Кишкова мікробіота та травлення
Участь у процесі травлення та захисті травного тракту від патогенів — перші «заслуги», які визнали за кишковими мікроорганізмами-симбіонтами людини. Минуло більше ста років, і сьогодні кишкову мікробіоту розглядають як ще один орган людини — примхливий, маловивчений, але дуже важливий для нормального функціонування ледь не всіх основних систем організму. Але повернемося до «витоків» і підсумуємо основні відомості про вплив мікроорганізмів, що мешкають у кишечнику людини, на функції цього органа
Нагадаємо кілька фактів про кишкову мікробіоту людини:
- в травному тракті здорової людини мешкають мікроорганізми (бактерії, віруси, гриби), загальна маса яких становить 2–3 кг. Серед бактерій переважають представники родів Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium, Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus Bifidobacterium, Lactobacillus, Escherichia; гриби представлені Candida, Saccharomyces, Aspergillus, Penicillium тощо;
- найменше бактерій живе у шлунку, в першу чергу через низький рН; чим далі «вниз» кишечником, тим більше стає бактерій; надлишковий ріст бактерій у тонкому кишечнику попереджають ілеоцекальний клапан, що не дозволяє вмісту товстої кишки потрапити до тонкої, та висока пропульсивна моторика тонкого кишечнику, яка заважає бактеріям «закріпитися» на слизовій оболонці;
- більше 80% бактерій товстого кишечнику мешкає на слизовій оболонці, решта — у просвіті кишки;
- більше 90% мікрофлори кишечнику становлять облігатні (резидентні, обов’язкові) анаеробні мікроорганізми, 5–10% — факультативні аеробні та умовно-анаеробні бактерії. Менше 1% може припадати на транзиторну (залишкову) флору — стафілококи, клостридії, протеї тощо;
- склад мікробіоти кожної людини унікальний, він значною мірою формується в перші роки життя, в процесі дорослішання мікробіота стає більш різноманітною і у дорослому віці стабілізується. В процесі старіння різноманіття мікробіоти знов може зменшуватися. Різні екзо- та ендогенні фактори можуть спричиняти коливання у складі мікробіоти (див. нижче);
- за характером метаболізму мікробіоту товстого кишечнику поділяють на цукролітичну (Bifidobacterium, Lactobacillus, Enterococcus) та протеолітичну (Bacteroides, Proteus, Clostridium, деякі штами Escherichia coli)
Ключові функції кишкової мікрофлори: травлення і не тільки
Розщеплення поживних речовин. Процес травлення умовно можна розділити на таке, що здійснюють ферменти людини, та симбіотичне, тобто таке, яке відбувається за участі мікроорганізмів кишечнику. Останні ферментують залишки їжі, які не були розщеплені раніше — остаточно гідролізують білки, омилюють жири, розщеплюють вуглеводи і, зокрема, целюлозу. Продукти ферментативної діяльності бактерій впливають на багато процесів. Так, масляна кислота (бутират) необхідна для нормального функціонування слизової оболонки кишечнику, впливає на проліферацію ентероцитів, всмоктування води та електролітів, моторику товстої кишки. Кишкова мікрофлора бере участь у рециркуляції жовчних кислот, стероїдів тощо.
Мікробіота забезпечує в кишечнику колонізаційну резистентність — сукупність механізмів, які визначають стабільний склад мікрофлори та попереджають заселення кишечнику організму-господаря патогенними та умовно-патогенними мікроорганізмами
Регуляція моторики. За рахунок стимуляції синтезу азоту оксиду та активації клітин кишечнику мікрофлора може уповільнювати перистальтику в тонкій кишці та проксимальному відділі товстої кишки. Коротколанцюгові жирні кислоти, які продукує кишкова мікробіота, в дистальних відділах товстого кишечнику, навпаки, посилюють моторику.
