Особенности микрофлоры желудочно-кишечного тракта

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Микрофлора и организм человека - целостная система, живущая в симбиозе. Микробиологическая составляющая организма начинает развиваться с рождения человека при выходе ребенка из родильных путей матери. Различные микроорганизмы (МО) обитают как во внутренних полостях организма, так и на поверхности тела человека (кожа). Для нормального функционирования организма необходим определеный объем МО и правильный баланс их отдельных видов. В равновесном состоянии микрофлора выступает в роли защитного барьера от своих патогенных представителей и внешних раздражителей (яды, токсины, другое). Сама микрофлора представляет собой отдельный биоценоз, составляющим которого выступают различные виды микроорганизмов. Разные биотопы ЖКТ локализуются во всех слоях вертикальных и горизонтальных направлений. В качестве расселения по горизонтальной оси выделяют микрооргнизмы в просвете кишечника, гликопротеиновом слое, слизи, гликоаликсе.

Нормальную микрофлору здоровых людей и животных принято подразделять на индигеннную или резидентную, характерную для данного вида, и транзиторную. Всего в ЖКТ насчитывается порядка 500 различных видов МО. Из них преобладающее количество организмов анаэробные, а именно 97%. Аэробные организмы, такие как E. Coli, Enterococcus spp. И др.) находятся в меньшинстве. Симбиотическое взаимодействие микроорганизмов разных видов характеризует нормальную микрофлору пищеварительного тракта.

1. Микрофлора человека

Со времен открытия А. Левенгуком мира бактерий умы ученых занимают вопросы взаимоотношений человека с микроорганизмами как внутри нас, так и в окружающей среде. При этом если вначале ученые воспринимали микроорганизмы только как «агрессоров», несущих болезнь, то работы великого русского ученого И.И. Мечникова послужили основой нового учения о «симбионтной микрофлоре», оказывающей огромное влияние на наш организм, и о биотерапии, как способе лечения ряда патологических состояний, укрепления здоровья, а в итоге и продления жизни.

Как известно, микрофлора представляет собой неотъемлемую часть любой биосферы. Во всех природных системах микроорганизмы существуют в виде сложных многокомпонентных сообществ - биоценозов, внутри которых формируются характерные взаимоотношения, способствующие сохранению жизнеспособности микробных популяций. Они заселяют все наружные поверхности и полости человека, образуя единую экологическую систему с многогранным разветвленным механизмом взаимовыгодных симбиотических отношений.

Специфика расселения различных микробных популяций по отдельным биотопам макроорганизма коррелирует со сложившимися там условиями для обитания микроорганизмов. Наиболее густо заселенной экосистемой является толстокишечный биотоп, в нем сконцентрировано около 60% всей микрофлоры. Желу­дочно-кишечный тракт (ЖКТ) человека населен мириадами микробов, которые различаются в колоссальной степени по своей локализации, продолжительности жизненного цикла и своим функциям. Результаты недавних исследований строения фрагмента 16S рибосомной РНК показали, что большинство штаммов кишечной микрофлоры пока еще не поддаются культивированию, но представлены в основном грамположительными бактериями с низким (около 20%) или высоким (около 50%) содержанием гуанина и цитозина (Г + Ц пар) [2]. Интересно отметить, что большинство культур пробиотиков также являются грамположительными бактериями с низким содержанием гуанина и цитозина (Lactobacillus casei) или высоким содержанием гуанина и цитозина (Bifidobacterium lactis).

1.1 Виды микрофлоры

Нормальную микрофлору ЖКТ подразделяют на следующие составные части: индигенная или облигатная микрофлора (немногочисленная в видовом составе, но в численном соотношении она составляет основу биоценоза), факультативная или сопутствующая (концентрация клеток не превышает 5% от общей численности микроорганизмов), и транзиторная или случайная (в количественном отношении в норме не должна превышать 0,01%).

Присутствие микрофлоры является существенной составляющей в функционировании организма человека. Микрофлора играет значительную роль в перистальтике, секреции, всасывании и клеточном составе кишечника. Она обеспечивает колонизационную резистентность - защиту слизистой кишечника от патогенов болезнетворных бактерий.

