Микроорганизмы можно найти во льдах и горячих источниках, в почве полярных стран и тропиков, на растениях и в желудочнокишечном тракте животных и человека, на любых растительных и животных остатках, на любом пищевом производстве.
Видовой состав микроорганизмов в зависимости от условий обитания бывает различным. Совокупность микроорганизмов, обитающих в данной среде, называют микрофлорой .
Микрофлора почвы
Из всех природных сред почва является наиболее благоприятной для развития микроорганизмов. В ней всегда имеются необходимые питательные вещества, влага, кислород; она хорошо защищает микробы от губительного воздействия прямых солнечных лучей и от высыхания.
Разные типы почв отличаются химическим составом, структурой, содержанием влаги и воздуха, реакцией среды. Поэтому состав и количество обитающих в них микроорганизмов не одинаковы. На состав и количество микроорганизмов в почве влияют также климатические условия, время года, растительный покров и другие условия. В поверхностном слое почвы (исключая самый верхний тонкий слой) на глубине 1-2 см содержится микроорганизмов в 10-20 раз больше, чем на глубине 25 см.
В верхних слоях, богатых растительными и животными остатками и хорошо снабженных воздухом, преобладают аэробные микроорганизмы, способные разлагать сложные органические соединения. В более глубоких почвенных слоях меньше органических соединений и воздуха, в результате чего там преобладают анаэробные бактерии.
Из почвы микроорганизмы попадают на растения. На поверхности растений и цветов имеются углеводы и другие органические соединения, там часто обитают молочнокислые бактерии.
В почве обитают самые различные микроорганизмы. Особенно широко распространены в ней гнилостные, маслянокислые бактерии, грибы и др. В почве могут содержаться также болезнетворные микроорганизмы - возбудители бруцеллеза, столбняка, сибирской язвы, ботулизма и др. Поэтому почвенные загрязнения молочных продуктов непосредственно или через воду представляют большую опасность.
Микрофлора воды
Вода имеет очень большое значение в жизни и хозяйственной деятельности человека. В молочной промышленности ее применяют для мойки оборудования, восстановления сухого молока, промывки масла и др. В воде могут находиться микроорганизмы, оказывающие вредное влияние на качество молочных продуктов - споровые палочки, разлагающие белки, бактерии, разлагающие жир, кишечная палочка и др.
Поверхностные воды, т. е. воды открытых водоемов (рек, озер, прудов, водохранилищ), отличаются большим разнообразием и непостоянством химического состава и состава микрофлоры. Эти воды загрязняются остатками растений, промышленными и бытовыми отбросами. Загрязнения попадают в водоемы главным образом с дождевыми потоками и со сточными водами промышленных предприятий. Вместе с различными органическими и минеральными загрязнениями в водоемы вносится масса микроорганизмов, среди которых могут попадать патогенные.
Возбудители кишечных заболеваний длительно сохраняют в воде свою жизнедеятельность. Так, сальмонеллы живут в воде от 2 до 93 сут, возбудители дизентерии - от 15 до 27, холеры - от 4 до 28 сут. В воде открытых водоемов микроорганизмы постепенно разрушают органические вещества. По мере протекания этого процесса количество микроорганизмов снижается - их потребляют как источник пищи другие низшие организмы. В свою очередь эти организмы идут в пищу рыбам. Такой процесс очищения водоемов называется естественным самоочищением . При попадании в водоемы больших количеств органических загрязнений микроорганизмы оказываются не в состоянии их переработать. Поэтому спуск сточных вол в водоемы без предварительной очистки запрещен. Сточные воды подвергают очистке на полях фильтрации или орошения, а также с помощью специальных очистных сооружений, где процесс разложения органических веществ микроорганизмами активизируется во много раз по сравнению с условиями естественной очистки.
Загрязненность воды и содержание микроорганизмов в открытых водоемах резко возрастает в период половодья или после обильных дождей. Вниз по течению от населенного пункта вода всегда более загрязненная, чем вверх от него.
Подземные воды содержат значительно меньше микроорганизмов, чем воды открытых водоемов, так как при образовании водоносного слоя они просачиваются сквозь толстые слои грунта и подвергаются тщательной фильтрации. Состав микрофлоры подземных вод зависит главным образом от глубины залегания водоносного слоя, характера грунта и почвы. Артезиаиские воды, находящиеся на больших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Подземные воды, добываемые из обычных колодцев из неглубоких водоносных слоев, куда могут просачиваться поверхностные загрязнения, содержат обычно значительное количество микроорганизмов. Чем выше расположены грунтовые воды, тем обильнее их микрофлора.
Водопроводная вода также не лишена микробов, их содержание зависит от источника водоснабжения. Количество микробов в воде из водопроводной сети, которая питается из артезианской скважины, незначительно, поэтому ее используют часто без очистки, после дезинфекции, а иногда и без дезинфекции. Если же водопровод питается водой из открытого водоема, ее предварительно подвергают специальной обработке.
Вода, применяемая в молочной промышленности, должна отвечать требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Согласно этим требованиям, питьевая вода по составу и свойстве должна быть безопасной в эпидемическом отношении, безвредной по химическому составу и иметь хорошие органолептические свойства. Общее число бактерии в 1 мл воды не должно превышать 100, количество кишечных палочек (коли-индекс) должно быть не более трех в 1 л, колититр - не ниже 300 мл. Воду, не удовлетворяющую этим требованиям, необходимо хлорировать.
Лед, применяемый для охлаждения молока и молочных продуктов, имеет разнообразную микрофлору. Лед, заготовляемый в замерзших открытых водоемах, содержит массу микроорганизмов, среди них могут встречаться и болезнетворные. Микрофлора льда находится в бездеятельном состоянии из-за низкой температуры среды. При таянии льда и наступлении благоприятных условий микроорганизмы начинают быстро размножаться. Лед, заготавливаемый путем намораживания водопроводной воды, значительно чище льда открытых водоемов. Лед, заготавливаемый в открытых водоемах или намораживанием, непригоден для пищевых целей. При хранении молока и молочных продуктов с использованием льда он не должен соприкасаться с ними.
Микрофлора воздуха
В воздушную среду микроорганизмы попадают с поверхности почвы, предметов вместе с пылью и с мельчайшими капельками влаги, сдуваемыми с поверхности водоемов. Микроорганизмы вместе с пылью находятся в воздухе во взвешенном состоянии и могут переноситься на большие расстояния.
В воздухе микробы не могут размножаться, на многие из них губительно действуют недостаток влаги и солнечный свет. Однако они могут временно сохранять в воздухе жизнеспособность.
Микрофлора воздуха не является постоянной, она меняется в зависимости от микрофлоры поверхности данного участка земли, климатических условий, времени года и других факторов. Чем больше в воздух попадает пыли с поверхности земли, тем больше в нем микробов. Зимой в воздухе микробов гораздо меньше, чем летом. Ветер, движение транспорта способствуют увеличению количества микробов в воздухе, выпадающие осадки (снег, дождь) очищают его от микроорганизмов.
Микрофлора воздуха чаще всего состоит из микрококков, сарцин, спор бактерий и плесневых грибов, дрожжей. В воздухе могут находиться и болезнетворные микроорганизмы, например туберкулезные и дифтерийные палочки, коагулазоположительные стафилококки и др.
Воздух скотных дворов при плохом санитарном состоянии может быть загрязнен микрофлорой, содержащейся в навозе и кормах. Во избежание попадания этой микрофлоры в молоко в процессе доения раздачу кормов, чистку животных и уборку помещений производят до доения.
Значительное загрязнение молока и молочных продуктов может быть вызвано мухами. На теле одной мухи находится до 1,5 млн. микробов, среди них преимущественно бактерии группы кишечной палочки, могут быть также болезнетворные (из туалетов).
