Vplyv črevného mikrobiómu na fyzické a duševné zdravie

Prvýkrát zverejnené: 25. marca 2020

Redakčná skupina: MEDICHUB MEDIA

DVA: 10,26416/Med.133.1.2020.2996

Abstrakt

Zhrnutie

Črevný mikrobióm u zdravého človeka -
„Superorganizmus“

Veľký objav v roku 2000, ktorý ponúkol možnosť dešifrovania ľudskej DNA, pripravil cestu k identifikácii celého genetického dedičstva a ponúkol možnosť podrobne poznať mikroorganizmy prítomné v zažívacom systéme. Vedci navrhujú ako pojem pre celé ľudské telo a mikroflóru názov „Superorganizmus“ (1), vzhľadom na schopnosť mikrobiómu ovplyvňovať telo navždy v stave eubiózy alebo zle v stave dysbiózy. Vplyv mikrobiómu presahuje gastrointestinálny trakt a štúdie zdôrazňujú jeho úlohu v dýchacom, obehovom a imunitnom a metabolickom systéme.

Ľudské črevo je hostiteľom komunity mikroorganizmov, ktorých počet je desaťkrát vyšší ako počet buniek ľudského tela a ktorých genóm má stokrát viac génov ako ľudský genóm obsahuje (2). Mikrobiota, tiež známa ako črevná flóra, sa koncentruje väčšinou v hrubom čreve a interaguje s hostiteľom tak, že moduluje množstvo telesných funkcií v úzkom vzťahu k vystaveniu prostrediu (stres, strava, lieky). Dve základné, vzájomne súvisiace vlastnosti, na ktorých sú založené, sú v poriadku: prvá je špecifická pre jednotlivcov a odolná voči vonkajšej liečbe (nezdravé jedlo, antibiotiká), poskytuje jednotlivcovi časovú stabilitu a znižuje predispozíciu k chorobe, a druhá je relatívne flexibilný voči fyziologickým a environmentálnym zmenám (vývoj imunity, dostupnosť výživných látok počas tehotenstva).

Obidva sú založené na dynamickej rovnováhe pri udržiavaní stavu homeostázy a vysvetľujú zložitý mechanizmus, ktorý sprostredkúva postup zo zdravia do choroby (3). Zdravá ľudská mikrobiota sa skladá z mnohých mikroorganizmov, z ktorých najpočetnejšie sú baktérie, ktoré predstavujú viac ako 99% ľudskej mikrobioty (4). Ich hustota sa líši v rôznych oblastiach ľudského tela, najvyššia koncentrácia na mililiter je v hrubom čreve s množstvom 10 14 baktérií, čo je 98% baktérií v celom ľudskom tele (5). Tieto baktérie tvoria bakterióm, ktorý sa skladá z mnohých druhov v rozmedzí od 500 do 1 000, z ktorých každý je identifikovaný jedinečným genómom.

Vedecké štúdie sa v posledných rokoch zamerali na analýzu ekosystému mikrobioty s cieľom identifikovať mikrobiálne druhy nachádzajúce sa v mikrobióme zdravých ľudí, aby nedostatok týchto mikroorganizmov ilustroval dysbiózu a prítomnosť patológií. Komplexná definícia zdravej mikrobioty však berie do úvahy zloženie, funkciu, dynamiku aj systémovú ekológiu (6). Prierezová štúdia zloženia črevnej mikrobioty ukázala, že v prípade lovcov a zberačov mikrobióm pozostával hlavne z Prevotelly, Proteobaktérií, Spirochét, Clostridiales a Ruminobacter, zatiaľ čo v mestských populáciách prevažujú Bacteroides, Bifidobacterium a Firmicutes.

Zloženie črevného mikrobiómu zahŕňa nasledujúce:

Baktérie (bakterióm, eubaktérie)

Archae (archaea, archaebacteria)

Vírusy a bakteriofágy (euvirom - virom - fagom)

Kvasinky, huby a plesne (mykobióm)

Zásadný vplyv na zloženie črevnej mikrobioty má zmeny v cirkadiánnom rytme, konkrétnejšie dostupnosť výživných látok, hladina antimikrobiálnych peptidov a hostiteľské protilátky (7). Klinické štúdie odhalili rozdiely v zložení a funkčnosti mikrobioty v rôznych denných dobách (8). Zdravá mikrobiota interaguje s črevnou bariérou prostredníctvom baktérií, aby sa zabezpečila jej správna funkčnosť.

Črevné baktérie, najmä laktobacily a bifidobaktérie, produkujú butyrát, ktorý je výsledkom fermentácie uhľohydrátov a blokuje vývoj nebezpečných baktérií (9). V eubióznom stave teda mikrobiota zabraňuje a ničí množenie patogénnych baktérií, na rozdiel od farmaceutického ošetrenia, ktoré ničí tak patogén, ako aj črevnú ochrannú bariéru.

