Zloženie a funkcie črevnej flóry - strana 2 z 2 - časopis Galenus
Funkcie črevnej flóry
Úlohy bakteriálnej flóry sú: priama obrana proti patogénom, posilnenie imunitného systému hostiteľa (vývoj a údržba intestinálneho epitelu), indukcia produkcie protilátok v ňom, metabolizmus inak nestráviteľných látok v potravinách [6].
Črevná flóra hrá priamu úlohu v obrane proti patogénom úplnou kolonizáciou vesmíru, využitím všetkých dostupných živín a vylučovaním zlúčenín, ktoré ničia alebo inhibujú nežiaduce organizmy, ktoré by súťažili o živiny [7]. Narušenie flóry umožňuje očakávaným konkurenčným organizmom, ako napríklad Clostridium difficile, usadiť sa v čreve [5].
Sliznica čreva poskytuje vonkajšiu vrstvu, v ktorej môžu „priateľské“ mikroorganizmy kotviť a kŕmiť sa, a vnútornú vrstvu, do ktorej nemôžu preniknúť ani tieto komenzálne baktérie [1,4]. Súčasne s vývojom mikrobioty sa objavuje lymfoidné tkanivo spojené s črevom (GALT), ktoré je súčasťou intestinálneho epitelu a detekuje patogény a reaguje na ne [6]. Tkanivo GALT je tolerantné k druhom v črevnej flóre, ale nie k iným mikroorganizmom [4]. GALT je zvyčajne tolerantný k potravinám, ktorým je dieťa vystavené, a k produktom trávenia potravy a metabolitom črevnej flóry [5].
Ukázalo sa, že rôzne bakteriálne druhy v črevnej flóre majú schopnosť nasmerovať imunitný systém na selektívnu produkciu cytokínov; napríklad sa zdá, že Bacteroides fragilis a niektoré druhy Clostridia iniciujú protizápalovú reakciu, zatiaľ čo niektoré segmentované vláknité baktérie stimulujú produkciu zápalových cytokínov [4]. Črevná flóra môže tiež regulovať produkciu protilátok imunitným systémom [1,6]. Tieto cytokíny a protilátky môžu mať tiež extradigestívne účinky na pľúca a iné tkanivá [5].
Bez črevnej flóry by ľudské telo nebolo schopné použiť niektoré nestráviteľné sacharidy, pretože niektoré baktérie vo flóre obsahujú enzýmy na odbúravanie určitých polysacharidov, čo sú enzýmy, ktoré chýbajú v ľudských bunkách [5]. Hlodavce pestované v sterilnom prostredí a bez črevnej flóry museli konzumovať o 30% viac kalórií, len aby zostali na rovnakej váhe ako zvyčajne [7]. Medzi sacharidy, ktoré človek nedokáže stráviť bez pomoci komenzálnych baktérií, patria určité druhy škrobu, vlákniny, oligosacharidy a cukry, ktoré telo inak nedokáže stráviť a vstrebať, ako napríklad laktóza, v prípade intolerancie laktózy. [3,12].
Baktérie v mikrobiote premieňajú sacharidy na sacharidy na mastné kyseliny s krátkym reťazcom (SCFA) procesom sacharolytickej fermentácie [12]. Produkty tohto procesu sú kyselina octová, kyselina propiónová a kyselina maslová, ktoré môžu byť použité v ľudských hostiteľských bunkách, poskytujú hlavný zdroj energie a živín a pomáhajú telu vstrebávať základné minerály zo stravy, ako sú vápnik, horčík a železo [7] . Organické plyny a kyseliny, ako je kyselina mliečna, sú výsledkom sacharolytickej fermentácie [12]. Kyselinu octovú používajú svaly, kyselina propiónová pomáha pečeni produkovať ATP a kyselina maslová dodáva energiu črevným bunkám. Existujúce dôkazy naznačujú, že komenzálne baktérie zvyšujú absorpciu a ukladanie lipidov a následne uľahčujú absorpciu vitamínov, ako je vitamín K [1].
