація антибіотиків у грудному віці з ожирінням у ранньому дитячому віці. Педіатр JAMA 168 (11): 1063-9.
11. Пратап Мулі V та ін. Вплив пробіотику VSL №3 на лікування мінімальної печінкової енцефалопатії: рандомізоване контрольоване дослідження, що не має погіршення якості. Гепатол Res. Epub 2014 29 вересня.
12. Університет Глазго. 2005. Нормальна флора кишечника. Доступний через веб-архів. Доступ 22 травня 2008 року.