Микробиоценоз кишечника и иммунитет

 

С.В. Бельмер, А.В. Хавкин

Кафедра детских болезней № 2 педиатрического факультета РГМУ,

МНИИ педиатрии и детской хирургии МЗ РФ.

 

Желудочно-кишечный тракт человека колонизирован огромным количеством микроорганизмов (около 500 различных видов) общей массой 1-1,5 кг, которые по численности (1010) приближаются к суммарному количеству человеческих клеток (1013). Нормальная микрофлора – это качественное и количественное соотношение разнообразных микробов различных органов и систем, поддерживающие биохимическое, метаболическое и иммунное равновесие макроорганизма, необходимое для сохранения здоровья человека. В разных отделах ЖКТ количество бактерий различно. В ротовой полости в условиях кислой среды количество микроорганизмов невелико и составляет от 0 до 103 КОЕ на миллилитр содержимого, в то время как в нижних отделах ЖКТ количество микроорганизмов значительно выше. Основными факторами среды, ограничивающими размножение бактерий в верхних отделах ЖКТ, являются быстрое движение пищевых масс и секреция желчи и сока поджелудочной железы. Условия среды в толстой кишке диаметрально противоположны, поэтому в этом отделе ЖКТ количество бактерий достигает 1013 КОЕ на миллилитр.

Из нескольких сотен видов бактерий, населяющих кишечник, количественно преобладают бифидобактерии и бактероиды, доля которых составляет 20% и 30% соответственно по отношению к общему количеству анаэробных бактерий.

До рождения ребенка его ЖКТ не населен бактериями. В момент рождения происходит быстрая колонизация кишечника ребенка бактериями, входящими в состав интестинальной и вагинальной флоры матери. В результате образуется сложное сообщество микроорганизмов, состоящее из бифидобактерий, лактобацилл, энтеробактерий, клостридий и грамположительных кокков. После этого состав микрофлоры подвергается изменениям в результате действия нескольких факторов окружающей среды, важнейшим из которых является питание ребенка.

Уже в 1900 году Tissier доказал, что у детей, находящихся на грудном вскармливании, основным компонентом кишечной микрофлоры являются бифидобактерии. Такая бифидодоминантная микрофлора выполняет защитные функции и способствует созреванию механизмов иммунного ответа 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 Bifidobscterium infantis, Bifidobscterium longum, Bifidobscterium gakkicum, Bifidobscterium bifidum, Bifidobscterium adolescentis, Bifidobscterium catenulatum. Штаммы Bifidobscterium lactis/animalis и Bifidobscterium dentium отсутствуют, что полностью согласуется с нормальным видовым составом бифидобактерий в кишечнике грудных детей (табл.1).

Таблица 1.

Видовой состав бифидобактерий в кишечнике грудных детей в норме.

Микроб

Количество

Функции

Бифидобактерии

85-98%, 109-1011 микробных тел в 1 г содержимого толстой кишки

Выработка молочной кислоты, лизоцима, стимуляция иммунной системы способствуют уттилизации пищевых ингредиентов, синтезируют витамины К, С.

Лактобактерии

107-108 микробных тел в 1 г содержимого толстой кишки

Способствуют процессам восстановления слизистой оболочки кишки, противостоят заселению патогенных микроорганизмов

Непатогенные разновидности кишечной палочки

107-108 микробных тел в 1 г содержимого толстой кишки

Вырабатывают витамин К, колицины

 

В то же время у детей, находящихся на искусственном вскармливании, состав кишечной микрофлоры более разнообразен и содержит одинаковые количества бифидобактерий и бактероидов. Минорными 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 рацион 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 микроорганизмов в толстом кишечнике приближается к таковому у взрослых людей.

Микрофлора взрослого человека представлена анаэробами и состоит из бактероидов, бифидобактерий, эубактерий, клостридий, стрептококков, кишечной палочки и лактобацилл.

Преобладание бифидобактерий в составе интестинальной микрофлоры детей, находящихся на грудном вскармливании, объясняется наличием в грудном молоке определенных компонентов, однако механизм этого явления до конца не известен. Считается, что бифидогенный эффект могут оказывать такие компоненты молока, как молочная сыворотка, нуклеотиды и лактоферрин. Кроме того, доказано, что бифидогенными веществами являются олигосахариды грудного молока, которые представляют собой вторую по количеству углеводную фракцию молока после лактозы. Олигосахариды грудного молока не расщепляются ферментами верхних отделов ЖКТ и достигают толстого кишечника в неизмененном виде. Там они выполняют функции пребиотиков, т.е. являются субстратом для роста бифидобактерий, способствую образованию мягкого переваренного стула, похожего на стул детей на грудном вскармливании.