Črevná flóra syntetizuje vitamíny, ako je biotín a kyselina listová, a pomáha vstrebávať mikroelementy z potravín, ako sú horčík, vápnik a železo. Archaea podobné organizmy, ktoré produkujú metán, ako je Methanobrevibacter smithii, sa podieľajú na odstraňovaní/eliminácii konečných metabolitov bakteriálnej fermentácie, ako je vodík [2].
Os mozog-črevo predstavuje biochemickú komunikáciu, ktorá prebieha medzi gastrointestinálnym traktom a centrálnym nervovým systémom [1]. V poslednej dobe sa tento termín rozšíril, aby sa zdôraznila úloha komenzálnej flóry. Táto os zahŕňa centrálny nervový systém, neuroendokrinný a neuroimunitný systém vrátane osi hypotalamus-hypofýza-nadobličky, sympatické a parasympatické zložky autonómneho nervového systému vrátane enterického nervového systému, nervu vagus a črevnej mikrobioty [2,7].
Črevná flóra a choroby
Zmena počtu črevných baktérií, napríklad liečba antibiotikami, môže mať vplyv na zdravie hostiteľa a schopnosť stráviť potravu [7]. Antibiotiká môžu spôsobiť hnačky priamym dráždením čreva, zmenami hladín črevnej flóry a umožnením rastu patogénnych baktérií [4]. Ďalším škodlivým účinkom antibiotík je zvýšenie počtu baktérií rezistentných na antibiotiká, ktoré sa ťažko liečia [6].
Zmena počtu a druhov v črevnej flóre môže znížiť schopnosť tela fermentovať sacharidy a metabolizovať žlčové kyseliny, čo spôsobí hnačky. Nestrávené sacharidy absorbujú príliš veľa vody a spôsobujú vodnatú stolicu. Nedostatok mastných kyselín s krátkym reťazcom produkovaných črevnou flórou môže spôsobiť hnačky [11].
Zníženie počtu komenzálnych bakteriálnych druhov znižuje ich schopnosť inhibovať vývoj škodlivých druhov, ako sú C. difficile a Salmonella kedougou [4]. Zmeny v zložení črevnej flóry sa vyskytujú aj pri závažných ochoreniach v dôsledku črevnej ischémie, narušeného imunitného systému a anorexie.
Prítomnosť alebo hojnosť baktérií v zažívacom trakte môže prispieť k vzniku zápalového ochorenia čriev [6]. Metabolity niektorých druhov v črevnej flóre môžu ovplyvňovať signálne dráhy hostiteľa a prispievať k stavom, ako je obezita a rakovina hrubého čreva [9]. Zdá sa, že interakcie črevnej flóry s osou mozog-čriev hrajú úlohu pri chronických zápalových ochoreniach čriev, psychický stres sprostredkovaný osou hypotalamus-hypofýza-nadobličky [8] usmerňujúcimi zmeny v črevnom epiteli, faktormi uvoľňujúcimi črevnú flóru a metabolitmi, ktoré spúšťajú signalizáciu. enterický a vagusový nervový systém [5].
Diverzita komenzálnej flóry je u týchto pacientov so zápalovým ochorením čriev nízka. U pacientov s ulceróznou kolitídou prevažujú v mikrobiote proteobaktérie a aktinobaktérie; u pacientov s Crohnovou chorobou sa vyskytuje nadmerná expresia Enterococcus faecium a niekoľkých druhov proteobaktérií [1,9].
Štúdie preukázali zmeny v mikrobiote u pacientov so syndrómom dráždivého čreva, ktoré sa líšia v závislosti od prevalencie hnačiek alebo zápchy. Dochádza tiež k poklesu rozmanitosti mikrobiómov s nízkymi hladinami laktobacilov a bifidobaktérií, vysokému množstvu fakultatívne anaeróbnych baktérií, ako je Escherichia coli, a zvýšenému pomeru Firmicutes: Bacteroidetes [5].
