Нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта и ее функции
Нормальную микрофлору человека рассматривают как совокупность множества микробиоценозов, занимающих многочисленные экологические ниши (биотопы) на коже и слизистых оболочках всех полостей организма, сообщающихся с внешней средой [3, 7]. Общее количество микроорганизмов в организме взрослого человека достигает 1015, что более чем в 10 раз превышает число клеток хозяина [2]. Уже не вызывает сомнения тот факт, что нормальная микрофлора человека выполняет многочисленные функции по поддержанию гомеостаза [1, 3, 7, 15, 19]. В этом смысле значение микрофлоры для человека ничуть не меньше, чем значение любого жизненно важного органа. Огромная биомасса в сочетании с важностью функций позволяет рассматривать микрофлору как самостоятельный орган [7]. Только в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) обитают более 400 видов бактерий – представителей 17 разных семейств [3, 7]. Видовой и количественный состав микробных популяций в разных биотопах ЖКТ неоднороден, но каждый из биотопов представляет собой экосистему, все компоненты которой (макроорганизм + микрофлора) выполняют взаимополезные функции и находятся в состоянии симбиоза, поддерживая в этой системе динамическое равновесие.
Нарушение видового и количественного состава популяций микроорганизмов и рост условно-патогенной микрофлоры, приводящие к нарушению равновесия в данном биотопе, называют дисбактериозом. Процесс может, однако, на этом не закончиться. Изменение биоценоза в одном биотопе влечет за собой перемещение микроорганизмов в нехарактерные биотопы и снижение колонизационной резистентности как отдельных биотопов, так и всей экосистемы “человек — микрофлора”. Проявлением такой транслокации микрофлоры может быть избыточный рост бактерий в тонкой кишке, например при синдроме слепой петли. Разные биотопы ЖКТ заселены бактериями неравномерно (см. таблицу).
Плотность микрофлоры выше всего в толстой кишке. Здесь живут около 400 видов микроорганизмов с общей биомассой около 1,5 кг [7]. В силу столь высокой заселенности микрофлорой толстая кишка несет самую большую функциональную нагрузку по сравнению с другими биотопами ЖКТ.
Главная (резидентная) микрофлора толстой кишки на 90 % состоит из бифидобактерий, бактероидов и лактобацилл. Эти бактерии являются анаэробами. К резидентной микрофлоре относятся также энтерококк и пропионобактерии, однако их доля в общей микробной биомассе невелика [3]. Сопутствующая (факультативная) микрофлора представлена, главным образом, аэробами: эшерихиями, эубактериями, фузобактериями, кокками, в общей сложности около 10 %. Менее 1 % приходится на долю многочисленных представителей остаточной микрофлоры, включая аэробы и анаэробы. Таким образом, 90 % микрофлоры толстой кишки составляют анаэробы [1, 3].
По характеру метаболизма бактерии толстой кишки делятся на две группы: протеолитические и сахаролитические. Протеолитические виды (бактероиды, протей, эшерихии, клостридии и др.) используют в качестве питательного субстрата продукты кишечного гидролиза белков и в результате их метаболизма образуют токсические вещества, в т. ч. ароматические аминокислоты, эндогенные канцерогены, сульфиды. Эти вещества способствуют развитию поноса, воспаления, новообразований. Большинство протеолитических микроорганизмов являются условно-патогенными.
Сахаролитическая флора (бифидобактерии, лактобациллы, некоторые кокки, пропионобактерии) используют углеводные субстраты, поступающие в толстую кишку, и полисахариды кишечной слизи. Метаболические функции, выполняемые сахаролитическими микробами, полезны для организма хозяина, поддерживают гомеостаз и нейтрализуют негативные влияния протеолитической микрофлоры.
Основную массу бактерий в толстой кишке составляют бифидобактерии и лактобациллы. Доминирование этих бактерий определяет наибольшее их значение для человека. Полезные функции нормальной микрофлоры ЖКТ можно разделить на 3 основные группы: а) метаболические, б) защитные и иммунные, в) антимутагенные и антиканцерогенные.
Метаболические функции микрофлоры направлены на поддержание оптимального уровня метаболических процессов, пищеварительной и моторной функции ЖКТ и включают усиление активности ферментов ЖКТ, регуляцию уровня липидов (холестерина), участие в конъюгации и рециркуляции желчных кислот, а также синтез:
- аминокислот (аргинина, триптофана, тирозина, цистеина и др.);
- витаминов (группы В и К);
- короткоцепочечных жирных кислот (КЖК), в т. ч. уксусной, масляной, молочной, пропионовой;
- биогенных аминов (гистамина, серотонина, пиперидина, ГАМК);
- гормонально-активных веществ (норадреналина, стероидов);
- антиоксидантов (витамина Е, глутатиона).