Состав микроорганизмов в определённых отделах кишечника зависит от многих факторов, таких как образ жизни, питание, вирусные и бактериальные инфекции, а также медикаментозное лечение, особенно приём антибиотиков. Многие заболевания ЖКТ, включая воспалительные, также могут нарушать экосистему кишечника. Результатом этого дисбаланса являются часто встречающиеся пищеварительные проблемы: вздутие, диспепсия, запор или диарея и т.д.

Кишечная микрофлора представляет собой необычайно сложную экосистему. У одного индивида насчитывается по меньшей мере 17 семейств бактерий, 50 родов, 400-500 видов и неопределённое число подвидов.

Определяющим фактором для развития тех или иных микроорганизмов является кислотность среды, в которой они могут развиваться. На рис. 1 представлена схема ЖКТ. В табл. 1 представлены общие данные о рН для разных частей ЖКТ. В скобках указаны данные с иностранных источников.

Рисунок 1 - Схема ЖКТ

Таблица 1 - Общие данные по рН для органов ЖКТ

1.2 Микрофлора полости рта

Микрофлора полости рта представлена многочисленными видами аэробных и анаэробных микроорганизмов, так как для них здесь имеются вполне благоприятные условия -- щелочная реакция слюны, наличие пищевых остатков, благоприятная для размножения температура (37 градусов). Сразу после рождения ребенка в его ротовой полости формируется аэробная флора -- кокки, палочки; с прорезыванием зубов появляются анаэробные бактерии, в том числе вибрионы, спириллы, спирохеты, клостридии.

В полости рта происходит непрерывное загрязнение микробами и самоочищение под влиянием лизоцима, ингибина и других факторов, вследствие чего формируется более или менее постоянная микрофлора, наиболее частыми представителями которой являются стафилококки, стрептококки, грибы Candida, лактобактерии, нейссерии, спирохеты, вибрионы, постоянно присутствуют анаэробы -- вейллонеллы, бактероиды, пептострептококки. Иногда из слюны здоровых людей выделяют простейших, аспергиллы, дрожжи и другие микроорганизмы. Пищевод у здоровых людей обычно свободен от микроорганизмов или заселен ими очень мало.

1.3 Микрофлора желудка

В желудке микрофлоры содержится мало. В связи с кислой реакцией среды, неблагоприятной для развития микроорганизмов, в желудке прижилась специфическая микрофлора: дрожжи, сарцины, грибы, лактобактерии, стафилококки, стрептококки, кампилобактерии и др., но не гнилостные бактерии (всего до 30 видов). Изменение состава микрофлоры, в частности появление гнилостных бактерий, -- признак нарушения нормальной функции желудочной секреции.

Состав, как и количество микроорганизмов в желудке здорового человека, зависит от множества факторов, основным из которых является кислотность среды. Под общей кислотностью понимают сумму всех реагирующих кисло веществ, прежде всего, соляной кислоты. Показатель ее концентрации в желудочном соке измеряется единицами рН. Нормальной считается кислая реакция со средней величиной 4,0 рН, в то время как натощак кислотность бывает 1,5-2,0 рН, максимальной - 0,86 рН, минимальной - 8,3 рН.

Уменьшение или увеличение нормы негативно влияет на способность желудочного сока выполнять антисептические, бактерицидные функции, сохраняя постоянный набор из представителей примерно десяти родов необходимой для пищеварения микрофлоры:

• лактобактерий,

• стрептококков,

• стафилококков,

• энтеробактерий,

• вейллонелл,

• микрококков,

• нейссерий,

• дрожжеподобных грибов.

Пониженная кислотность не позволяет уничтожать и снижать активность вредоносных микроорганизмов в желудке. Поступающие с пищей изо рта бактерии могут не только выживать, но и успешно размножаться. При рН больше 5 к прибывающим извне микробам добавляются еще и представители флоры кишечника: кишечная палочка, кишечные стрептококки, бактероиды. Повышенная же кислотность желудочного сока препятствует нормальной жизнедеятельности полезных бактерий.

Кроме недостатка или избытка соляной кислоты на баланс непатогенных и патогенных микроорганизмов в желудке могут влиять:

* длительное употребление препаратов антибиотического действия;

* инфекции и глистные поражения;

* нерегулярное и несбалансированное питание;

* стрессы, приводящие к спазму и малокровию желудочной мускулатуры.