Mohlo by sa zdať, že vzťah komenzálnej flóry s hostiteľom zasahuje aj do mechanizmu chorôb, ako sú alergie, astma a cukrovka 2. typu [9]. Účasť mikrobioty na týchto autoimunitných ochoreniach by bola založená na nedostatočnom vystavení patogénom detí v rozvinutých krajinách (čo by viedlo k hyperreaktívnemu imunitnému systému) a západnej strave s nízkym obsahom vlákniny a bohatou na cukry - to by vysvetľovalo zmeny črevnej flóry. a jeho úloha pri modulácii imunitného systému [6].
Na obezite a metabolickom syndróme sa podieľa komensálna flóra. Západná strava spôsobuje zmeny v črevnej flóre, a tým mení percento energie pochádzajúcej z potravy a spôsob, akým sa táto energia využíva [8,10]. V západnej strave chýba vláknina a ďalšie komplexné uhľohydráty potrebné pre vývoj zdravej črevnej flóry. Zdá sa, že zmeny v komenzálnej flóre v reakcii na západnú stravu zosilňujú množstvo energie generovanej črevnou flórou a prispievajú k vzniku obezity [8]. Existujú dôkazy, že mikroflóra ovplyvňuje správanie pri kŕmení podľa jej preferencií, čo vedie k konzumácii väčšieho množstva potravy hostiteľom a pravdepodobne k obezite. Čím väčšia je diverzita črevného mikrobiómu, tým viac energie a zdrojov mikrobiota spotrebuje, v konkurencii s inými mikrobiómami, a bude menej manipulovať s hostiteľom [8].
Ukazuje sa, že črevné lipidy regulujú homeostázu glukózy zahrnutím osi črevo-mozog-pečeň (táto udržuje rovnováhu medzi absorpciou a ukladaním glukózy glykogenézou a glukoneogenézou). Priame podávanie lipidov v tenkom čreve zvyšuje hladinu koenzýmu A acyl-mastných kyselín s dlhým reťazcom na tejto úrovni a potláča produkciu glukózy, a to aj za podmienok subdiafragmatickej vagotómie alebo vagálnej intestinálnej deferenciencie. Objavujú sa tak nové možnosti liečby obezity a cukrovky [8,9].
Črevná dysbióza je spojená s cirhózou a nealkoholickým steatotickým ochorením pečene [9]. K premiestneniu črevnej flóry dôjde, keď komenzálne baktérie prechádzajú cez sliznicu čreva, čo môže viesť k závažným infekciám. Štúdia z roku 2014 naznačuje, že podávanie antibiotík súvisí s nadváhou a obezitou u detí, najmä u detí, ktoré majú viac ako 4 expozície širokospektrálnym antibiotikám [9]. Niektoré bakteriálne rody, ako napríklad Bacteroides a Clostridium, sú spojené so zvýšeným množením nádorov, zatiaľ čo iné, ako napríklad Lactobacillus a Bifidobacteria, zabraňujú vzniku nádorov [1,12].
Mikrobiota a nové terapeutické „dvere“
Probiotiká sú mikroorganizmy, ktoré majú priaznivý vplyv na zdravie a sú užitočné pri liečbe stavov, ako je syndróm dráždivého čreva [5,12]. (napr. Streptococcus faecium).
Systematická štúdia z roku 2016 zistila, že niektoré mikrobiálne kmene, ako sú rody Bifidobacterium a Lactobacillus, sa ukázali ako potenciálne užitočné pri liečbe porúch centrálneho nervového systému, ako sú poruchy nálady (úzkosť, depresia), poruchy pamäti [8,11].