Типичный бифидодоминантный состав микрофлоры кишечника детей, находящихся на естественном вскармливании, связан с рядом положительных эффектов, основным из которых является повышенная резистентность организма ребенка к кишечным инфекциям. Во-первых, бифидобактерии способны секретировать вещества, ингибирующие рост патогенных микроорганизмов. Кроме того, бифидобактерии создают кислую среду в толстом кишечнике путем продукции ацетата и молочной кислоты. Бифидобактерии выполняют также функцию модуляции механизмов иммунного ответа ребенка. 

Исследования с применением пребиотиков показали, что в результате применения смеси для искусственного вскармливания с добавлением бифидобактерий повышается резистентность детей к инфекционным заболеваниям. Специальные исследования показали, что у детей с атопическими заболеваниями в возрасте 12 месяцев преобладающими организмами в составе кишечной микрофлоры являются клостридии, а количество бифидобактерий у таких детей значительно ниже, чем у их сверстников, не страдающих атопическими заболеваниями. Все эти исследования показывают, что существует связь между составом кишечной микрофлоры и зрелостью иммунного ответа детей.

Микрофлора кишечника человека выполняет несколько основных функций, включая процессы метаболической адаптации. Одной из них является ферментация нерасщепленных ранее компонентов пищи, главным образом углеводов, таких как крахмал, олиго- и полисахариды (табл. 2). Конечные продукты, образующиеся в результате процесса ферментации, оказывают различное влияние на состояние здоровья человека.

Таблица 2

Положительные функции нормальной микрофлоры

Функция

Механизм реализации

Колонизационная резистентность

Микробный антаганизм

Активация иммунной системы, включая цитокин-стимулирующую активность

Детоксикационная

Гидролиз продуктов метаболизма белков, гистамина, липидов, углеводов и т.д.

Синтетическая

Образование витаминов, гормонов, антибиотических и других веществ

Пищеварительная

Усиление физиологической активности ЖКТ

 

Например, в результате деятельности отдельных бактерий образуются токсические вещества – продукты распада протеинов, в то время как при ферментации некоторых углеводов образуются продукты, положительно влияющие на метаболизм, такие как молочная кислота и короткоцепочечные жирные кислоты.

Короткоцепочечные жирные кислоты выполняют трофическую функцию и используются клетками слизистой оболочки кишечника, как дополнительный источник энергии. Таким образом улучшается функционирование защитного барьера слизистой оболочки кишечника. Более того, определенные углеводы способны селективно стимулировать рост полезных для здоровья человека бактерий в толстом кишечнике.

Микрофлора кишечника защищает человека от колонизации экзогенными патогенными микроорганизмами и подавляет рост уже имеющихся в кишечнике патогенных 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. Более того, бактерии, населяющие толстый кишечник участвуют в реализации иммунных защитных механизмов.

При токсической или антигенной атаке эритроциты путем определенных активирующих сигналов стимулируют экспрессию антигенов, отвечающих за транскрипцию и трансляцию молекул цитокинов (табл. 3). Кроме того, происходит выброс факторов роста, необходимых для стимуляции пролиферации и дифференцировки поврежденного участка слизистой оболочки.

Таблица 3.

Биологические эффекты медиатров межклеточного взаимодействия (IL)

Биологические свойства

Основные эффекты

Иммунологические

Активация Т- и В-лимфоцитов

Стимуляция антителообразования

Индукция лимфокинов

Стимуляция фагоцитоза

Метаболические

Индукция продукции острофазных белков

Активация метаболизма лейкоцитов

Увеличение окислительного метаболизма

Стимуляция продукции простагландинов

Физиологические

Воспаление, пирогенный эффект

Гематологические

Стимуляция синтеза тканевых факторов коагуляции, факторов активации тромбоцитов и ингибитора плазминогена

 

Реализация иммуномодулирующего эффекта кишечной микрофлоры обусловлена влиянием на дифференцировку Т-супрессоров в Пейеровых бляшках.