В воздухе предприятий молочной промышленности обычно преобладают молочнокислые бактерии, дрожжи, бактерии группы кишечной палочки, попадающие туда при разбрызгивании и высыхании молока. Кроме того, в цехах, вырабатывающих сыр, творог, в воздухе часто обнаруживают бактериофаг, попадающий в него при разбрызгивании сыворотки. В воздухе сырохранилищ и холодильных камер чаще всего обнаруживаются плесени.
Для снижения запыленности воздуха в производственных помещениях производят влажную уборку, разбрызгивание раствора хлорной извести, облучение бактерицидными лампами, осуществляют мероприятия по борьбе с мухами.
Микрофлора кормов
В высушенном сене приостанавливаются все микробиологические процессы, многие микробы постепенно вымирают в процессе хранения, преобладающей микрофлорой сена становятся споровые палочки (их споры). Поэтому сухие корма, особенно содержащие много пылевидных частиц, являются источником обсеменения молока споровыми палочками.
В основе процесса приготовления силоса лежит молочнокислое брожение, происходящее в силосной массе под влиянием находящихся на растениях молочнокислых бактерий. Накапливающаяся молочная кислота подавляет развитие вредных бактерий и предотвращает порчу силоса. В случаях, когда силос сильно загрязнен частицами почвы и по тем или иным причинам оказывается подавленным молочнокислый процесс, в нем может начаться гниение, плесневение или маслянокислое брожение, приводящее к образованию масляной кислоты. Такой силос плохо поедается животными, при скармливании его маслянокислые бактерии могут попасть в молоко. Для предотвращения порчи силоса при его закладке применяют специальные закваски молочнокислых бактерий.
Микрофлора вымени, кишечника и кожи животных
Вымя здорового животного не содержит или содержит очень мало микроорганизмов. В нем остаются жизнеспособными лишь небольшое количество видов - микрококки, стрептококки и палочки. Основная часть микрофлоры находится в сосковых канальцах. При антисанитарных условиях содержания вымени в сосковых канальцах могут образовываться пробки микробного происхождения. При заболеваниях коров стафилококковым или стрептококковым маститом (воспаление вымени) в вымени содержится огромное количество возбудителей этих заболеваний. При заболеваниях коров инфекционными болезнями в вымя через кровь попадают вирус ящура (при ящуре), туберкулезные палочки (при туберкулезе), бруцеллы (при бруцеллезе).
Основными представителями микрофлоры кишечника животных являются молочнокислые бактерии - стрептококки и палочки, энтерококки - стрептококки кишечного происхождения, бактерии группы кишечной палочки, маслянокислые, пропионовокислые бактерии, различные вида аэробных и анаэробных гнилостных бактерий. В 1 г навоза содержится до нескольких миллиардов бактерий.
Наружная часть вымени и кожа животного почтя всегда загрязнены частицами навоза, содержащими специфическую кишечную микрофлору.
Для предупреждения загрязнения молока вымя коров периодически тщательно обмывают и дезинфицируют специально разработанными моющими средствами.
Микрофлора желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей и кожи человека
Преобладающей микрофлорой желудочно-кишечного тракта человека являются бактерии группы кишечной палочки и энтерококки. В испражнениях человека, больного кишечными инфекциями (дизентерией, брюшным тифом и др.) или являющегося бактериовыделителем, содержатся возбудители этих инфекций.
Основными источниками обсеменения пищевых продуктов этими микроорганизмами являются руки и одежда обслуживающего персонала при несоблюдении правил личной гигиены.
В дыхательных путях человека часто обнаруживаются коагулазоположительные стафилококки, которые могут попадать в воздух и на продукты.
Возбудителями гнойничковых заболеваний рук являются коагулазоположительные стафилококки, которые в огромном количестве содержатся в гное. Поэтому ежедневно перед началом работы на предприятиях молочной промышленности проводят проверку рук работников на наличие гнойничковых заболеваний.
Из нескольких сотен видов бактерий, населяющих кишечник, количественно преобладают бифидобактерии и бактероиды, доля которых составляет 25 % и 30 % соответственно по отношению к общему количеству анаэробных бактерий.
До рождения ребенка его желудочно-кишечный тракт не населен бактериями. В момент рождения происходит быстрое заселение кишечника ребенка бактериями, входящими в состав желудочно-кишечной и влагалищной флоры матери. В результате образуется сложное сообщество микроорганизмов, состоящее из бифидобактерии, лактобацилл, энтеробактерий, клостридий и грамположительных кокков. После этого состав микрофлоры подвергается изменениям в результате действия окружающей среды, важнейшим из которых является питание ребенка.
Уже в 1900 г. немецкими учеными было доказано, что у детей, находящихся на грудном вскармливании, основным компонентом кишечной микрофлоры являются бифидобактерии. Такая микрофлора, с преобладанием бифидобактерий, выполняет защитные функции и способствует созреванию механизмов иммунной системы ребенка. Напротив, у детей, находящихся на искусственном вскармливании, количество бифидобактерий в толстом кишечнике значительно меньше и видовой состав кишечной микрофлоры менее разнообразен.
Видовой состав бифидобактерий в кишечнике детей, находящихся только на грудном вскармливании, представлен многочисленными видами и модификациями. Колонии некоторых видов бифидобактерий, обитающих в кишечнике взрослого человека, отсутствуют, что полностью согласуется с нормальным видовым составом бифидобактерий в кишечнике грудных детей.
В то же время у детей, находящихся на искусственном вскармливании, состав кишечной микрофлоры более разнообразен и содержит одинаковые количества бифидобактерий и бактероидов. Минимальными компонентами кишечной микрофлоры у детей, находящихся на естественном вскармливании, являются лактобациллы и стрептококки, а у детей, находящихся на искусственном вскармливании, - стафилококки, кишечная палочка и клостридии. При добавлении в питание ребенка твердой пищи у детей, находящихся на естественном вскармливании, количество бифидобактерий в толстом кишечнике уменьшается. В возрасте 12 месяцев у детей состав и количество анаэробных (способных развиваться без доступа атмосферного кислорода) микроорганизмов в толстом кишечнике приближается к таковому у взрослых людей.
В желудочно-кишечном тракте человека обитает множество бактерий, которые, по сути, являются "сожителями" своего "хозяина". Как это ни странно звучит, организм "хозяина" так же нуждается в микробных обитателях, как и они в его поддержке.
Основная часть микроорганизмов поступает в просвет желудочно-кишечного тракта из ротоглотки и с пищей.
В составе нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта выделено более 400 видов неболезнетворных аэробных (способных развиваться в атмосфере) и факультативно анаэробных бактерий.
В кишечный биоценоз входит также небольшое количество условно болезнетворных организмов, образующих так называемую "остаточную колонию": стафилококки, грибы, протей и т. п.
Состав микрофлоры неодинаков на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. В верхнем и среднем отделах тонкой кишки популяция микроорганизмов сравнительно небольшая (в начале тощей кишки их содержание не более 100 микроорганизмов на 1 мл содержимого) и включает преимущественно грамположительные аэробные бактерии, небольшое количество анаэробных бактерий, дрожжей и грибов.
Наибольшее содержание микроорганизмов наблюдается в толстой кишке. Здесь их концентрация достигает 1010-1011 и более на 1 г содержимого.
В толстой кишке обитает основная масса анаэробных микроорганизмов. "Главную популяцию" (около 70 %) составляют анаэробные бактерии - бифидобактерии и бактероиды. В качестве "сопутствующих" выступают лактобациллы, кишечная палочка, энтерококки.
Бактерии, населяющие просвет желудочно-кишечного тракта, выполняют ряд функций, имеющих весьма важное значение для организма "хозяина".
Микробы играют важнейшую роль во внутрипросветном пищеварении, в частности, участвуют в переваривании пищевых волокон (целлюлозы), ферментативном расщеплении белков, высокомолекулярных углеводов, жиров и в процессе обмена веществ вырабатывают ряд полезных для организма новых веществ.