1.4 Микрофлора кишечника

Микрофлора кишечника в широком смысле - это совокупность различных микроорганизмов. В кишечнике человека все микроорганизмы находятся с симбиозе друг с другом. В среднем, в кишечнике человека живет около 500 видов различных микроорганизмов, причем, как полезных бактерий (помогающие переваривать пищу и дающие человеку витамины и полноценный белок), так и вредные бактерии (питающиеся продуктами брожения и вырабатывающие продукты гниения).

Модифицирование количественного соотношения и видового состава нормальной микрофлоры органа, преимущественно кишечника, сопровождающееся развитием нетипичных для него микробов, называют дисбактериозом. Чаще всего это происходит из-за неправильного питания.

Но нарушение микрофлоры может наступить не только из-за неправильного питания, но и из-за приема различных антибиотиков. В любом случае происходит нарушение микрофлоры

Полостной и пристеночный микробиотипы. В микроэкологическом плане желудочно-кишечный биотоп может быть разделен на ярусы (ротовая полость, желудок, отделы кишечника) и микробиотопы (полостной, пристеночный и эпителиальный) (рис. 2).

Рисунок 2 - Оболочки кишки

Способность к аппликации в пристеночном микробиотопе, т.е. гистадгезивность (свойство фиксироваться и колонизировать ткани) определяют суть транзиторности или индигенности бактерий. Эти признаки, а также принадлежность к эубиотической или агрессивной группе являются основными критериями, характеризующими взаимодействующий с ЖКТ микроорганизм. Эуби­о­тические бактерии участвуют в создании колонизационной резистентности организма, что является уникальным механизмом системы противоинфекционных барьеров.

Полостной микробиотоп на протяжении ЖКТ неоднороден, его свойства определяются составом и качеством содержимого того или иного яруса. Ярусы имеют свои анатомические и функциональные особенности, поэтому их содержимое различается по составу веществ, консистенции, рН, скорости перемещения и другим свойствам. Эти свойства определяют качественный и количественный состав адаптированных к ним полостных микробных популяций.

Пристеночный микробиотоп является важнейшей структурой, огра­ни­чивающей внутреннюю среду организма от внешней. Он представлен слизистыми наложениями (слизистый гель, муциновый гель), гликокаликсом, расположенным над апикальной мембраной энтероцитов и поверхностью самой апикальной мембраны.

Пристеночный микробиотоп представляет наибольший интерес с позиции бактериологии, так как именно в нем возникает полезное или вредное для человека взаимодействие с бактериями - то, что мы называем симбиозом.

Следует отметить, что в микрофлоре кишечнике различают 2 ее вида:

• мукозную (М) флору - мукозная микрофлора взаимодействует со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта, образуя микробно-тканевой комплекс - микроколонии бактерий и их метаболиты, эпителиальные клетки, муцин бокаловидных клеток, фибробласты, иммунные клетки Пейровых бляшек, фагоциты, лейкоциты, лимфоциты, нейроэндокринные клетки;

• просветную (П) флору - просветная микрофлора находиться в просвете желудочно-кишечного тракта, не взаимодействует со слизистой оболочкой. Субстратом для её жизнедеятельности является неперевариваемые пищевые волокна, на которых она и фиксируется.

На сегодняшний день известно, что микрофлора слизистой оболочки кишечника существенно отличается от микрофлоры просвета кишечника и каловых масс. Хотя у каждого взрослого человека кишечник населяет определенная комбинация преобладающих видов бактерий, состав микрофлоры может меняться в зависимости от образа жизни, питания и возраста. Сравни­тельное исследование микрофлоры у взрослых лиц, состоящих в генетическом родстве той или иной степени, выявило, что на состав кишечной микрофлоры генетические факторы влияют больше, чем питание.

К внешним воздействиям мукозная микрофлора более устойчива, чем просветная микрофлора. Соотношения между мукозной и просветной микрофлорой динамичны, и определяются многими факторами:

• эндогенные факторы - влияния слизистой оболочки пищеварительного канала, его секретов, моторики и самих микроорганизмов;

• экзогенные факторы - влияют непосредственно и опосредованно через эндогенные факторы, например, прием той или иной пищи изменяет секреторную и моторную деятельность пищеварительного тракта, что трансформирует его микрофлору.

