Състав и функции на чревната флора - Страница 2 от 2 - Списание Galenus
Функции на чревната флора
Ролите на бактериалната флора са: директна защита срещу патогени, укрепване на имунната система на гостоприемника (развитие и поддържане на чревния епител), индуциране на производството на антитела в него, метаболизъм на иначе несмилаеми съединения в храната [6].
Чревната флора играе пряка роля в защитата срещу патогени чрез пълна колонизация на пространството, използване на всички налични хранителни вещества и секреция на съединения, които убиват или инхибират нежелани организми, които биха се конкурирали за хранителни вещества [7]. Нарушаването на флората позволява на конкурентни организми в очакване, като Clostridium difficile да се заселят в червата [5].
Чревната лигавица осигурява външен слой, в който "приятелски" микроорганизми могат да се закотвят и захранват и вътрешен слой, който дори тези коменсални бактерии не могат да проникнат [1,4]. Едновременно с развитието на микробиотата се появява лимфоидна тъкан, свързана с червата (GALT), която е част от чревния епител и която открива и реагира на патогени [6]. Тъканта GALT е толерантна към видове в чревната флора, но не и към други микроорганизми [4]. GALT обикновено е толерантен към храни, на които е изложено бебето, както и към продукти за храносмилане и метаболити на чревната флора [5].
Доказано е, че различните бактериални видове в чревната флора имат способността да насочват имунната система към селективното производство на цитокини; например Bacteroides fragilis и някои видове Clostridia изглежда предизвикват противовъзпалителен отговор, докато някои сегментирани нишковидни бактерии стимулират производството на възпалителни цитокини [4]. Чревната флора може също да регулира производството на антитела от имунната система [1,6]. Тези цитокини и антитела могат също да имат екстрадигестивен ефект върху белите дробове и други тъкани [5].
Без чревна флора човешкото тяло не би могло да използва някои несмилаеми въглехидрати, тъй като някои бактерии във флората притежават ензими за разграждането на някои полизахариди, ензими, които липсват в човешките клетки [5]. Гризачите, отглеждани в стерилна среда и без чревна флора, трябва да консумират 30% повече калории, само за да останат със същото тегло като нормалното [7]. Въглехидратите, които хората не могат да усвоят без помощта на коменсални бактерии, включват някои видове нишесте, фибри, олигозахариди и захари, които тялото в противен случай не усвоява и усвоява, като лактоза, в случай на непоносимост към лактоза [3,12].
Бактериите в микробиотата превръщат въглехидратите в късоверижни мастни киселини (SCFA) чрез процеса на захаролитична ферментация [12]. Продуктите на този процес са оцетна киселина, пропионова киселина и маслена киселина, които могат да се използват от човешките клетки гостоприемници, като осигуряват основен източник на енергия и хранителни вещества и помагат на организма да усвоява основни минерали от храната като калций, магнезий и желязо [7] . Органичните газове и киселини като млечната киселина са резултат от захаролитична ферментация [12]. Оцетната киселина се използва от мускулите, пропионовата киселина помага на черния дроб да произвежда АТФ, а маслената киселина осигурява енергия на чревните клетки. Съществуващите данни показват, че коменсалните бактерии увеличават абсорбцията и съхранението на липидите и впоследствие улесняват усвояването на витамини като витамин К [1].
Чревната флора синтезира витамини като биотин и фолиева киселина и помага за усвояването на микроелементи от храни като магнезий, калций и желязо. Подобни на археи организми, които произвеждат метан, като Methanobrevibacter smithii, участват в премахването/елиминирането на крайните метаболити на бактериалната ферментация, като водород [2].
Оста мозък-черва представлява биохимичната комуникация, която се осъществява между стомашно-чревния тракт и централната нервна система [1]. Наскоро този термин беше разширен, за да се подчертае ролята на коменсалната флора. Тази ос включва централната нервна система, невроендокринната и невроимунната системи, включително хипоталамо-хипофизарно-надбъбречната ос, симпатиковия и парасимпатиковия компоненти на вегетативната нервна система, включително чревната нервна система, блуждаещия нерв и чревната микробиота [2,7].
Чревна флора и заболявания
Промяната в броя на чревните бактерии, като антибиотично лечение, може да повлияе на здравето на гостоприемника и способността за смилане на храната [7]. Антибиотиците могат да причинят диария, като директно дразнят червата, променяйки нивата на чревната флора, позволявайки на патогенните бактерии да растат [4]. Друг вреден ефект на антибиотиците е увеличаването на броя на устойчиви на антибиотици бактерии, което е трудно за лечение [6].