Главный представитель анаэробной кишечной микрофлоры - бифидобактерии - вырабатывают аминокислоты, белки, витамины В1, В2, В6, В12, викасол, никотиновую и фолиевую кислоты. Выдвинуто предположение, что некоторые вещества, вырабатываемые бифидобактериями, обладают специальными свойствами и способствуют снижению риска заболеваемости раком толстой кишки.
Среди аэробных (зависящих от атмосферного воздуха) микроорганизмов важнейшая роль в процессах расщепления белков принадлежит кишечной палочке, обладающей большими и разнообразными свойствами. Так, один из видов кишечной палочки вырабатывает несколько витаминов (тиамин, рибофлавин, пиридоксин, витамины В12, К, никотиновую, фолиевую, пантотеновую кислоты), участвует в обмене холестерина, билирубина, холина, желчных и жирных кислот, и также влияет на всасывание железа и кальция.
Образующиеся под влиянием микрофлоры продукты переработки белка (индол, фенол, скатол) оказывают регулирующее воздействие на нормальную работу кишечника.
В последнее время все больше и больше изучается роль кишечной микрофлоры в формировании иммунной системы организма и защите организма от заболеваний.
Представители нормальной кишечной микрофлоры вырабатывают вещества с антибактериальной активностью (такие как бактериокины и короткоцепочечные жирные кислоты, лактоферрин, лизоцим), которые предотвращают внедрение болезнетворных микроорганизмов и подавляют избыточное размножение условно-болезнетворной микрофлоры. Кишечные палочки, энтерококки, бифидобактерии и лактобациллы обладают наиболее выраженными подавляющими свойствами в отношении болезнетворных микроорганизмов.
Продуктами жизнедеятельности молочнокислых бактерий (бифидобактерии, лактобацилл) и бактероидов являются молочная, уксусная, янтарная, муравьиная кислоты. Это обеспечивает поддержание показателя кислотности внутрикишечного содержимого на уровне 4,0-3,8, благодаря чему тормозится рост и размножение болезнетворных и гнилостных микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте.
Ограниченные первоначально представления о "местной" защитной роли кишечных микроорганизмов существенно расширились за последние годы. Современной медицинской наукой подчеркивается важность непрерывного "общения" человеческого организма-"хозяина" со своими бактериями-"сожителями". Путем контакта с бактериями через слизистую оболочку и постоянного проникновения небольшого количества бактерий, их антигенов и продуктов жизнедеятельности в кровеносную систему поддерживается иммунитет человека, в том числе, вероятно, поддерживается "тонус" противоопухолевой защиты.
Микрофлора желудочно-кишечного тракта активно участвует в химических превращениях многих веществ внутреннего и внешнего происхождения, в частности, лекарств. В процессе кишечно-печеночного обмена вещества, поступающие из просвета кишечника в печень, подвергаются сложным биохимическим процессам, и многие из них затем вновь выделяются с желчью. В просвете кишечника под действием ферментов кишечной микрофлоры они подвергаются многочисленным изменениям, без которых нормальное функционирование организма невозможно, после чего вновь всасываются и возвращаются в печень по воротной вене.
Механизмы поддержания нормального "микробного равновесия" в просвете желудочно-кишечного тракта и сдерживания микробного роста включают защитные факторы слизистой оболочки (противоинфекционные свойства соляной кислоты желудка, выработка слизи и антител), а также нормальную перистальтическую (сокращение мышц кишечника) активность кишечника, в процессе которой часть бактерий регулярно удаляется из организма. Целостность щеточной каемки энтероцитов также выступает как важное звено защиты, поскольку выполняет роль "бактериального препятствия", не допускающего контакта бактерий с клетками слизистой оболочки.
Количественный и качественный состав кишечной микрофлоры может изменяться под воздействием различных причин как внутриорганизменного, так и внешнего происхождения. Однако это изменение следует рассматривать как вторичное по отношению к основной причине.
Микрофлора кишечника – это совокупность непатогенных микроорганизмов, которые обитают в кишечнике у здорового человека. Организмы людей и бактерии сосуществуют в условиях взаимовыгодного сотрудничества – симбиоза. Флора в кишечнике появляется еще в младенчестве и сохраняется на протяжении всей жизни человека.
Представители кишечной флоры
Микроорганизмы в кишечнике человека
| Нормальные | Условно-патогенные | Патогенные | |
|---|---|---|---|
| Наименование бактерий |
|
|
|
Нарушение микрофлоры кишечника
Изменение состава микрофлоры кишечника может повлечь за собой серьезные последствия.
Оно может быть связано как с проникновением патогенных микроорганизмов, которые в норме не обнаруживаются в пищеварительной системе, так и со снижением содержания нормальной микрофлоры – .
Причины
Симптомы
Симптоматика дисбактериоза зависит от степени выраженности нарушений и наличия сопутствующих заболеваний.
- . У больного возникает метеоризм, отрыжка, может появиться диарея или запор. Пациенты постоянно ощущают неприятный привкус во рту.
- . Многие больные отмечают появление пищевой аллергии к тем продуктам, которые ранее переносились нормально. Такое проявление наиболее характерно для детей. Аллергия может выражаться как кожными симптомами (зудом, крапивницей, отеками), так и кишечными признаками. К ним относятся резкие боли в нижней части живота, тошнота, рвота, жидкий стул с пеной.
- Нарушение всасывания. При продолжительном наличии дисбактериоза это приводит к изменению всего метаболизма – возникновению энергетической недостаточности, гиповитаминозов. Состояние обычно сопровождается анемией, нехваткой кальция и другими ионными нарушениями.
- Интоксикация. Характеризуется возникновением слабости, головной боли, незначительным повышением температуры.
Как проверить микрофлору кишечника?
Для оценки состояния кишечной микрофлоры пациенту проводится . Для этого берется или соскоб, или аспират из кишечника. Полученный материал отправляется на бактериологическое исследование. В лаборатории делают посев бактерий на питательные среды. По выросшим колониям микроорганизмов можно судить о состоянии кишечной флоры. Это исследование является точным способом диагностировать ее нарушения.
Косвенным образом о наличии дисбактериоза могут свидетельствовать методики исследования, которые направлены на обнаружение изменений состава испражнений. К ним относятся и биохимическое исследование каловых масс. Такая диагностика позволяет обнаружить характерные химические изменения, которые свидетельствуют о наличии в кишечнике тех или иных микроорганизмов.
Профилактика и лечение нарушений микрофлоры
Питание
В первую очередь предполагает составление сбалансированного рациона. В него обязательно должны входить кисломолочные продукты, содержащие . Пища должна содержать достаточно натуральных витаминов. При риске сезонного гиповитаминоза рекомендуется дополнительно использовать поливитаминные комплексы.
Уничтожение патогенных бактерий
Для устранения болезнетворных микроорганизмов из кишечника используются специальные антибактериальные препараты с селективным воздействием. Они не влияют на состояние нормальной микрофлоры, но при этом уничтожают вредные бактерии. В эту группу входят невсасывающиеся антибиотики (например, нифуроксазид) и
15 322
Люди различаются не только по группам крови, но и по составу кишечной микрофлоры.
В начале 20 века ученые обнаружили, что каждый человек принадлежит к одному из четырех типов крови. Теперь они открыли новый способ классификации человечества — по бактериям. Согласно исследованиям, все мы имеем одну из трех экосистем в нашем кишечнике.
Все исследования проводились в рамках международного проекта»Микробиом человека» (Human Microbiome Project — HMP).
Генетический анализ образцов из различных областей тела выявили разнообразные и динамичные сообщества микробов (микробиомы), населяющих не только кишечник и области, подверженные воздействию внешнего мира, но и части тела, которые, как предполагалось, были свободны от микробов. «Нет ткани в организме человека, которая была бы абсолютно стерильной, в том числе репродуктивные ткани и, если на то пошло, еще не родившийся ребенок не является стерильным», говорит биолог университета Вандербильта Set Bordenstein.