Защитные и иммунные функции микрофлоры направлены на поддержание колонизационной резистентности и антагонизма по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам. Это обеспечивается антитоксическим и сорбционным действием микрофлоры, а также синтезом:
- КЖК;
- других органических кислот, регулирующих рН в полости кишечника;
- лизоцима (мурамидазы), перекиси водорода и антибиотикоподобных пептидов-микроцинов, обладающих широким спектром антибактериальной активности и составляющих группу “естественных” антибиотиков [2, 3];
- секреторного IgA в организме человека.
В последние годы хорошо изучены иммуномодулирующие свойства нормальной микрофлоры кишечника. Бифидобактерии и лактобациллы воздействуют на различные звенья иммунной системы, регулируя неспецифический и специфический клеточный и гуморальный иммунитет, индуцируют синтез иммуноглобулинов, лизоцима, интерферона [3, 4, 17, 18].
Антимутагенная и антиканцерогенная активность микрофлоры реализуется путем гидролиза продуктов метаболизма белков, липидов, углеводов, деконъюгации желчных и гидроксилирования жирных кислот, инактивации гистамина, ксенобиотиков и канцерогенов. В реализации антиканцерогенного потенциала микрофлоры участвуют и КЖК.
Роль КЖК в регуляции кишечных микробиоценозов и поддержании гомеостаза организма
Особую роль среди микробных метаболитов играют КЖК с длиной углеродной цепи от 2 до 4 атомов (уксусная, масляная, молочная, пропионовая). КЖК являются конечными продуктами метаболизма сахаролитической и протеолитической микрофлоры и используются для интегральной оценки ее состояния [1]. При распаде КЖК образуется много энергии, поэтому они служат дополнительным автономным источником энергии для кишечного эпителия. Пропионовая кислота регулирует микроциркуляцию в слизистой оболочке и поддерживает в ней трофические процессы, участвует в глюконеогенезе и синтезе биогенных аминов, блокирует адгезию патогенов. Масляная кислота является важным регулятором пролиферации и дифференцировки эпителия толстой кишки и обусловливает таким образом антиканцерогенную активность микрофлоры. Уксусная кислота обеспечивает антимикробный эффект, регулирует рН в полости кишечника и моторику ЖКТ. Молочная кислота участвует, главным образом, в регуляции рН и местного иммунитета и в липогенезе. Гиполипидемическое действие микрофлоры и вазоактивные влияния обеспечиваются метаболическими эффектами КЖК. Поддержание пула КЖК в толстой кишке путем восстановления нормальной микрофлоры или за счет дополнительных субстратов для образования КЖК (пищевые волокна, олигосахариды) необходимо для нормального функционирования макроорганизма, профилактики атеросклероза, рака ободочной и прямой кишки [14, 15].
Пути коррекции нарушений микрофлоры
Видовой и количественный состав микрофлоры и ее функций может нарушаться под влиянием множества экзогенных и эндогенных факторов: природных и техногенных токсинов, лекарственных средств (антибиотиков, слабительных, сорбентов, стероидов, психотропных), стрессов. Огромную негативную роль играет широкое распространение диет для похудания и злоупотребление так называемыми методами очистки организма от шлаков. Почти все хронические заболевания ЖКТ могут приводить к дисбалансу микрофлоры вследствие ослабления защитных свойств слизистых.
Нарушения микрофлоры всегда вторичны, поэтому для их коррекции необходимо, прежде всего, устранить вызывающие их причины или лечить основное заболевание. Если этих мер недостаточно, то для восстановления микрофлоры используют три группы средств с разным механизмом действия: пробиотики, пребиотики и синбиотики.
Пробиотики – пищевые продукты, лекарственные средства или биологически активные добавки в виде монокультур или комбинированных культур на основе живых представителей резидентной микрофлоры (бифидобактерий, лактобацилл, энтерококков) или непатогенных спорообразующих микроорганизмов и сахаромицет. Примеры пробиотиков: Бактисубтил (B. cereus), Споробактерин (B. subtilis), Энтерол.