Промяната на броя и видовете в чревната флора може да намали способността на организма да ферментира въглехидрати и да метаболизира жлъчните киселини, причинявайки диария. Несградените въглехидрати абсорбират твърде много вода и причиняват воднисти изпражнения, а липсата на късоверижни мастни киселини, произведени от чревната флора, може да причини диария [11].
Намаляването на броя на коменсалните бактериални видове намалява способността им да инхибират развитието на вредни видове като C. difficile и Salmonella kedougou [4]. Промени в състава на чревната флора се наблюдават и при тежки заболявания поради чревна исхемия, нарушена имунна система и анорексия.
Наличието или изобилието от бактерии в храносмилателния тракт може да допринесе за появата на възпалителни заболявания на червата [6]. Метаболитите на някои видове в чревната флора могат да повлияят на сигналните пътища на гостоприемника, допринасяйки за състояния като затлъстяване и рак на дебелото черво [9]. Изглежда, че взаимодействията на чревната флора с оста мозък-черва играят роля при хронични възпалителни заболявания на червата, психологически стрес, медииран от оста хипоталамус-хипофиза-надбъбречна жлеза [8], насочващ промени в чревния епител, освобождаващи фактори на чревната флора и метаболити, които задействат сигнализирането. ентерална и блуждаеща нервна система [5].
Разнообразието от коменсална флора е ниско при тези пациенти с възпалителни заболявания на червата. При пациенти с улцерозен колит в микробиотата преобладават протеобактерии и актинобактерии; при тези с болестта на Crohn се установява свръхекспресия на Enterococcus faecium и няколко вида протеобактерии [1,9].
Проучванията показват промени в микробиотата при пациенти със синдром на раздразненото черво, които варират в зависимост от разпространението на диария или запек. Наблюдава се и намаляване на микробиомното разнообразие, с ниски нива на лактобацили и бифидобактерии, високи нива на факултативно анаеробни бактерии като Escherichia coli и повишено съотношение на Firmicutes: Bacteroidetes [5].
Изглежда, че връзката на коменсалната флора с гостоприемника също се намесва в механизма на заболявания като алергии, астма и диабет тип 2 [9]. Участието на микробиотата в тези автоимунни заболявания ще се основава на недостатъчно излагане на патогени на деца в развитите страни (което би довело до хиперреактивна имунна система) и западна диета, с ниско съдържание на фибри и богата на захари - това би обяснило промените в чревната флора. и неговата роля в модулирането на имунната система [6].
Коменсалната флора участва в затлъстяването и метаболитния синдром. Западната диета причинява промени в чревната флора и по този начин променя процента на енергията, получена от храната, и начина, по който тази енергия се използва [8,10]. В западната диета липсват фибри и други сложни въглехидрати, необходими за развитието на здравословна чревна флора. Промените в коменсалната флора в отговор на западната диета изглежда усилват количеството енергия, генерирана от чревната флора, допринасяйки за затлъстяването [8]. Има доказателства, че микробиотата влияе върху поведението на храненето според предпочитанията на микробиотата, което води до консумация на по-голямо количество храна от домакина и евентуално до затлъстяване. Колкото по-голямо е разнообразието на чревния микробиом, толкова повече енергия и ресурси ще консумира микробиотата в конкуренция с други микробиоти и толкова по-малко ще манипулира гостоприемника [8].
Изглежда, че чревните липиди регулират глюкозната хомеостаза, като включват оста на червата-мозъка-черния дроб (последният поддържа баланса между усвояването и съхраняването на глюкозата чрез гликогеногенеза и глюконеогенеза). Директното приложение на липиди в тънките черва повишава нивата на дълговерижния ацил мастен киселинен коензим А на това ниво и потиска производството на глюкоза, дори при условия на субдиафрагмална ваготомия или вагусна чревна деферентност. По този начин се появяват нови възможности за лечение на затлъстяване и диабет [8,9].
Чревната дисбиоза се свързва с цироза и неалкохолно стеатотично чернодробно заболяване [9]. Транслокацията на чревната флора се случва, когато коменсалните бактерии преминават през чревната лигавица, което може да доведе до тежки инфекции. Проучване от 2014 г. предполага, че приложението на антибиотици е свързано с наднормено тегло и затлъстяване при деца, особено при деца с повече от 4 експозиции на широкоспектърни антибиотици [9]. Някои бактериални родове, като Bacteroides и Clostridium, са свързани с повишено размножаване на тумори, докато други, като Lactobacillus и Bifidobacteria, предотвратяват туморите [1,12].
Микробиотата и новите терапевтични "врати"
Пробиотиците са микроорганизми с ползи за здравето и са полезни при лечението на състояния като синдром на раздразнените черва [5,12]. (напр. Streptococcus faecium).