Біосинтез вітамінів. Мікрофлора забезпечує синтез вітамінів групи В (В1,В2,В6,В12), фолієвої кислоти, вітаміну К тощо. Для синтезу вітамінів особливо важливі бактерії , що мешкають у тонкому кишечнику, адже саме там відбувається всмоктування вітамінів у кровотік. Вітаміни, що синтезувалися в товстому кишечнику, практично не всмоктуються. Вважають, що однією з причин більш високої частоти пухлин товстої кишки порівняно з тонкою є недостатність певних цитопротекторних речовин, які всмоктуються у тонкому кишечнику. Зокрема йдеться про вітамін В12 та фолієву кислоту, які позитивно впливають на стабільність ДНК у клітинах кишкового епітелію. Відомо, що дефіцит цих мікронутрієнтів асоційований із підвищеним ризиком раку товстого кишечнику. Також останній пов’язаний із недостатнім споживанням рослинних харчових волокон, необхідних для нормального функціонування кишкової мікробіоти, яка, своєю чергою, виробляє сполуки, що захищають клітини від злоякісного переродження.
Вітамін К, що зокрема бере участь у регуляції зсідання крові і синтезі деяких кальційзв’язувальних білків, існує в кількох формах. Якщо вітамін К1 (філохінон) надходить в організм із рослинною їжею, то вітамін К2 (менахінон) переважно синтезується в організмі людини мікроорганізмами, що мешкають у тонкому кишечнику.
Читайте також: Кишкова мікробіота та цукровий діабет
Захист. Мікробіота забезпечує в кишечнику колонізаційну резистентність — сукупність механізмів, які визначають стабільний склад мікрофлори та попереджають заселення кишечнику організму-господаря патогенними та умовно-патогенними мікроорганізмами. Нормальна кишкова мікробіота конкурує з «непроханими гостями» за поживні речовини та рецептори адгезії, а також виділяє різні антимікробні сполуки (від водню пероксиду до антибіотикоподібних речовин — бактеріоцинів).
Детоксикація. Нормальна мікрофлора здатна нейтралізувати різноманітні токсичні речовини (ксенобіотики, нітрати, гістамін, мутагенні стероїди) і таким чином захищати ентероцити та взагалі організм людини в цілому від їхнього впливу.
Стійкі порушення балансу мікрофлори травного тракту пов’язують із розвитком тяжких запальних захворювань кишечнику, целіакії, ожиріння
Імунітет. Кишечник — ледь не найбільший імунний орган людини. Його слизова оболонка насичена імунологічно активними клітинами, у функціонуванні яких мікробіота грає дуже важливу роль. Зокрема кишкові бактерії беруть участь у формуванні як місцевого, так і системного імунітету. Наявність бактерій у кишечнику з перших хвилин життя забезпечує своєрідне «тренування» імунної системи, а також постійно підтримує організм у «бойовій готовності». Вчені досліджують також баланс місцевих і системних про- та протизапальних ефектів нормальної мікробіоти.
Коли баланс порушено
Кількісні та якісні порушення в складі кишкової мікробіоти (дисбіоз) можуть призводити до розвитку тих чи інших метаболічних, трофічних, імунологічних та інших розладів. Основні причини порушення складу мікробіоти кишечнику:
- генетичні чинники;
- стать;
- вік (дитячий або старечий);
- спосіб народження;
- особливості харчування (дефіцит харчових волокон та надлишок рафінованих продуктів);
- зловживання алкоголем;
- професійні чинники (вплив токсичних речовин, радіаційного випромінювання тощо);
- гігієнічні навички;
- фізичний та психоемоційний стрес;
- маса тіла;
- фізична активність;
- наявність домашніх тварин;
- застосування лікарських засобів, перш за все з антимікробним ефектом, а також інгібіторів протонної помпи, метформіну та інших протидіабетичних препаратів, проносних, наркотичних, психотропних засобів, місцевих анестетиків;
- імунодефіцити;
- гострі та хронічні хвороби травного тракту, в тому числі інфекційні та паразитарні;
- оперативні втручання.