V gastrointestinálnom trakte existuje veľa buniek, ktoré majú úlohu pri ochrane tela (lymfocyty, makrofágy, dendritické bunky atď.), Ktoré sú stimulované mikrobiotou v stave eubiózy, aby chránili pred vonkajšími agresiami nielen tráviaci systém, ale aj dýchací systém a kožný.

Ďalšou dôležitou funkciou črevných baktérií je tá výživná, ktorá umožňuje syntézu vitamínu B2 (Bacillus subtilis Escherichia coli), vitamínu B12 (Lactobacillus reuteri CRL1098), folátov (Bifidobacterium bifidum, Bifidocaterium longum subsp. Infantis), Es vitaminichi ) a vitamín B6 a PP (Streptococcus thermophilus ST5, Lactobacillus helveticus R0052, Bifidobacterium longum R0175) s nezastupiteľnou úlohou pre homeostázu (10) .

Funkcie črevnej mikrobioty sú:

Metabolické funkcie označujú schopnosť mikrobioty produkovať metabolity vznikajúce pri bakteriálnej fermentácii. Hlavnými baktériami zodpovednými za túto činnosť sú Bacteroide, Bifidobacterium, Roseburia, Enterocateriacare a Fecalibacterium (11) .

Metabolická kapacita črevného mikrobiómu je zvýraznená nasledujúcimi regulačnými mechanizmami: črevné pH, gradienty kyslíka, premena zložiek potravy na použiteľné produkty, odstránenie toxických látok a tvorba stolice. V celom hrubom čreve sa pH mení od kyslého v proximálnom hrubom čreve po neutrálne v distálnom hrubom čreve.

Pokiaľ ide o rezistenciu baktérií na kyslé pH, štúdie ukazujú, že Firmicutes je odolnejší ako Bacteroides. V modeli in vitro bola pozorovaná zmena aktivity dynamiky a zloženia črevnej mikrobioty pri pH medzi 5,5 a 6,5 (12). .

Kyslík je ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje priestorovú distribúciu mikrobiómu, väčšina batérií je anaeróbnych, s obmedzeným rastom. Transformáciou zložiek potravy na konečné zložky absorbovateľné mikrobiotou sa mení pH.

Posledná fáza tráviaceho procesu spočíva v tvorbe hmoty výkalov, ktorá znižuje čas prechodu črevom a obsahuje niektoré toxické látky, ktoré ovplyvňujú zdravie ľudského tela (13). Na tejto úrovni je úlohou črevnej mikrobioty stráviť určité polysacharidy a škrobu a premeniť polysacharidy na monosacharidy, pričom aktivuje mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA), ktoré sa viažu na proteínové receptory a indukujú peptid YY.

Štrukturálne funkcie mikrobioty boli zvýraznené prítomnosťou nasledujúcich baktérií: Bacteroides thetaiotaomicron má úlohu pri udržiavaní desmosómov epiteliálnych klkov v čreve (14); Lactobacillus rhamnosus GG majú úlohu v prevencii apoptózy epitelových buniek produkciou rozpustných proteínov (15); Akkermansia muciniphilia má úlohu pri znižovaní endotoxémie zvyšovaním hladiny bioaktívnych lipidov (16) .

Ochranná aktivita črevného mikrobiómu sa týka najmä boja proti patogénom produkciou látok schopných inaktivovať útočníkov, zmenami črevného pH a udržiavaním celistvosti črevnej sliznice (17). Hlavnou obrannou líniou črevnej bariéry je lymfatické tkanivo (MALT).

Dôležitým aspektom pre prejavenie všetkých funkcií črevnej mikrobioty je stav eubiózy, presnejšie konštantná rovnováha medzi zložením a počtom mikroorganizmov, ktoré tvoria mikrobióm jednotlivca.

Interakcia medzi črevným mikrobiómom a mozgom (os črevo-mozog)

Klinické skúšky vedcov zapojených do európskeho projektu MyNewGut odhalili prítomnosť kmeňov a druhov baktérií, ktoré vyzerajú nádejne v boji proti obezite, metabolickým poruchám a zmenám nálady. Predklinické výsledky preukázali účinnosť bakteriálneho kmeňa Bacteroides uniformis CECT 7771 proti dysfunkcii imunitného systému a metabolickej dysfunkcii pri obezite. Výsledky testu ukázali pokles sérových hladín triglyceridov, intolerancie glukózy a telesnej hmotnosti (18). .

Ďalším významným zistením multidisciplinárnej pracovnej skupiny bola identifikácia typu baktérie Bifidobacterium longum, ktorá mala pozitívny vplyv na uvoľňovanie kortizolu, kvalitu spánku a vnímaný stres. Hypotéza pracovnej skupiny sa týka možnosti transformácie týchto druhov baktérií na probiotiká budúcej novej generácie, ktoré sa majú použiť pri liečbe metabolických patológií, ako je obezita alebo problémy spojené so stresom a zmeny nálady, ako je depresia (19) .

Klasické teórie preukázali, že životný štýl ovplyvňuje mozog cez os hypotalamus-hypofýza-nadobličky. Klinické skúsenosti ukazujú, že poruchy spôsobené na tejto úrovni chronickým stresom alebo genetickou zraniteľnosťou môžu spôsobiť poruchy duševného zdravia, čo sa prejaví zvýšením sérových zápalových cytokínov.