Микрофлора тонкого кишечника не обильная и довольно однообразная: лактобактерии, энтерококки, бифидобактерии, Е. coli и некоторые другие. Размножению бактерий препятствуют бактериостатическое действие желчи, секретов слизистой оболочки и секреторные иммуноглобулины класса IgAs. В ряде случаев, например в связи с нарушением желудочной секреции или с повреждением слизистой оболочки кишечника в результате радиационного облучения, или вследствие заболевания печени, желчных путей и поджелудочной железы, или иммунодефицита, у людей развивается синдром избыточной колонизации тонкого кишечника. Он заключается в том, что в тонкой кишке резко увеличивается концентрация бактериальной популяции, аналогичной по видовому и количественному составу микрофлоре толстого кишечника. Такое накопление в тонком кишечнике необычной для него микрофлоры может привести к различным нарушениям его функции и к явлениям энтеральной недостаточности.

2. Функции микрофлоры

Колонизационная способность нормальной микрофлоры.

Многочисленными исследователями установлено, что симбиотическая микрофлора кишечника участвует в рециркуляции жирных кислот, холестерина, ряда макро- и микроэлементов (кобальт, цинк), всасывании солей кальция и железа, регулирует моторную активность толстой кишки, поддерживает водный, газовый, ионный гомеостаз организма, связывает и разрушает токсические субстанции, инактивирует избыток пищеварительных ферментов. Известно подавление микробами нормального биоценоза передачи неблагоприятной генетической информации, которую несут патогенные бактерии, и, в частности, разрушение факторов множественной лекарственной устойчивости и аллергено.

Одной из важнейших функций нормальной микрофлоры относящейся к своеобразному экстракорпоральному органу, является ее участие в кооперации с организмом хозяина в процессе обеспечения колонизационной резистентности (КР). Понятие КР подразумевает совокупность механизмов, придающих стабильность нормальной микрофлоре и обеспечивающих предотвращение заселения организма хозяина патогенными и условно-патогенными микроорганизмами. Основными составными частями интегративного понятия КР является экстракорпоральные (взаимоотношения “микроб-микроб”) и корпоральные (взаимоотношения “микроб-макроорганизм-микроб”) механизмы, включающие в себя специфические иммунные и неспецифические гуморальные и клеточные механизмы, имеющие местные и общие проявления.

Адгезивная активность.

В комплексе механизмов колонизационной резистентности важную роль играют цитоадгезия микроорганизмов к определенным рецепторам на слизистой оболочке кишечника, конкуренция за эти рецепторы и блокада адгезии патогенных и условно-патогенных микробов к поверхности слизистой оболочки с участием факторов как иммуноглобулиновой природы, так и неспецифических факторов защиты, в том числе предварительное связывание с рецепторами представителей резидентной микрофлоры.

Установлено что, некоторые виды микроорганизмов, прикрепляющиеся к участкам поверхности желудочно-кишечного тракта, где подвижность содержимого просвета и слизи более интенсивная, нуждаются в специальных структурах, с помощью которых они связываются с компонентами гликокаликса и мембранами эпителиальных клеток. Эти структуры названы адгезинами. Для таких бактерий прикрепление - необходимое условие для размножения и увеличения численности популяции. Микроорганизмам в толстом отделе кишечника, где содержимое просвета движется медленно, и они успевают размножаться не прикрепляясь к гликокаликсу эпителия или мембранам, достаточно фиксироваться в муцинозном слое и колонизировать его.

Рядом исследователей показано, что адгезивность выступает в качестве одного из факторов, определяющих поведение микроорганизмов в ценозах: с помощью адгезинов осуществляется фиксация микроорганизма на поверхностях обитания. Различные бактериальные адгезины отличаются по степени аффенитета к специфическим рецепторам. Кроме того, один и тот же микроб в различных ситуациях способен экспрессировать адгезины различной специфичности. Считают, что именно это свойство микроорганизмов отражает их способность использовать различные экологические ниши. Особое внимание при этом привлекают микроскладки М-клеток (эпителиальных клеток пейеровых бляшек), так как на них обнаружены рецепторы к факторам адгезии некоторых микроорганизмов кишечной группы.