Эти микробные сообщества (наша внутренняя фауна), вероятно, играют ключевую роль в здоровье человека и его болезнях.
Так как микрофлора пищеварительного тракта является наиболее представительной, ученые исследуют её в первую очередь. Здесь живет такое множество бактерий, что для их описания существует термин – кишечный микробиом (кишечная микрофлора). В этой экосистеме различные типы микробов выполняют разные задачи, поэтому их количество меняется в зависимости от особенностей среды обитания.
Каждый человек является хозяином тысячи различных видов микробов. Тем не менее, ученые классифицировали только три различные экосистемы в кишечнике людей. При этом они отмечают, что сочетание микробов не является случайным.
Как были идентифицированы энтеротипы?
Jeroen Raes, ученый из Института биологии в Брюсселе, и его коллеги проанализировали ДНК в фекалиях людей из Японии, Дании, США, Франции и Испании. Путем сравнения последовательностей ДНК для 1500 бактериальных и других видов, они исключили все ДНК человека и идентифицировали многие бактерии, для которых средой обитания является человек.
Ученые из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге (Германия) впервые использовали образцы стула для анализа кишечной флоры лиц с трех разных континентов (Европа, Азия и Америка). К своему удивлению, они обнаружили, что в зависимости от преобладания того или иного вида бактерий в кишечнике людей можно разделить на 3 различных типа кишечной микрофлоры (3 энтеротипа), и эта комбинация микробов далеко не произвольная.
Как и в случае с группами крови, исследователи не могли найти связь с образом жизни, генным профилем, полом, весом и национальностью. Они обнаружили, что люди из Японии и Франции, к примеру, могут иметь более подобные друг другу экосистемы, чем со своими соотечественниками. Ученые пока не знают, почему формируются эти различные энтеротипы, но полагают, что они могут быть связаны с различиями в том, как разные иммунные системы различают «дружественные» и вредные бактерии.
Также одним из возможных объяснений является то, что кишечник, младенцев случайным образом колонизируется различными видами микробов.
Еще одним объяснением является отрезок времени, который требуется для пищи, чтобы пройти через нашу пищеварительную систему. Если она идет медленно, это предоставляет возможности для роста более разнообразных видов.
В настоящее время ученым удалось определить, что количество микроорганизмов, участвующих в разрушении углеводов в кишечнике пожилых людей больше, чем у молодых. Вероятно, это связано с тем, что с возрастом организм становится менее эффективными при обработке этих питательных веществ, поэтому для своего выживания в кишечнике человека, бактерии берут на себя эту задачу, а, следовательно, увеличивается их численность.
Что представляют из себя эти три экосистемы?
Исследователи назвали их Bacteroides, Prevotella и Ruminococcus. Они отражают виды, которые преобладают (доминируют) в каждой из трёх экосистем. Энтеротипы различаются по эффективности в переработке пищи, синтезу витаминов и другим показателям. Они формируются как следствие особенностей метаболизма микроорганизмов, входящих в сообщество.
Энтеротип 1 . Кишечная экосистема Бактероиды (Bacteroides).
Состоит в основном из бактерий, которые получают бóльшую часть своей энергии путем ферментации сахаров и белков. Бактероиды не образуют спор, но могут образовывать капсулы. К этому энтеротипу принадлежат лакто- и бифидобактерии.
Это анаэробные бактерии, наиболее типичные нормальные обитатели кишечника человека, составляющие около половины всей его микрофлоры. Различные штаммы бактероидов появляются у человека уже через 10 дней после рождения, а основным местом их обитания является толстая кишка. Бактероиды находятся в полостных органах человека, которые связаны с внешней средой, но у здоровых людей они отсутствуют в брюшной полости и стерильных внутренних органах.
Энтеротип 1 в большей степени характерен для людей, употребляющих большее количество мясной пищи (белка) и жиров животного происхождения, т.е. преимущественно для западной диеты.
Бактероиды являются сахаролитическими микроорганизмами, но они также способны к ферментации протеинов. Основными продуктами брожения являются янтарная, уксусная, молочная и изовалериановая кислоты.
Бактероиды являются одними из важных видов в кишечнике человека, т.к. они обеспечивают организм питательными веществами и подавляют патогены. Бактероиды являются антагонистами шигелл, сальмонелл и некоторых видов эшерихий. Бактероиды активно метаболизируют углеводы, что снижает риск ожирения.
Энтеротип Бактероиды включает более высокую долю бактерий, которые производят большое количество витаминов С, В2, В5 В7 (биотин).
Бактероиды оказывают положительное воздействие на здоровье людей, т.к. они разрушают опасные токсины в пище, а также ферментируют около 15% от калорийности употребляемых продуктов, и их метаболизм помогает пищеварению.
Однако существуют и отрицательные последствия воздействия Бактероидов на человека, когда они выходят за пределы толстой кишки в окружающие ткани и органы.
Они могут вызывать различные гнойно-воспалительные заболевания после травм и операций, при иммунодефиците или онкопатологии. Это может быть перитонит , сепсис, абсцессы, эндокардит, тонзиллит, эндометрит, аднексит, хронические упорно протекающие простатит и уретрит, пародонтоз и др. Бактероиды являются причиной более чем 50% всех внутрибрюшинных анаэробных инфекций.
В связи с тем, что анаэробное культивирование является трудным процессом, а значит и высокой стоимостью исследования, бактероиды во многих лабораториях при анализах не определяются.
Энтеротип 2 . Кишечная э косистема Превотелла (Prevotella).
Содержит большое количество микробов, которые черпает энергию при биодеградации муцинов и гликопротеидов слизи. Это анаэробные неспороносные бактерии.
Превотелла входит в состав нормальной микрофлоры полости рта, верхних респираторных путей, влагалища, желудка здоровых людей (в том числе инфицированных Helicobacter pylori) и ряда других органов.
Энтеротип 2 в большей степени характерен для людей, употребляющих большее количество растительной пищи, особенно клетчатки и углеводов, что более распространено в аграрных обществах.
Доминированию вида Превотелла благоприятствует диета богатая углеводами. Превотелла специализируются на переваривании сахара, производстве витамина В1 и фолиевой кислоты.
Отрицательным воздействием Преволетта является то, что в процессе жизнедеятельности они способны разрушать защитный слизистый покров, вызывая его деградацию, что предрасполагает к дефектам слизистой оболочки кишечника.
Энтеротип 3. Кишечная экосистема Руминококки (Ruminococcus).
Руминококки играют ключевую роль в высвобождении энергии из пищевых крахмалов. Они также способны разлагать муцины и расщеплять целлюлозу.
Руминококки являются одним из видов, отвечающих за усвоение растительных полисахаридов.
Руминококки улучшают всасывание углеводов и помогают клеткам поглощать сахар, поэтому с этим энтеротипом связано более частое развитие ожирения, но более низкая частота развития рака кишечника вследствие повышенного образования бутановой (масляной) кислоты. Она является основным энергетическим материалом для кишечных клеток, улучшает общее состояние ворсинок кишечника, помогает перевариванию пищи и всасыванию питательных веществ, повышает иммунологическую функцию.
Масляная кислота проявляет противораковое и противовоспалительное действие, препятствует развитию и обострению заболеваний толстого кишечника (язвенный колит, злокачественные новообразования и др.), влияет на аппетит, предупреждает развитие окислительного стресса. Является безопасной альтернативой антибиотикам. Создавая кислую среду, масляная кислота создаёт неблагоприятные условия для жизни и развития условно-патогенной микрофлоры. Уменьшает колонизацию кишечника такими бактериями как эшерихии, сальмонеллы, клостридии.