Процесс дифференцировки, определяющий в дальнейшем характер иммунного ответа, зависит не только от анигенпрезентирующей системы (HLA), но и от количества, структуры антигена, времени его экспозиции, микроокружения. Повышенный синтез Th1-субпопуляции CD4+, определяющей противоинфекционный иммунный ответ, обусловлен медиаторами межклеточного взаимодействия IL2, IL12 И IFL-γ. Последний, в свою очередь, блокирует продукции субпопуляции Th2, ответственной за развитие атопической аллергии. Реализация дифференцировки в сторону Th2 обуславливает благодаря IL4 (блокирует синтез Th1), IL3 и IL5 созревание, активацию и увеличение числа эозинофилов, а также повышение уровня IgE. Субпопуляция Th3, индуцируемая Lactobacillus rhamnosus, синтезирует фактор роста опухоли TGF-β, препятствующий развитию атопии, и противовоспалительный IL10, который переключает дифференцировку с Th2 на Th1 – иммунный ответ. Т.е. согласно «гигиенической теории» развития атопической аллергии Дэвида Сарчана, пробиотики играют «компенсаторную» роль инфекционного фактора, способствую реализации Th1 – иммунного ответа и предотвращения развития атопии.

Как уже было отмечено ранее, на 92-95% микрофлора кишечника состоит из облигатных анаэробов. Состав кишечной микрофлоры достаточно индивидуален и формируется в первые дни жизни ребенка. Важнейшим фактором формирования нормальной микрофлоры является естественное вскармливание, т.к. женское молоко содержит ряд веществ - пробиотиков, которые способствуют заселению кишечника определенными видами микроорганизмов в определенных количествах. Даже незначительное неблагополучие в первые дни жизни ребенка, особенно патологические состояния ЖКТ, способны вызвать тяжелые, трудно корректируемые в дальнейшем нарушения биоценоза кишечника. Особый ущерб микрофлоре кишечника в этот период может нанести нерациональная антибиотикотерапия.

Нарушение микробного равновесия именуется дисбактериозом или дисбиозом кишечника Основные причины дисбактериоза кишечника – это позднее прикладывание к груди, нерациональное питание ребенка (особенно в первые месяца жизни, функциональные нарушения желудочно-кишечного тракта, заболевания ЖКТ, особенно связанные с синдромом мальабсорбции (лактазная недостаточность, целиакия, муковисцидоз и др.), антибиотикотерапия (особенно в первые дни жизни) и особенности иммунной системы.

Дисбактериоз кишечника является синдромом, всегда вторичным состоянием. Согласно определению в отраслевом стандарте «дисбактериоз кишечника – это клинико-лабораторный синдром, возникающий при ряде заболеваний и клинических ситуаций, характеризующийся симптомами поражения кишечника, изменением качественного и/или количественного состава нормальной микрофлоры, а также транслокацией ее различных видов несвойственные биотопы и их избыточным ростом». Первопричина дисбактериоза кишечника – изменение внутренней среды кишки, нарушение пищеварительных процессов, повреждающее действие на кишечную стенку, мальабсорбция. Через дисбактериоз кишечника замыкается патогенетический порочный круг, разорвать который необходимо как для успешного лечения основного заболевания, так и ликвидации его последствий.

Сегодня предложены следующие методы диагностики дисбактериоза кишечника:

-         бактериологический анализ (определение состава фекальной микрофлоры, отражающей микробный состав лишь дистальных отделов кишечника – наиболее доступный метод, однако недостаточно точный);

-         биохимический экспресс-метод определения протеолитической активности сепернатантов фекалии; высоковольтный электрофорез на бумаге по обнаружению β-аспартилглицина, β-аспартиллизина, β-аланина, 5-аминовалириановой и γ-аминомаслянной кислот и др.;

-         ионная хроматография (определение биогенных аминов, желчных и карбоновых кислот, ароматических соединений);

-         газожидкостная хроматография (обнаружение в фекалиях летучих жирных кислот – уксусной, валериановой, капрновой, изомасляной и др.);

-         исследование микрофлоры в биоптате тощей кишки, полученном в ходе эндоскопического исследования – наиболее точный метод, однако в силу технических сложностей не может быть повседневным.

С сожалением приходится констатировать слабость позиций традиционных клинических представлений о микрофлоре кишечника. И, прежде всего, из-за неполной информации о микробиоценозе: из всех видов микробов, населяющих кишечник, анализируется всего 10-15 микробов фекалий; не учитывается мукозная и тонкокишечная флора; возникают трудности в трактовке результатов (широкие колебания и быстрая изменчивость состава микрофлоры толстой кишки).