Пребиотики – натуральные или синтетические средства немикробного происхождения. Это лекарственные средства, пищевые продукты и биологически активные добавки, селективно стимулирующие рост и/или метаболическую активность одного или нескольких видов микрофлоры [12, 14]. Пребиотики не всасываются в тонкой кишке, подвергаются бактериальной ферментации в толстой кишке. Большая часть пребиотиков относится к олиго- или полисахаридам (клетчатке). Олигосахариды, в свою очередь, могут быть природными (фруктозоолигосахарид – инулин и галактозоолигосахарид – лактитол) и синтетическими (лактулоза; препарат – Дюфалак). К пребиотикам относятся также лизоцим, парааминометилбензойная кислота и пантотенат кальция.
Синбиотики – оптимальная комбинация пробиотиков и пребиотиков. К синбиотикам относятся Биовестин-лакто (B. bifidum, B. adolescentis, L. plantarum и бифидогенные факторы), Мальтодофилюс (B. bifidum, L. acidiphilus, L. bulgaricus и мальтодекстрин), Бифидо-бак (комплекс лактобацилл и бифидобактерий и фруктозоолигосахаридов из топинамбура), Ламинолакт (E. faecium L-3, аминокислоты, пектины, морская капуста).
Отдельную группу лекарственных средств составляют микробные метаболиты, такие как Хилак форте.
Лактулоза
Основную группу пребиотиков составляют олигосахариды с 2–10 атомами углерода. Олигосахариды не гидролизуются и не всасываются в тонкой кишке, поскольку в щеточной каемке отсутствуют ферменты для их расщепления. В неизмененном виде они поступают в толстую кишку, где подвергаются бактериальной ферментации. К этой группе пребиотиков относится Дюфалак (лактулоза) – синтетический дисахарид, состоящий из фруктозы и галактозы. Лактулоза реализует свое действие только в толстой кишке. Она гидролизуется, главным образом, бифидобактериями (в меньшей степени лактобациллами), для которых лактулоза служит питательным субстратом, что приводит к увеличению их биомассы. Таким образом, этот дисахарид является бифидо- и лактогенным пребиотиком, нормализующим баланс и восстанавливающим функции микрофлоры [12, 14, 15]. Конечными продуктами метаболизма лактулозы являются муравьиная кислота и КЖК. Антагонизм бифидобактерий и лактобацилл и снижение рН в полости кишечника за счет кислых метаболитов приводит к подавлению роста условно-патогенной протеолитической микрофлоры. Помимо прочих биологических эффектов (гиполипидемического, антипролиферативного), КЖК обладают осмотическим действием. Увеличение биомассы микрофлоры и осмотический эффект КЖК приводят к увеличению объема стула, стимуляции моторики и соответствующему послабляющему эффекту. Таким образом, лактулоза сочетает в себе свойства пребиотика и мягкого осмотического слабительного. Эти уникальные особенности с успехом можно использовать при запорах различного генеза, сопровождающихся нарушениями микрофлоры. Благодаря синтезу КЖК и, прежде всего, масляной кислоты лактулоза обладает антипролиферативным потенциалом, который реализуется у больных с запором при систематическом приеме препарата.
Влияние лактулозы на рост микроорганизмов в толстой кишке у взрослых здоровых добровольцев было изучено в двойном слепом контролируемом исследовании двумя методами: традиционным методом культивирования кишечной микрофлоры на селективных средах и методом гибридизации in situ [20]. Применение молекулярно-генетического анализа позволило оценить динамику как культивируемых, так и некультивируемых штаммов бактерий. Для стимуляции микробного роста использовали Дюфалак в дозе 10 г/сут в течение месяца. Микробиологическое исследование кала проводили до начала лечения, сразу после окончания приема препарата и через 4 недели после окончания его применения. При культивировании на селективных средах обнаружили достоверное увеличение роста бифидобактерий, лактобацилл, энтерококов, колиформ и увеличение общего числа аэробных бактерий в группе испытуемых, принимавших Дюфалак. При молекулярно-генетическом исследовании достоверные различия были выявлены только в отношении роста бифидобактерий. Таким образом, двумя методами было доказано усиление роста бифидобактерий при приеме Дюфалака. Эффект был более выражен при исходно низком содержании бифидобактерий в кале. Под влиянием лечения отмечалась тенденция к снижению числа клостридий.