При дисбіозі кишечнику можуть виникати діарея, закреп, стеаторея, метеоризм, біль в животі, неприємний присмак у роті, слабкість, підвищена нервозність, шкірні алергічні реакції тощо. Стійкі порушення балансу мікрофлори травного тракту пов’язують із розвитком тяжких запальних захворювань кишечнику, целіакії, ожиріння.
Читайте також: Кишкова мікробіота та алергічні захворювання
Найбільш поширені форми хронічних запальних захворювань кишечнику — неспецифічний виразковий коліт і хвороба Крона. Виразковий коліт переважно вражає пряму кишку та характеризується тривалим запаленням та виразкуванням слизової і підслизової оболонок кишки; у міру розвитку захворювання поступово зростає ризик кишкових перфорацій, кровотеч, стриктур, а також розвитку колоректального раку. Для хвороби Крона характерно ураження різних відділів травного тракту з ускладненнями, які потребують хірургічного лікування. Етіологію запальних захворювань кишечнику остаточно не встановлено, однак результати дослідів на тваринах та досліджень за участі людей свідчать про порушення у хворих складу мікробіоти, зокрема надмірний ріст E. coli та Enterococcus faecalis, що чинять прозапальну дію, та зменшення популяції Faecalibacterium prausnitzii, які грають важливу роль в енергетичному обміні ентероцитів і мають потужний протизапальний ефект.
Синдром подразненого кишечнику — хронічне рецидивне захворювання, для якого характерні біль у животі та порушення випорожнень (діарея, закріп або їхнє чергування). Окрім нервово-психічних та дієтичних чинників, із розвитком синдрому пов’язані певні особливості кишкової мікробіоти. Так, встановлено, що у пацієнтів із синдромом подразненого кишечнику збільшена кількість деяких клостридій (представників родини Ruminococcaceae і Clostridium cluster XIVa) та зменшена — бактероїдів.
Clostridium difficile — бактерія, яку можна виявити скрізь, але її розмноження в ШКТ свідчить про порушення нормального балансу кишкової мікробіоти людини. В тяжких випадках неконтрольоване розмноження C. difficile може призводити до розвитку псевдомембранозного коліту, для якого характерні запалення та кровотечі, можливі перфорації кишки, розвиток токсичного мегаколона, а також серцево-судинних ускладнень. Інфекція C. difficile важко піддається лікуванню і часто рецидивує. Одним із перспективних експериментальних методів лікування інфекції C. difficile є фекальна трансплантація — перенесення хворому фекальної мікробіоти здорового донора.
Розвиток колоректального раку може бути пов’язаний із кишковими бактеріями: якщо одні види посилюють канцерогенез, то інші — захищають від нього. Вважають, що мікроорганізми можуть призводити до пошкодження ДНК клітин кишечнику шляхом посилення клітинного росту, впливу на розвиток стовбурових клітин, виділення метаболітів з мутагенною дією. Так, існують дані, що раціон, багатий на насичені жири, які наявні у м’ясі, стійко корелює із підвищеним ризиком розвитку колоректального раку. Вважають, що при такому раціоні у товстому кишечнику знижується концентрація коротколанцюгових жирних кислот (масляної, оцтової, пропіонової) порівняно з іншими членами популяції.
Для усунення розладів з боку травного тракту часто традиційно застосовують антибіотики, які повинні знищити шкідливі бактерії, але натомість значно порушують популяцію корисних мікроорганізмів. Це нерідко призводить до розвитку рецидивів, хронізації та прогресування запальних захворювань травного тракту. Сьогодні вчені намагаються вдосконалити лікування пацієнтів із захворюваннями травної системи завдяки використанню пробіотиків — засобів, що мають відновлювати нормальний склад мікробіоти та поліпшувати мікроекологію травного тракту. Вельми перспективним щодо профілактики та лікування захворювань травної системи є збагачення мікробіоти конкретними видами бактерій. Так, дані попередніх досліджень свідчать, що введення в раціон певних бактерій може попереджати рецидиви колоректального раку.
Підготувала Тетяна Ткаченко, канд. біол. наук
“Фармацевт Практик” #5′ 2020