Вывод:
В отличие от групп крови, которые не меняются на протяжении всей жизни, энтеротип может изменяться. Рацион человека является решающим фактором в формировании энтеротипа. Один энтеротип будет доминировать над другим в зависимости от диеты. У тех людей, которые в больше степени употребляют растительную и углеводную пищу, будет преобладать микроорганизмы Prevotella, а у людей больше употребляющих белковой и жирной пищи будет доминировать Bacteroides. Переход с продуктов животного происхождения на растительные продукты приводит к изменению энтеротипа. Однако только долгосрочные диеты могут оказать на него влияние, при временной смене диеты энтеротип не меняется.
Почему важно изучать энтеротипы?
- Ваш энтеротип может когда-нибудь рассказать медработнику о вас больше, чем даже собственный генетический профиль. В конце концов, ваши гены только 1% от того, что вы носите в себе.
- «Исследования микробиома могут открыть широкие возможности для предотвращения ряда заболеваний, от ожирения и диабета до рака желудочно-кишечного тракта», считает доктор Актипус.
- Различия в типах микроорганизмов могли бы объяснить различия в нашей способности переваривать пищу и противостоять болезням, а также реагировать на лекарства.
- Знание энтеротипа позволяет предположить, каким заболеваниям подвержен человек. При диагностике или прогнозировании появления у пациента конкретного заболевания, врачи могли бы искать причины не только в организме пациента, но и в бактериях, которые в нем живут.
- Вероятно, можно будет назначать лечение, адаптированное к типу кишечника пациента, чтобы обеспечить наилучшие результаты.
- Недавно проведенные исследования установили связь между изменениями кишечной микрофлоры и такими распространенными заболеваниями как ожирение, аллергия, диабет, дисфункция кишечника, болезнь Крона и даже такими заболеваниями как аутизм, шизофрения и депрессия. Ученые обнаружили, что люди с астмой, экземой или ожирением имеют другой набор микробов, чем у здоровых людей и у лиц с нормальным весом. Исследователи нашли связь между ожирением и обилием бактерий, которые извлекают энергию из пищи для своих собственных нужд. Сколько открытий ещё впереди?
- Бактериальные гены могут в один прекрасный день быть использованы, чтобы помочь диагностировать, лечить и прогнозировать течение такого заболевания, как колоректальный рак.
- Врачи могли бы использовать энтеротипы, чтобы найти альтернативу антибиотикам, которые становятся все более и более неэффективным.Вместо того чтобы пытаться уничтожить болезнетворные бактерии, которые нарушили экологический баланс кишечника, можно попытаться обеспечить поддержку для хороших бактерий.
Микрофлора кишечника человека является составляющей человеческого организма и выполняет многочисленные жизненно важные функции. Общая численность микроорганизмов, обитающих в различных частях макроорганизма, приблизительно на два порядка превышает численность его собственных клеток и составляет около 10 14-15 . Совокупный вес микроорганизмов человеческого тела составляет около 3-4 кг. Наибольшее число микроорганизмов приходится на желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), включая ротоглотку (75-78%), остальные заселяют мочеполовые пути (до 2-3% у мужчин и до 9-12% у женщин) и кожные покровы.
У здоровых лиц в кишечнике насчитывается более 500 видов микроорганизмов. Общая масса микрофлоры кишечника составляет от 1 до 3 кг. В разных отделах ЖКТ количество бактерий различно, большинство микроорганизмов локализованы в толстой кишке (около 10 10-12 КОЕ/мл, что составляет 35-50% ее содержимого). Состав кишечной микрофлоры достаточно индивидуален и формируется с первых дней жизни ребенка, приближаясь к показателям взрослого к концу 1-го — 2-му году жизни, претерпевая некоторые изменения в пожилом возрасте ( ). У здоровых детей в толстой кишке обитают представители факультативно-анаэробных бактерий рода Streptococcus, taphylococcus, Lactobacillus, nterobacteriacae, Candida и более чем 80% биоценоза занимают анаэробные бактерии, чаще грамположительные: пропионобактерии, вейлонеллы, эубактерии, анаэробные лактобациллы, пептококки, пептострептококки, а также грамотрицательные бактероиды и фузобактерии.
Распределение микроорганизмов по ходу ЖКТ имеет достаточно строгие закономерности и тесно коррелирует с состоянием пищеварительной системы ( ). Большинство микроорганизмов (около 90%) присутствуют в тех или иных отделах постоянно и являются основной (резидентной) микрофлорой; около 10% составляет факультативная (или добавочная, сопутствующая микрофлора); и 0,01-0,02% приходится на долю случайных (или транзиторных, остаточных) микроорганизмов. Условно принято считать, что главная микрофлора толстой кишки представлена анаэробными бактериями, тогда как аэробные бактерии составляют сопутствующую микрофлору. Стафилококки, клостридии, протей и грибы относятся к остаточной микрофлоре. Помимо этого, в толстой кишке выявляются около 10 кишечных вирусов и некоторые представители непатогенных простейших. Облигатных и факультативных анаэробов в толстой кишке всегда на порядок больше, чем аэробов, причем строгие анаэробы непосредственно адгезированы на эпителиоцитах, выше располагаются факультативные анаэробы, далее — аэробные микроорганизмы. Таким образом, анаэробные бактерии (в основном бифидобактерии и бактероиды, суммарная доля которых составляет около 60% от общего количества анаэробных бактерий) являются наиболее постоянной и многочисленной группой микрофлоры кишечника, осуществляющей основные функции.
Вся совокупность микроорганизмов и макроорганизм составляют своеобразный симбиоз, где каждый извлекает выгоды для своего существования и оказывает влияние на партнера. Функции кишечной микрофлоры по отношению к макроорганизму реализуются как локально, так и на системном уровне, при этом различные виды бактерий вносят свой вклад в это влияние. Микрофлора пищеварительного тракта выполняет следующие функции.
- Морфокинетические и энергетические эффекты (энергообеспечение эпителия, регулирование перистальтики кишечника, тепловое обеспечение организма, регуляция дифференцировки и регенерации эпителиальных тканей).
- Формирование защитного барьера слизистой оболочки кишечника, подавление роста патогенной микрофлоры.
- Иммуногенная роль (стимуляция иммунной системы, стимуляция местного иммунитета, в том числе выработки иммуноглобулинов).
- Модуляция функций цитохромов Р450 в печени и продукция Р450-схожих цитохромов.
- Детоксикация экзогенных и эндогенных токсических субстанций и соединений.
- Продукция разнообразных биологически активных соединений, активация некоторых лекарственных препаратов.
- Мутагенная/антимутагенная активность (повышение резистентности эпителиальных клеток к мутагенам (канцерогенам), разрушение мутагенов).
- Регуляция газового состава полостей.
- Регуляция поведенческих реакций.
- Регуляция репликации и экспрессии генов прокариотических и эукариотических клеток.
- Регуляция запрограммированной гибели эукариотических клеток (апоптоза).
- Хранилище микробного генетического материала.
- Участие в этиопатогенезе заболеваний.
- Участие в водно-солевом обмене, поддержание ионного гомеостаза организма.
- Формирование иммунологической толерантности к пищевым и микробным антигенам.
- Участие в колонизационной резистентности.
- Обеспечение гомеостаза симбиотических взаимоотношений прокариотических и эукариотических клеток.
- Участие в обмене веществ: метаболизме белков, жиров (поставка субстратов липогенеза) и углеводов (поставка субстратов глюконеогенеза), регуляция желчных кислот, стероидов и др. макромолекул.
Так, бифидобактерии за счет ферментации олиго- и полисахаридов продуцируют молочную кислоту и ацетат, которые обеспечивают бактерицидную среду, секретируют вещества-ингибиторы роста патогенных бактерий, что повышает резистентность организма ребенка к кишечным инфекциям. Модуляции иммунного ответа ребенка бифидобактериями также выражаются в снижении риска развития пищевой аллергии.
Лактобациллы уменьшают активность пероксидазы, оказывая антиоксидантный эффект, обладают противоопухолевой активностью, стимулируют продукцию иммуноглобулина А (IgA), подавляют рост патогенной микрофлоры и стимулируют рост лакто- и бифидофлоры, оказывают противовирусное действие.