Nové teórie založené na analýze ekosystému predstavovaného mikrobiómom zdôrazňujú vzájomnú závislosť medzi zdravím čriev, stavom eubiózy a zdravím nervového systému. Na poslednej konferencii, ktorá zavŕšila päťročný výskum vplyvu mikrobiómu pod vedením výskumných skupín MyNewGut, bolo predstavených niekoľko logologických štúdií, ktoré zdôraznili jasný vzťah medzi konzumáciou nezdravých potravín a duševným zdravím.

Jedna z týchto štúdií, ktorá sa uskutočnila počas 6,2 roka na 8 964 španielskych účastníkoch, dospela k záveru, že rýchle občerstvenie alebo pečivo zvyšujú riziko depresie (21). Dôkazy boli založené na zmenách spôsobených vyvolaním experimentálnych zmien na črevnej mikrobiote a účinkom pre- a probiotík na funkciu mozgu a neuropsychiatrickú dysfunkciu.

Ďalšia experimentálna štúdia na Katedre psychológie na Oxfordskej univerzite, ktorú v roku 2018 uskutočnili Johnson a Foster, zameraná na väzby medzi črevom, bakteriálnou flórou a mozgom (22). Tento experiment bol založený na hypotéze o možnosti behaviorálnej manipulácie hostiteľského organizmu s mikroorganizmami, ktoré tvoria črevný mikrobióm. V takom prípade by ľudské správanie bolo výsledkom manipulácie s mikroflórou, takže akákoľvek zmena hladiny mikroorganizmov má účinky na neuroenterický systém prostredníctvom komunikácie medzi enterickým a nervovým systémom (22). Presnejšie povedané, črevná flóra má schopnosť modulovať črevnú pohyblivosť prostredníctvom metabolitov vznikajúcich pri bakteriálnej fermentácii, ktoré následne ovplyvňujú produkciu serotonínu cez nerv vagus a súvisiace neuróny (24) .

Ďalšie štúdie dokončujú túto hypotézu a zdôrazňujú úlohu črevnej mikroflóry v metabolizme prekurzora serotonínu, tryptofánu, ktorý prechádza cez hematoencefalickú bariéru a zvyšuje sekréciu serotonínu v centrálnom nervovom systéme (25). .

Okrem zmeny individuálneho správania prostredníctvom osi mikrobiota-črevo-mozog môže mikrobióm pôsobiť priamo na imunitný systém a znižovať zápalové reakcie v tele. To v roku 2017 zdôraznila skupina vedcov (26), ktorá uskutočnila experiment na laboratórnych myšiach, ktorým preniesli výkaly zo zvierat so syndrómom dráždivého čreva. Výsledkom bolo úzkostné správanie, keď došlo k imunitnej reakcii. Ako riešenie úzkosti a depresie vedci dospeli k záveru, že bakteriálne druhy laktobacily a bifidobaktérie majú priaznivý účinok a zmierňujú príznaky (27). Experimentálne laboratórne štúdie preukázali, ako laktobacily uprednostňujú sociálne interakcie v skupine stresujúcich myší. To bolo možné vďaka zásahu baktérií do produkcie oxytocínu (28) .

Všetky tieto štúdie objasňujú a objasňujú, čo donedávna predstavoval problém, konkrétne to, ako dokáže mikrobióm ovplyvňovať celé fungovanie ľudského tela. Mikrobiota prostredníctvom neurotransmiterov a imunitného systému ovplyvňuje správanie hostiteľského organizmu a akákoľvek zmena typu alebo počtu črevných mikroorganizmov v dôsledku patogénnej kontaminácie alebo dlhodobej konzumácie antibiotík je spojená so zmenami v správaní a funkcii. detská mozgová obrna (29-31) .

Mikrobióm sa stal v posledných rokoch pozorovacími a experimentálnymi štúdiami, ktoré umožnila vedecká evolúcia, zlomovým bodom pri riešení mnohých zdravotných stavov, ako sú úzkosť, depresia, Alzheimerova choroba, obezita a metabolické problémy.

Podľa odporúčaní odborníkov sa zdá, že strava je najrozumnejším zásahom do prevencie chronických patológií udržiavaním rovnováhy medzi črevnou mikrobiálnou populáciou, presnejšie udržiavaním stavu eubiózy.

Odporúčania poskytnuté odborníkmi z konzorcia MyNewGut zohľadňujú nielen výživové požiadavky ľudského tela považovaného za hostiteľský organizmus, ale aj požiadavky črevného mikrobiómu. V záujme udržania homeostázy odborníci zdôraznili význam zníženia príjmu zvýšeného množstva tukov a bielkovín a obohatenia stravy o vlákninu, ktorá je hlavným „palivom“ črevnej mikrobioty.

Konflikt záujmov: Autori neprehlasujú, že by došlo ku konfliktu záujmov.