Коррекция микроэкологических нарушений базируется на следующих принципах: во-первых, лечение основного заболевания, затем коррекция дисбиотических нарушений и, наконец, коррекция осложнений.

С этой целью проводят целенаправленное воздействие на микрофлору с селективным уничтожением (антибиотиками, бактериофагами) нежелательных микроорганизмов и заселением кишечника недостающими представителями микрофлоры, а так же общее воздействие на микрофлору с целью создания таких условий в кишечнике, которые были бы неблагоприятны для нежелательных микроорганизмов, но благоприятствовали заселению недостающими.

Необходимо отметить несовершенство традиционной терапии дисбактериоза, связанное с недостатками антибактериальной терапии (подавлением микробиоценоза, ростом резистентных форм), терапии пробиотиками (трудность подбора и неадекватность доз препаратов целям их применения) и фаготерапии (узкая специфичность фагов, быстрое появление фагорезистентных штаммов).

В последнее время показана перспективность использования пребиотиков – ингредиентов пищи, которые способствуют избирательной стимуляции роста и метаболической активности бактерий, обитающих в толстой кишке. Для нормализации кишечной микрофлоры используют пробиотики – живые микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения положительное воздействие на физиологические и метаболические функции, а также биохимические и иммунные реакции организма хозяина через оптимизацию его микроэкологического статуса [См лекцию В.Ф. Демин и соавт. «Дисбиотические состояния у детй раннего возраста. Лекции по педиатрии. Том. 2., РГМУ, 2002, с. 242-253].

Установлено несколько путей, посредством которых пробиотики реализуют лечебный эффект:

1.                  Изменение иммуногенности чужеродных белков путем протеолиза. Протеазы пробиотиков разрушают казеин коровьего молока. При этом изменяются его иммуногенные свойства. Следует обратить внимание на тот факт, что казеин усиливает продукцию медиатора межклеточного взаимодействия IL4 и γ-интерферона у детей, сенсибилизированных к коровьему молоку. Однако казеин, расщепленный Lactobacillus rhamnosus, снижает продукцию IL4 и не влияет на высвобождение γ-интерферона. Это свидетельствует о возможности пробиотиков к ингибированию синтеза IgE и активации эозинофилов.

2.                  Снижение секреции медиаторов воспаления в кишечнике. Например, назначение Lactobacillus rhamnosus (АТСС 53103) снижает уровень фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α) в кале у больных, страдающих атопическим дерматитом и аллергией к коровьему молоку.

3.                  Снижение интестинальной проницаемости.

4.                  Направление антигена к Пейеровым бляшкам, где интерферон способствует их захвату, а именно в них генерируются IgA-продуцирующие клетки. Вероятно, лактобактерии, повышающие синтез интерферона, способствуют этому процессу. В то же время повышение системного и секреторного IgA показано при оральном введении лактобацилл. Прием Lactobacillus casei и Lactobacillus bulgaricus снижает фагоцитарную активность у детей с пищевой аллергией. У неаллергиков пробиотики усиливают фагоцитарную активность.

Исследования, посвященные оценке эффективности пробиотиков при аллергии, выявили снижение риска развития атопической экземы к первому году жизни у детей из группы риска по сравнению с группой плацебо. При этом уровень общего и специфических IgE не различался. Отмечено снижение риска развития атопической экземы в течение первых двух лет жизни у детей, материк которых получали пробиотики по сравнению с группой плацебо. Отмечено повышение количества в молоке фактора роста опухоли TGF-β2. Использование пробиотических препаратов привело к снижению индекса SCORAD (индекс тяжести поражения кожи при атопическом дерматите), снижению уровня фактора некроза опухоли TNF- α, уровня эозофильного протеина Х и повышению уровня IL10.

В коррекции дисбактериоза можно выделить несколько направлений. Первое – целенаправленное воздействие на микрофлору с селективным уничтожением (антибиотиками, бактериофагами) нежелательных микроорганизмов и заселением кишечника недостающими представителями флоры (препаратами бифидумбактерий, лактобактерий, колибактерий). Второе – общее воздействие на микрофлору с целью создания таких условий в кишечнике, которые были бы неблагоприятны для нежелательных микроорганизмов, но благоприятствовали заселению недостающими. Второй подход представляется оправданным в связи с неточностью реальных данных о состоянии кишечного биоциноза. С этой целью могут применятся микроорганизмы - обычные обитатели кишечника, в том числе бифидум- и лактобактерии, а также микроорганизмы, которые в норме в кишечнике человека не обитают.