Ряд авторов в свете современных данных об адгезинах кишечной палочки считает, что эти микроорганизмы не просто существуют в кишечном содержимом, а формируют так называемые “пристеночные монослои”, составленные из особей, прилипающих к эксфолиативному эпителию пищевого тракта макроорганизма. Основное место колонизации индигенных кишечных палочек - толстый кишечник. Как представитель факультативных анаэробных бактерий E.coli оптимально адаптирована здесь к среде. Непатогенные штаммы E.coli могут распознавать неспецифические структуры в слизистом слое эпителия кишечника. Посредством физиологичной адгезии, вероятно опосредованной фимбриями общего - первого типа, клетки E.coli способны перманентно занимать места в стенке толстого кишечника (резидентные штаммы).

По данным литературы, существует три типа методических подходов для изучения in vitro адгезии микробных клеток к клеткам поверхности макроорганизма. Первый метод предполагает регистрацию факта взаимодействия клеток с помощью светового микроскопа. Второй метод включает приемы культивирования для учета жизнеспособных микроорганизмов, прикрепившихся к клеткам и тканям. Третий метод предусматривает введение изотопной метки (3Н или 18С) и дальнейший учет связавшихся микробных клеток по этой метке.

Антагонистическая активность.

Одной из важных сторон защитной функции бактерий нормальной микрофлоры является антагонистическая активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Благодаря биохимической активности микроэкологической системы пищеварительного тракта и образованию микрофлорной субстанции с выраженной антагонистической активностью, попадающие извне патогенные микроорганизмы быстро элиминируются из кишечника. Это предотвращает колонизацию ими разных отделов желудочно-кишечного тракта и развитие инфекционного процесса.

Установлено, что бактериальный антагонизм может осуществляться благодаря клеточному контакту, в результате которого бактериостатические агенты передаются от ингибиторных штаммов штамму-мишени. В некоторых случаях колонизационная резистентность реализуется за счет сочетания антагонистического действия определенных представителей нормальной микрофлоры и (или) их метаболитов и появления специфических антител. Многие исследователи доказали роль лактобацилл в поддержании микробного баланса, благодаря продукции молочной кислоты и специфической адгезии к эпителию толстой кишки. Показана их антагонистическая активность в отношении патогенных бактерий, в частности, Salmonella typhimurium. Бифидобактерии, продуцируя уксусную и молочную кислоты препятствуют размножению гнилостной и патогенной микрофлоры, нормализуют перистальтику, а также способствуют всасыванию кальция, железа, витамина D и участвуют в процессах витаминообразования.

Ряд авторов отметили, что кишечные палочки влияют на развитие и статус местной иммунной системы, связанной со слизистой оболочкой и обеспечивают защиту хозяина от инфекций, обусловленных энтеропатогенными микроорганизмами. Кишечная палочка принимает участие в расщеплении белков и углеводов, метаболических превращениях холестерина, желчных кислот, жирных кислот.

Показано, что кишечные палочки также обладают канцеролитическими свойствами. Так, А.О.Карапетян выделила из кишечника здоровых лиц штаммы кишечной палочки и фекального энтерококка, которые in vitro обладали способностью вызывать некроз раковых клеток. В то же время, кишечные палочки, выделенные от онкологических больных, таковыми свойствами не обладали.

Установлено, что кишечная палочка синтезирует 9 витаминов: В1, В2, В6, В12, Вс, К, никотиновую и пантотеновую кислоты, биотин. Кроме того, бактерии Е.coli создают необходимую анаэробную среду для строгих анаэробов, поглощая О2, диффундирующий из кровеносной системы через кишечную стенку в просвет. Не только наблюдения за естественной микробной колонизацией кишечника новорожденных, но также эксперименты по имплантации микробов в кишечник гнотобиологических животных показали, что анаэробные бактерии обычно начинают колонизацию только после колонизации аэробных бактерий, таких, как E.coli.