Систематично проучване от 2016 г. установи, че някои микробни щамове като Bifidobacterium и Lactobacillus родове са показали, че са потенциално полезни при лечението на разстройства на централната нервна система, като разстройства на настроението (тревожност, депресия), нарушения на паметта [8,11].
Прилагането на пробиотици, съдържащи Lactobacillus, може да предотврати индуцирана от антибиотици диария, а пробиотиците, базирани на Saccharomyces (Saccharomyces boulardii), могат да предотвратят инфекция с Clostridium difficile след антибиотично лечение [1].
Има доказателства, че балансирането на коменсалната флора с пробиотици, съдържащи лактобацили и бифидобактерии, може да намали висцералната болка и чревното възпаление при пациенти с възпалителни заболявания на червата [6].
Нововъзникващото лечение за инфекция с C. difficile включва трансплантация на фекална микробиота от здрави донори с 90% успеваемост, чрез възстановяване на баланса между класовете Bacteroides и Firmicutes [7]. Фекалната трансплантация е показала добри резултати в някои проучвания и при пациенти с възпалителни заболявания на червата (Crohn, улцерозен колит).
Прилагането на пробиотици като Lactobacillus rhamnosus в проучване благоприятства загубата на тегло при жени със затлъстяване, прилагани за период от 12 седмици. Тези пациенти продължават да губят тегло дори след спиране на приложението на пробиотици.
Пациенти с цироза на черния дроб и минимална чернодробна енцефалопатия, на които са дадени пробиотични лекарства, показват подобрение в невропсихометричните тестове (70%), като пробиотиците са толкова ефективни, колкото лактулозата [11]. Изглежда, че чревната микробиота по този начин отваря привлекателни терапевтични възможности, като въздействието им остава да бъде оценено в бъдеще.
Библиография:
1. Quigley EM (2013). "Чревните бактерии в здравето и болестите." Гастроентерол хепатол (N Y). 9: 560–9. PMC 3983973. PMID 24729765.
2. Saxena, R.; Шарма, В. К. (2016). "Метагеномичен поглед върху човешкия микробиом: неговите последици за здравето и заболяванията." В Д. Кумар; С. Антонаракис. Медицинска и здравна геномика. Elsevier Science. стр. 117. doi: 10.1016/B978-0-12-420196-5.00009-5. ISBN 978-0-12-799922-7.
3. Лозупоне, Катрин А.; Stombaugh, Jesse I.; (2012). „Разнообразие, стабилност и устойчивост на човешката чревна микробиота” Природа. 489 (7415): 220–30. Bibcode: 2012Natur.489.220L. doi: 10.1038/nature11550. PMC 3577372. PMID 22972295.
4. Yoon MY, Lee K, Yoon SS (2014). „Защитна роля на коменсалните микроби на червата срещу чревни инфекции“. J Microbiol. 52 (12): 983–9. doi: 10.1007/s12275-014-4655-2. PMID 25467115.
5. Sommer F, Bäckhed F (2013). „Чревната микробиота - майстори на развитието на гостоприемника и физиологията“. Nat Rev Microbiol. 11 (4): 227–38. doi: 10.1038/nrmicro2974. PMID 23435359.
6. Shen S, Wong CH (2016). „Дразнещо възпаление: роля на чревната микробиота“. Clin Transl имунология (Преглед). 5 (4): e72. doi: 10.1038/cti.2016.12. PMC 4855262. PMID 27195115.
7. Рицар, DJW; Girling, KJ (2003). "Чревната флора в здравето и болестите." The Lancet. 361 (9371): 512–9.
8. Wang H, Lee IS, Braun C (юли 2016 г.). „Ефект на пробиотиците върху функциите на централната нервна система при животни и хора - систематичен преглед“. J. Neurogastroenterol Motil. doi: 10.5056/jnm16018. PMID 27413138.
9. Boulangé CL; и др. (2016). „Влияние на чревната микробиота върху възпалението, затлъстяването и метаболитните заболявания.“ Геном Med. (Преглед). 8 (1): 42. doi: 10.1186/s13073-016-0303-2. PMC 4839080. PMID 27098727.
10. Bailey LC, Forrest CB, Zhang P, DeRusso P. 2014. Асоциация на антибиотиците в ранна детска възраст със затлъстяване в ранна детска възраст. JAMA педиатър 168 (11): 1063-9.
11. Pratap Mouli V et al. Ефект на пробиотик VSL # 3 при лечението на минимална чернодробна енцефалопатия: Рандомизирано контролирано проучване без непълноценност. Хепатол Res. Epub 2014 29 септември.
12. Университет в Глазгоу. 2005. Нормалната чревна флора. Предлага се чрез уеб архив. Достъп до 22 май 2008 г.