Из представителей энтеробактерий наиболее важное значение имеет Escherichia coli M17 , которая вырабатывает колицин В, за счет чего подавляет рост шигелл, сальмонелл, клебсиелл, серраций, энтеробактеров и оказывает незначительное влияние на рост стафилококков и грибов. Также кишечная палочка способствуют нормализации микрофлоры после антибактериальной терапии и воспалительных и инфекционных заболеваний.
Энтерококки (Enterococcus avium, faecalis, faecium ) стимулируют местный иммунитет за счет активации В-лимфоцитов и повышения синтеза IgA, высвобождения интерлейкинов-1β и -6, γ-интерферона; обладают противоаллергическим и антимикотическим действием.
Кишечные палочки, бифидо- и лактобактерии выполняют витаминообразующую функцию (участвуют в синтезе и всасывании витаминов К, группы В, фолиевой и никотиновой кислот). По способности синтезировать витамины кишечная палочка превосходит все остальные бактерии кишечной микрофлоры, синтезируя тиамин, рибофлавин, никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, фолиевую кислоту, цианокобаламин и витамин К. Бифидобактерии синтезируют аскорбиновую кислоту, бифидо- и лактобактерии способствуют всасыванию кальция, витамина D, улучшают всасывание железа (благодаря созданию кислой среды).
Процесс пищеварения условно можно разделить на собственное (дистанционное, полостное, аутолитическое и мембранное), осуществляемое ферментами организма, и симбиозное пищеварение, происходящее при содействии микрофлоры. Микрофлора кишечника человека участвует в ферментации нерасщепленных ранее компонентов пищи, главным образом углеводов, таких, как крахмал, олиго- и полисахариды (в том числе и целлюлоза), а также белков и жиров.
Не всосавшиеся в тонкой кишке белки и углеводы в слепой кишке подвергаются более глубокому бактериальному расщеплению — преимущественно кишечной палочкой и анаэробами. Конечные продукты, образующиеся в результате процесса бактериальной ферментации, оказывают различное влияние на состояние здоровья человека. Например, бутират необходим для нормального существования и функционирования колоноцитов, является важным регулятором их пролиферации и дифференцировки, а также всасывания воды, натрия, хлора, кальция и магния. Вместе с другими летучими жирными кислотами он оказывает влияние на моторику толстой кишки, в одних случаях ускоряя ее, в других — замедляя. При расщеплении полисахаридов и гликопротеинов внеклеточными микробными гликозидазами образуются, помимо прочего, моносахариды (глюкоза, галактоза и т. д.), при окислении которых в окружающую среду выделяется в виде тепла не менее 60% их свободной энергии.
Среди важнейших системных функций микрофлоры — поставка субстратов глюконеогенеза, липогенеза, а также участие в метаболизме белков и рециркуляции желчных кислот, стероидов и других макромолекул. Превращение холестерина в не всасывающийся в толстой кишке копростанол и трансформация билирубина в стеркобилин и уробилин возможны только при участии бактерий, находящихся в кишечнике.
Протективная роль сапрофитной флоры реализуется как на местном, так и на системном уровнях. Создавая кислую среду, благодаря образованию органических кислот и снижению рН среды толстой кишки до 5,3-5,8, симбионтная микрофлора защищает человека от колонизации экзогенными патогенными микроорганизмами и подавляет рост уже имеющихся в кишечнике патогенных, гнилостных и газообразующих микроорганизмов. Механизм этого явления заключается в конкуренции микрофлоры за питательные вещества и участки связывания, а также в выработке нормальной микрофлорой определенных ингибирующих рост патогенов субстанций, обладающих бактерицидной и бактериостатической активностью, в том числе антибиотикоподобных. Низкомолекулярные метаболиты сахаролитической микрофлоры, в первую очередь летучие жирные кислоты, лактат и др., обладают заметным бактериостатическим эффектом. Они способны ингибировать рост сальмонелл, дизентерийных шигелл, многих грибов.
Также кишечная микрофлора усиливает местный кишечный иммунологический барьер. Известно, что у стерильных животных в lamina propria определяется очень малое количество лимфоцитов, кроме того, у этих животных наблюдается иммунодефицит. Восстановление нормальной микрофлоры быстро приводит к увеличению количества лимфоцитов в слизистой кишечника и исчезновению иммунодефицита. Сапрофитные бактерии в определенной степени обладают способностью модулировать уровень фагоцитарной активности, снижая его у людей, страдающих аллергией и, наоборот, повышая его у здоровых индивидуумов.
Таким образом, микрофлора ЖКТ не только формирует местный иммунитет, но и играет огромную роль в становлении и развитии иммунной системы ребенка, а также поддерживает ее активность у взрослого. Резидентная флора, особенно некоторые микроорганизмы, обладают достаточно высокими иммуногенными свойствами, что стимулирует развитие лимфоидного аппарата кишечника и местный иммунитет (в первую очередь за счет усиления продукции ключевого звена системы местного иммунитета — секреторного IgA), а также приводит к системному повышению тонуса иммунной системы, с активацией клеточного и гуморального звеньев иммунитета. Системная стимуляция иммунитета — одна из важнейших функций микрофлоры. Известно, что у безмикробных лабораторных животных не только подавлен иммунитет, но и происходит инволюция иммунокомпетентных органов. Поэтому при нарушениях микроэкологии кишечника, дефиците бифидофлоры и лактобацилл, беспрепятственном бактериальном заселении тонкой и толстой кишки возникают условия для снижения не только местной защиты, но и резистентности организма в целом.
Несмотря на достаточную иммуногенность, сапрофитные микроорганизмы не вызывают реакций иммунной системы. Возможно, это происходит потому, что сапрофитная микрофлора является своего рода хранилищем микробных плазмидных и хромосомных генов, обмениваясь генетическим материалом с клетками хозяина. Реализуются внутриклеточные взаимодействия путем эндоцитоза, фагоцитоза и пр. При внутриклеточных взаимодействиях достигается эффект обмена клеточным материалом. В результате представители микрофлоры приобретают рецепторы и другие антигены, присущие хозяину. Это делает их «своими» для иммунной системы макроорганизма. Эпителиальные ткани в результате такого обмена приобретают бактериальные антигены.
Обсуждается вопрос о ключевом участии микрофлоры в обеспечении противовирусной защиты хозяина. Благодаря феномену молекулярной мимикрии и наличию рецепторов, приобретенных от эпителия хозяина, микрофлора становится способной к перехвату и выведению вирусов, обладающих соответствующими лигандами.
Таким образом, наряду с низким рН желудочного сока, двигательной и секреторной активностью тонкой кишки, микрофлора ЖКТ относится к неспецифическим факторам защиты организма.
Важной функцией микрофлоры является синтез ряда витаминов. Человеческий организм получает витамины в основном извне — с пищей растительного или животного происхождения. Поступающие витамины в норме всасываются в тонкой кишке и частично утилизируются кишечной микрофлорой. Микроорганизмы, населяющие кишечник человека и животных, продуцируют и утилизируют многие витамины. Примечательно, что наиболее важную роль для человека в этих процессах играют микробы тонкой кишки, так как продуцируемые ими витамины могут эффективно всасываться и поступать в кровоток, тогда как витамины, синтезирующиеся в толстой кишке, практически не всасываются и для человека оказываются недоступными. Подавление микрофлоры (например, антибиотиками) снижает и синтез витаминов. Наоборот, создание благоприятных для микроорганизмов условий, например при употреблении в пищу достаточного количества пребиотиков, повышает обеспеченность макроорганизма витаминами.
Наиболее изучены в настоящее время аспекты, связанные с синтезом кишечной микрофлорой фолиевой кислоты, витамина В 12 и витамина К.