Немаловажными регуляторами роста бактерий в кишечнике являются различные экзоэнзимы и бактериоцины, микроцины, колицины, лизоцим. Большинство авторов считают, что синтезируемые бактериоцины отличаются от других антибиотиков узким спектром антибактериального действия, так как специфически подавляют рост бактерий того же или филогенетически родственных видов. Обладая такими свойствами, патогенные энтеробактерии, например, подавляют нормальную микрофлору и беспрепятственно распространяются в кишечнике. Возможно, колицины у представителей нормальной кишечной палочки, подавляя беспредельный рост микроорганизмов, играют роль факторов естественной устойчивости.

Следует отметить, что КР обеспечивается не только представителями преобладающей анаэробной микрофлоры, но и факультативно аэробными бактериями, значение которых с 70-х годов стало искусственно занижаться. Однако, защитные свойства E.coli обусловлены не только антагонизмом на метаболическом уровне как у бифидобактерий, бактероидов, лактобацилл, но и могут быть опосредованными через макроорганизм. В то же время, интимная связь E.coli с макроорганизмом, играющая такую важную роль в “созревании” эпителия слизистой оболочки кишечника и формирования так называемого естественного иммунитета, обусловливает и более “агрессивное” ее поведение.

Еще в 1908 г работами И.И. Мечникова показано, что нормальная микрофлора играет важную пусковую роль в механизме формирования иммунитета и специфических защитных реакций в постнатальном развитии макроорганизма.

Роль микрофлоры в развитии иммунного ответа обусловлена ее универсальными иммуномодулирующими свойствами, которые включают как иммуностимуляцию так и иммуносупрессию, а также важные адьювантные мутагенные и иммуногенные свойства. Так, известно, что бактериальные липополисахариды (ЛПС) оказывают иммунорегулирующее действие на Ig-А-иммунный ответ, играя при этом роль адьювантов. Микрофлора таким путем обеспечивает развитие комплекса неспецифических и специфических иммунологических реакций и играет ключевую роль в формировании адаптационно-защитных реакций.

Таким образом, микрофлору пищеварительного тракта следует рассматривать как единую микроэкологическую систему, сформировавшуюся в ходе эволюции, которая выполняет и регулирует многочисленные функции организма хозяина, поддерживая КР и тем самым, сохраняя гомеостаз.

Заключение

резистентность микрофлора слизистый кишечный

Эволюция человека и животных проходила при постоянном контакте с миром микробов, в результате чего сформировались тесные взаимоотношения между макро- и микроорганизмами. Влияние микрофлоры ЖКТ на поддержание здоровья человека, его биохимического, метаболического и иммунного равновесия несомненно и доказано большим количеством экспериментальных работ и клинических наблюдений. Ее роль в генезе многих заболеваний продолжают активно изучать (атеросклероз, ожирение, синдром раздраженного кишечника, неспецифические воспалительные заболевания кишечника, целиакия, колоректальный рак и др.). Поэтому проблема коррекции нарушений микрофлоры, по сути, является проблемой сохранения здоровья человека, формирования здорового образа жизни. Препараты пробиотики и пробиотические продукты обеспечивают восстановление нормальной микрофлоры кишечника, повышают неспецифическую резистентность организма.

Микрофлора ЖКТ:

• защищает организм от токсинов, мутагенов, канцерогенов, свободных радикалов;

• яляется биосорбентом, аккумулирующим множество токсических продуктов: фенолы, металлы, яды, ксенобиотики и т.д.;

• подавляет гнилостные, патогенные и условно патогенные бактерии, возбудителей кишечных инфекций;

• ингибирует (подавляет) активность ферментов, вовлекаемых в образование опухолей;

• укрепляет иммунную систему организма;

• синтезирует антибиотикоподобные вещества;

• синтезирует витамины и незаменимые аминокислоты;

• играет огромную роль в процессе пищеварения, а также в обменных процессах, способствует всасыванию витамина Д, железа и кальция;

• является главным переработчиком пищи;

• восстанавливает моторную и пищеварительную функции желудочно-кишечного тракта, предотвращает метеоризм, нормализирует перистальтику;

• нормализует психическое состояние, регулирует сон, циркадные ритмы, аппетит;

• обеспечивает клетки организма энергией.

Размещено на Allbest.ru