К последним относится штамм бактерий Bacillus cereus IP 5832, входящий в состав препарата Бактисубтил. Данный штамм был получен в Институте Пастера в Париже. Bacillus cereus IP 5832 представляет собой спорообразующий микроорганизм, который в кишечнике в течение нескольких часов после приема превращается в вегетативную форму. обладает выраженным антагонистическим действием ко многим нежелательным микроорганизмам, иммуномодулирующим действием (усиливает местные защитные реакции слизистой оболочки кишечника, в т.ч. выработку лизоцима) и выводится в течение 24 часов после прекращения приема препарата. Микроорганизм устойчив ко многим антибиотикам и к пищеварительным секретам, а препарат обладает хорошей переносимостью.

Бактисубтил зарекомендовал себя как эффективное неспецифическое средство для коррекции дисбактериоза кишечника. Опыт кафедры детских болезней № 2 РГМУ свидетельствует о возможном применении данного препарата и у детей раннего возраста (от 1 года до 3-х лет), при этом длительность курса терапии составляет 10 дней. Необходимо отметить отсутствие каких-либо побочных эффектов применения препарата. Данный препарат показал свою эффективность и при использовании его у детей раннего возраста с лактазной недостаточностью, хотя в некоторых случаях требовалось повторное назначение Бактисубтила.

Практический опыт показывает, что при лечении различных дисбиотических состояний хороший эффект достигается при использовании комплексных средств, которые содержат сразу несколько видов бактерий. Например, пробиотический лекарственный препарат «Линекс», одна капсула которого содержит не менее 1,2 х 107 живых бактерий. В его состав, кроме лакто- и бифидобактерий, входят штаммы молочнокислого стрептококка: Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium infantis v.liberorum и Streptococcus faecium SF68. Эти бактерии создают в кишечнике кислую среду, неблагоприятную для патогенных микроорганизмов, участвуют в обмене и синтезе витаминов группы В, фолиевой кислоты, витаминов Е, С, К. Продуцируя молочную кислоту, изменяя кислотность среды кишечника, они создают благоприятные условия для всасывания кальция, железа, витамина D. Существенно то, что «Линекс» содержит те виды бифидо- и лактобактерий, которые необходимы детскому организму и выделены из кишечника здорового человека. За счет присутствия в составе Streptococcus faecium действие препарата распространяется на верхние отделы кишечника, чего не могут обеспечить традиционные пробиотики. Здесь необходимо подчеркнуть принципиальное преимущество «Линекса» перед препаратами, действующей субстанцией которых являются микроорганизмы, в норме не присутствующие в микрофлоре кишечника.

Препарат обладает способностью наиболее физиологичным образом нормализовать микрофлору кишечника у пациентов с острыми кишечными инфекциями и дисбактериозом: Попадая в кишечник, живые бактерии расселяются на всем его протяжении, в течение длительного времени выполняя все функции нормальной кишечной микрофлоры – антимикробную, пищеварительную, витаминообразующую. Возможность пролонгированного выполнения активной физиологической роли путем постоянной продукции важнейших субстанций естественной флоры обеспечивает «Линексу» преимущество перед препаратами-пребиотиками, содержащими только продукты метаболизма бактерий. Наряду с этим «Линекс» обладает более широким спектром ферментной активности. Это является важнейшим преимуществом, особенно при лечении расстройств пищеварения у детей, находящихся на искусственном вскармливании (А.И. Хавкин, 2003).

Для эффективного лечения следует правильно подобрать дозу. Детям 1-го года жизни назначают по ½-1 капсуле 3 раза в день с небольшим количеством жидкости. Детям до 5-ти месяцев жизни необходимо высыпать содержимое капсулы в сцеженное грудное молоко или молочную смесь. У детей грудного возраста относительно высокая рН желудочного сока (более 4) способствует выживаемости содержащихся в капсуле бактерий, которые благополучно распределяются по всему желудочно-кишечному тракту, достигая нижних отделов толстой кишки. Детям старше года «Линекс» лучше давать непосредственно в капсуле. Доза для детей от 2 до 12 лет составляет 1-2 капсулы 3 раза в день, которые следует запивать небольшим количеством жидкости. Если ребенок не может проглотить капсулу, то ее содержимое можно смешать с небольшим количеством жидкости (чай, сок, вода).