Фолиевая кислота (витамин В 9), поступая с продуктами питания, эффективно всасывается в тонкой кишке. Синтезирующийся в толстой кишке представителями нормальной кишечной микрофлоры фолат идет исключительно для ее собственных нужд и не утилизируется макроорганизмом. Тем не менее синтез фолата в толстой кишке может иметь большое значение для нормального состояния ДНК колоноцитов.
Кишечные микроорганизмы, синтезирующие витамин В 12 , обитают как в толстой, так и в тонкой кишке. Среди этих микроорганизмов наиболее активны в данном аспекте представители Pseudomonas и Klebsiella sp . Однако возможностей микрофлоры для полной компенсации гиповитаминоза В 12 оказывается недостаточно.
С содержанием в просвете толстой кишки фолата и кобаламина, полученных с пищей или синтезированных микрофлорой, связана способность эпителия кишечника противостоять процессам канцерогенеза. Предполагается, что одной из причин более высокой частоты опухолей толстой кишки, по сравнению с тонкой, является недостаток цитопротекторных составляющих, большинство из которых всасывается в средних отделах ЖКТ. Среди них — витамин В 12 и фолиевая кислота, которые совместно определяют стабильность клеточных ДНК, в частности ДНК клеток эпителия толстой кишки. Даже незначительный дефицит этих витаминов, не вызывающий анемию или другие тяжелые последствия, тем не менее приводит к значимым аберрациям в молекулах ДНК колоноцитов, способным стать основой канцерогенеза. Известно, что недостаточное поступление к колоноцитам витаминов В 6 , В 12 и фолиевой кислоты ассоциируется с повышенной частотой рака толстой кишки в популяции. Дефицит витаминов приводит к нарушению процессов метилирования ДНК, мутациям и, как следствие, раку толстой кишки. Риск толстокишечного канцерогенеза повышается при низком потреблении пищевых волокон и овощей, обеспечивающих нормальное функционирование кишечной микрофлоры, синтезирующей трофические и протективные в отношении толстой кишки факторы.
Витамин К существует в нескольких разновидностях и необходим человеческому организму для синтеза различных кальцийсвязывающих белков. Источником витамина К 1 , филохинона, являются продукты растительного происхождения, а витамин К 2 , группа соединений менахинонов, синтезируется в тонкой кишке человека. Микробный синтез витамина К 2 стимулируется при недостатке филохинона в диете и вполне способен его компенсировать. В то же время недостаточность витамина К 2 при сниженной активности микрофлоры плохо корригируется диетическими мероприятиями. Таким образом, синтетические процессы в кишечнике являются приоритетными для обеспечения макроорганизма этим витамином. Витамин К синтезируется и в толстой кишке, но используется преимущественно для потребностей микрофлоры и колоноцитов.
Кишечная микрофлора принимает участие в детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов и метаболитов (аминов, меркаптанов, фенолов, мутагенных стероидов и др.) и, с одной стороны, представляет собой массивный сорбент, выводя из организма токсические продукты с кишечным содержимым, а с другой — утилизирует их в реакциях метаболизма для своих нужд. Помимо этого, представители сапрофитной микрофлоры продуцируют на основе конъюгатов желчных кислот эстрагеноподобные субстанции, оказывающие влияние на дифференцировку и пролиферацию эпителиальных и некоторых других тканей путем изменения экспрессии генов или характера их действия.
Итак, взаимоотношения микро- и макроорганизма носят сложный характер, реализующийся на метаболическом, регуляторном, внутриклеточном и генетическом уровне. Однако нормальное функционирование микрофлоры возможно только при хорошем физиологическом состоянии организма и в первую очередь нормальном питании.
Питание микроорганизмов, населяющих кишечник, обеспечивается за счет нутриентов, поступающих из вышележащих отделов ЖКТ, которые не перевариваются собственными ферментативными системами и не всасываются в тонкой кишке. Эти вещества необходимы для обеспечения энергетических и пластических потребностей микроорганизмов. Способность использовать нутриенты для своей жизнедеятельности зависит от ферментативных систем различных бактерий.
В зависимости от этого условно выделяют бактерии с преимущественно сахаролитической активностью, основным энергетическим субстратом которых являются углеводы (характерно в основном для сапрофитной флоры), с преимущественной протеолитической активностью, использующих белки для энергетических целей (характерно для большинства представителей патогенной и условно-патогенной флоры), и смешанной активностью. Соответственно, преобладание в пище тех или иных нутриентов, нарушение их переваривания будет стимулировать рост различных микроорганизмов.
Углеводные нутриенты особенно необходимы для жизнедеятельности нормальной кишечной микрофлоры. Ранее эти компоненты пищи называли «балластными», предполагая, что они не имеют какого-либо существенного значения для макроорганизма, однако по мере изучения микробного метаболизма стало очевидно их значение не только для роста кишечной микрофлоры, но для здоровья человека в целом. Согласно современному определению, пребиотиками называют частично или полностью не перевариваемые компоненты пищи, которые избирательно стимулируют рост и/или метаболизм одной или нескольких групп микроорганизмов, обитающих в толстой кишке, обеспечивая нормальный состав кишечного микробиоценоза. Свои энергетические потребности микроорганизмы толстой кишки обеспечивают за счет анаэробного субстратного фосфорилирования, ключевым метаболитом которого является пировиноградная кислота (ПВК). ПВК образуется из глюкозы в процессе гликолиза. Далее, в результате восстановления ПВК, образуется от одной до четырех молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Последний этап приведенных выше процессов обозначается как брожение, которое может идти различными путями с образованием различных метаболитов.
Гомоферментативное молочное брожение характеризуется преимущественным образованием молочной кислоты (до 90%) и характерно для лактобактерий и стрептококков толстой кишки. Гетероферментативное молочное брожение, при котором образуются и другие метаболиты (в том числе уксусная кислота), присуще бифидобактериям. Спиртовое брожение, ведущее к образованию углекислого газа и этанола, является побочным метаболическим эффектом у некоторых представителей Lactobacillus и Clostridium. Отдельные виды энтеробактерий (E. coli ) и клостридий получают энергию в результате муравьинокислого, пропионового, маслянокислого, ацетонобутилового или гомоацетатного видов брожения.
В результате микробного метаболизма в толстой кишке образуются молочная кислота, короткоцепочечные жирные кислоты (С 2 — уксусная; С 3 — пропионовая; С 4 — масляная/изомасляная; С 5 — валериановая/изовалериановая; С 6 — капроновая/изокапроновая), углекислый газ, водород, вода. Углекислый газ в большой степени преобразуется в ацетат, водород всасывается и выводится через легкие, а органические кислоты (в первую очередь жирные короткоцепочечные) утилизируются макроорганизмом. Нормальная микрофлора толстой кишки, перерабатывая не переваренные в тонкой кишке углеводы, производит короткоцепочечные жирные кислоты с минимальным количеством их изоформ. В то же время при нарушении микробиоценоза и увеличении доли протеолитической микрофлоры указанные жирные кислоты начинают синтезироваться из белков преимущественно в виде изоформ, что отрицательно сказывается на состоянии толстой кишки, с одной стороны, и может быть диагностическим маркером — с другой.
Помимо этого, различные представители сапрофитной флоры имеют свои потребности в определенных нутриентах, объясняющиеся особенностями их метаболизма. Так, бифидобактерии расщепляют моно-, ди-, олиго- и полисахариды, используя их как энергетический и пластический субстрат. При этом они могут ферментировать белки, в том числе и для энергетических целей; не требовательны к поступлению с пищей большинства витаминов, но нуждаются в пантотенатах.
Лактобактерии также используют различные углеводы для энергетических и пластических целей, однако плохо расщепляют белки и жиры, поэтому нуждаются в поступлении извне аминокислот, жирных кислот, а также витаминов.
Энтеробактерии расщепляют углеводы с образованием углекислого газа, водорода и органических кислот. При этом существуют лактозонегативные и лактозопозитивные штаммы. Также они могут утилизировать белки и жиры, поэтому мало нуждаются во внешнем поступлении аминокислот, жирных кислот и большинства витаминов.