Усиление роста бифидобактерий под влиянием лактулозы было доказано и в 6-недельном исследовании, проведенном Bouchnic Y. [11]. Еще одно испытание на здоровых добровольцах показало, что на фоне приема лактулозы плотность популяций бифидобактерий увеличивается в 1,5 раза по сравнению с исходным уровнем, а плотность популяций клостридий параллельно снижается почти в 3 раза [10]. В этом же исследовании при сравнении пребиотического действия лактитола и лактулозы было показано преимущество последней в отношении стимуляции роста и ферментативной активности бифидобактерий [10].
Огромное преимущество лактулозы перед пробиотиками состоит в возможности ее применения вместе с антибактериальными препаратами у больных, нуждающихся в повторных курсах антибиотикотерапии по поводу других заболеваний (хронических неспецифических заболеваний легких, хронического пиелонефрита и др.). В этих случаях пребиотическое действие лактулозы реализуется не только как восстанавливающее по отношению к нарушенному микробиоценозу толстой кишки, но и как профилактическое, препятствующее подавлению нормальной микрофлоры. Эффективность пробиотиков в таких случаях очень низка, что вполне закономерно, так как живые штаммы бактерий, входящие в их состав, также подвергаются негативному влиянию антибиотиков.
Лактулоза проявляет профилактический эффект и при антибиотикотерапии кишечных инфекций. Более того, установлено, что лактулоза обладает опосредованным антимикробным действием за счет восстановления бифидо- и лактобацилл и их антагонизма в отношении возбудителей кишечных инфекций. Так, было показано, что Дюфалак, стимулируя рост бифидобактерий, приводит к снижению рН в толстой кишке более чем в 2 раза (за счет кислых метаболитов нормальной микрофлоры) и тем самым подавляет рост сальмонелл, шигелл и грибов рода Candida [6]. Лактулоза подавляет выделение сальмонелл, шигелл и иерсиний с калом при соответствующих инфекциях [9, 13, 16].
В недавних исследованиях было продемонстрировано нарушение микрофлоры толстой кишки у больных гемобластозами на фоне высокодозной полихимиотерапии. Применение Дюфалака приводило к улучшению микробного и метаболического статуса кишечника. При этом восстанавливалось соотношение анаэробной и аэробной микрофлоры, о чем свидетельствовала нормализация профилей КЖК в кале [5].
Хорошо известно, что нормальная микрофлора участвует в поддержании иммунитета. С первых дней жизни кишечная микрофлора участвует в формировании иммунной системы [18]. Напротив, нарушение микробиоценозов ЖКТ приводит к извращенным иммунным реакциям, снижает резистентность организма к вирусным и бактериальным инфекциям (не только кишечным), способствует развитию атопических заболеваний, аллергического дерматита, нейродермита [3, 8, 17, 18].
Показано, что лактулоза восстанавливает клеточный и гуморальный иммунитет [4]. Как оказалось, ее 2-недельный прием приводит к достоверному повышению или полной нормализации уровней IgA, Т-хелперов и Т-супрессоров у разных категорий больных.
Мощное стимулирующее действие лактулозы на бактериальный рост и метаболизм с успехом используется при лечении печеночной энцефалопатии. Размножающиеся ацидофильные бактерии подавляют рост протеолитической флоры и поглощают образуемый ею аммиак и другие азотсодержащие токсины, используя их для синтеза белка [3]. Другие пребиотики (в т. ч. инулин и лактитол) не нашли применения при печеночной энцефалопатии, по-видимому, из-за недостаточного стимулирующего действия на микробный рост.
Поскольку Дюфалак обладает свойствами пребиотика и осмотического слабительного, выбор дозы препарата зависит от заболевания и цели, с которой он применяется. Лечение печеночной энцефалопатии требует высокой дозы, которая составляет 60–100 мл/сут (форма выпуска Дюфалака – сироп), что соответствует приблизительно 40–70 г лактулозы. Для достижения послабляющего эффекта доза в среднем составляет 15–40 мл/сут (у пожилых может быть выше). Доза Дюфалака как пребиотика ниже послабляющей и подбирается таким образом, чтобы не изменять частоту дефекации. В большинстве исследований пребиотического эффекта лактулозы использовали дозу не выше 10 г/сут [10, 20]. Рекомендуемую дозу Дюфалака (3, 5 или 10 мл/сут) подбирают индивидуально. Правильный подбор дозы обеспечивает проявление только пребиотического или комплексного пребиотического и послабляющего эффекта Дюфалака, что позволяет использовать его с разными целями как при запоре, так и при поносе, вызванных нарушением микрофлоры толстой кишки.