Очевидно, что питание сапрофитной микрофлоры и ее нормальное функционирование принципиально зависит от поступления к ней не переваренных углеводов (ди-, олиго- и полисахаридов) для энергетических целей, а также белков, аминокислот, пуринов и пиримидинов, жиров, углеводов, витаминов и минералов — для пластического обмена. Залогом поступления к бактериям необходимых нутриентов является рациональное питание макроорганизма и нормальное течение пищеварительных процессов.
Хотя моносахариды могут легко утилизироваться микроорганизмами толстой кишки, к пребиотикам их не относят.
В нормальных условиях кишечная микрофлора не потребляет моносахариды, которые должны полностью всасываться в тонкой кишке. Пребиотики включают некоторые дисахариды, олигосахариды, полисахариды и достаточно гетерогенную группу соединений, в которой присутствуют и поли- и олигосахариды, которую обозначили как пищевые волокна. Из пребиотиков в женском молоке присутствует лактоза и олигосахариды.
Лактоза (молочный сахар) представляет собой дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы. В норме лактоза расщепляется лактазой тонкой кишки до мономеров, которые практически полностью всасываются в тонкой кишке. Лишь незначительное количество нерасщепленной лактозы у детей первых месяцев жизни попадает в толстую кишку, где утилизируется микрофлорой, обеспечивая ее становление. В то же время дефицит лактазы приводит к избытку лактозы в толстой кишке и значительному нарушению состава кишечной микрофлоры и осмотической диарее.
Лактулоза — дисахарид, состоящий из галактозы и фруктозы, в молоке (женском или коровьем) отсутствует, однако в небольших количествах может образовываться при нагревании молока до температуры кипения. Лактулоза не переваривается ферментами ЖКТ, ферментируется лакто- и бифидобактериями и служит им субстратом для энергетического и пластического обмена, за счет чего способствует их росту и нормализации состава микрофлоры, увеличению объема биомассы в содержимом кишечника, что определяет ее слабительный эффект. Помимо этого, показана антикандидозная активность лактулозы и ее угнетающий эффект на сальмонелл. Полученная синтетическим путем лактулоза (дюфалак) широко используется как эффективное слабительное средство, обладающее пребиотическими свойствами. Как пребиотик детям дюфалак назначается в низких дозах, не оказывающих слабительного эффекта (по 1,5-2,5 мл 2 раза в день в течение 3-6 нед).
Олигосахариды представляют собой линейные полимеры глюкозы и других моносахаров с общей длиной цепи не более 10. По химической структуре выделяют галакто-, фрукто-, фукозил-олигосахариды и др. Концентрация олигосахаридов в женском молоке относительно невелика, не более 12-14 г/л, однако их пребиотический эффект весьма значителен. Именно олигосахариды сегодня рассматриваются как основные пребиотики женского молока, обеспечивающие как становление нормальной микрофлоры кишечника ребенка, так и ее поддержание в дальнейшем. Важным является то обстоятельство, что олигосахариды присутствуют в значимых концентрациях только в женском молоке и отсутствуют, в частности, в коровьем. Следовательно, в состав адаптированных молочных смесей для искусственного вскармливания здоровых детей должны добавляться пребиотики (галакто- и фруктосахариды).
Полисахариды представляют собой длинноцепочечные углеводы в основном растительного происхождения. Инулин, содержащий фруктозу, в больших количествах присутствует в артишоках, клубнях и корнях георгинов и одуванчиков; утилизируется бифидо- и лактобактериями, способствует их росту. Помимо этого, инулин повышает всасывание кальция и влияет на метаболизм липидов, снижая риск развития атеросклероза.
Пищевые волокна — большая гетерогенная группа полисахаридов, наиболее известными из которых являются целлюлоза и гемицеллюлоза. Целлюлоза — неразветвленный полимер глюкозы, а гемицеллюлоза — полимер глюкозы, арабинозы, глюкуроновой кислоты и ее метилового эфира. Помимо функции субстрата для питания лакто- и бифидофлоры и опосредованно поставщика короткоцепочечных жирных кислот для колоноцитов, пищевые волокна оказывают и другие важные эффекты. Они обладают высокой адсорбционной способностью и удерживают воду, что приводит к повышению осмотического давления в полости кишки, увеличению объема фекалий, ускорения пассажа по кишечнику, что обусловливает слабительный эффект.
В средних количествах (1-1,9 г/100 г продукта) пищевые волокна содержатся в моркови, сладком перце, петрушке (в корне и зелени), редьке, репе, тыкве, дыне, черносливе, цитрусовых, бруснике, фасоли, гречневой, перловой крупе, «Геркулесе», ржаном хлебе.
Наибольшее же их количество (более 3 г/100 г) содержится в укропе, кураге, клубнике, малине, чае (4,5 г/100 г), овсяной муке (7,7 г/100 г), пшеничных отрубях (8,2 г/100 г), сушеном шиповнике (10 г/100 г), жареном кофе в зернах (12,8 г/100 г), овсяных отрубях (14 г/100 г). Пищевые волокна отсутствуют в рафинированных продуктах.
Несмотря на очевидную значимость пребиотиков для питания микрофлоры, благополучия ЖКТ и всего организма в целом, в современных условиях отмечается дефицит пребиотиков в питании во всех возрастных группах. В частности, взрослый человек должен съедать в сутки примерно 20-35 г пищевых волокон, тогда как в реальных условиях европеец потребляет не более 13 г в сутки. Уменьшение доли естественного вскармливания у детей первого года жизни приводит к недостатку пребиотиков, содержащихся в женском молоке.
Таким образом, пребиотики обеспечивают благополучие микрофлоры толстой кишки, здоровье толстой кишки и являются необходимым фактором здоровья человека в связи с их существенными метаболическими эффектами. Преодоление дефицита пребиотиков в современных условиях связано с обеспечением рационального питания лиц всех возрастных категорий, начиная от новорожденных и кончая людьми преклонного возраста.
Литература
- Ардатская М. Д., Минушкин О. Н., Иконников Н. С. Дисбактериоз кишечника: понятие, диагностические подходы и пути коррекции. Возможности и преимущества биохимического исследования кала: пособие для врачей. М., 2004. 57 с.
- Бельмер С. В., Гасилина Т. В. Рациональное питание и состав кишечной микрофлоры//Вопросы детской диетологии. 2003. Т. 1. № 5. С. 17-20.
- Доронин А. Ф., Шендеров Б. А. Функциональное питание. М.: ГРАНТЪ, 2002. 296 с.
- Конь И. Я. Углеводы: новые взгляды на их физиологические функции и роль в питании//Вопросы детской диетологии. 2005. Т. 3. № 1. С. 18-25.
- Boehm G., Fanaro S., Jelinek J., Stahl B., Marini A. Prebiotic concept for infant nutrition//Acta Paediatr Suppl. 2003; 91: 441: 64-67.
- Choi S. W., Friso S., Ghandour H., Bagley P. J., Selhub J., Mason J. B. Vitamin B12 deficiency induces anomalies of base substitution and methylation in the DNA of rat colonic epithelium//J. Nutr. 2004; 134 (4): 750-755.
- Edwards C. A., Parrett A. M. Intestinal flora during the first months of life: new perspectives//Br. J. Nutr. 2002; 1: 11-18.
- Fanaro S., Chierici R., Guerrini P., Vigi V. Intestinal microflora in early infancy: composition and development //Acta Paediatr. 2003; 91: 48-55.
- Hill M. J. Intestinal flora and endogenous vitamin synthesis//Eur. J. Cancer. Prev. 1997; 1: 43-45.
- Midtvedt A. C., Midtvedt T. Production of short chain fatty acids by the intestinal microflora during the first 2 years of human life//J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 1992; 15: 4: 395-403.
С. В. Бельмер
, доктор медицинских наук, профессор
А. В. Малкоч
, кандидат медицинских наук
РГМУ, Москва