Podávanie probiotík obsahujúcich Lactobacillus môže zabrániť hnačkám vyvolaným antibiotikami a probiotiká založené na Saccharomyces (Saccharomyces boulardii) môžu zabrániť liečbe Clostridium difficile po liečbe antibiotikami [1].
Existujú dôkazy, že vyváženie komenzálnej flóry s probiotikami obsahujúcimi laktobacily a bifidobaktérie môže znížiť viscerálnu bolesť a zápal čriev u pacientov so zápalovým ochorením čriev [6].
Nová liečba infekcie C. difficile spočíva v transplantácii fekálnej mikrobioty od zdravých darcov s 90% úspešnosťou obnovením rovnováhy medzi triedami Bacteroides a Firmicutes [7]. Transplantácia stolice ukázala dobré výsledky v niektorých štúdiách a u pacientov so zápalovým ochorením čriev (Crohnova choroba, ulcerózna kolitída).
Podávanie probiotík, ako je Lactobacillus rhamnosus, v štúdii podporilo úbytok hmotnosti u obéznych žien, podávaných počas 12 týždňov. Títo pacienti pokračovali v chudnutí aj po ukončení podávania probiotík.
U pacientov s cirhózou pečene a minimálnou hepatálnou encefalopatiou, ktorým boli podávané probiotické lieky, došlo k zlepšeniu neuropsychometrických testov (70%), pričom probiotiká boli rovnako účinné ako laktulóza [11]. Mohlo by sa zdať, že črevná mikrobiota tak otvára atraktívne terapeutické možnosti a ich vplyv je ešte potrebné vyhodnotiť v budúcnosti.
Bibliografia:
1. Quigley EM (2013). "Črevné baktérie v zdraví a chorobe." Gastroenterol Hepatol (N. Y). 9: 560–9. PMC 3983973. PMID 24729765.
2. Saxena, R.; Sharma, V.K (2016). „Metagenomický pohľad do ľudského mikrobiómu: jeho dôsledky na zdravie a choroby.“ In D. Kumar; S. Antonarakis. Lekárska a zdravotná genomika. Elsevierova veda. s. 117. doi: 10.1016/B978-0-12-420196-5.00009-5. ISBN 978-0-12-799922-7.
3. Lozupone, Catherine A.; Stombaugh, Jesse I.; (2012). „Diverzita, stabilita a odolnosť ľudskej črevnej mikrobioty“ Príroda. 489 (7415): 220–30. Bibcode: 2012Natur.489.220L. doi: 10,1038/nature11550. PMC 3577372. PMID 22972295.
4. Yoon MY, Lee K, Yoon SS (2014). "Ochranná úloha črevných komenzálnych mikróbov pred intestinálnymi infekciami". J Microbiol. 52 (12): 983–9. doi: 10,1007/s12275-014-4655-2. PMID 25467115.
5. Sommer F, Bäckhed F (2013). „Črevná mikrobiota - majstri vo vývoji a fyziológii hostiteľa“. Nat Rev Microbiol. 11 (4): 227–38. doi: 10,1038/nrmicro2974. PMID 23435359.
6. Shen S, Wong CH (2016). „Zápal ploštice: úloha črevnej mikrobioty“. Clin Transl Immunology (prehľad). 5 (4): e72. doi: 10.1038/cti.2016.12. PMC 4855262. PMID 27195115.
7. Rytier, DJW; Girling, KJ (2003). „Črevná flóra v zdraví a chorobe.“ Lancet. 361 (9371): 512–9.
8. Wang H, Lee IS, Braun C (júl 2016). „Účinok probiotík na funkcie centrálneho nervového systému u zvierat a ľudí - systematický prehľad“. J. Neurogastroenterol Motil. doi: 10,5056/jnm16018. PMID 27413138.
9. Boulangé CL; a kol. (2016). „Vplyv črevnej mikrobioty na zápal, obezitu a metabolické choroby.“ Genome Med. (Preskúmanie). 8 (1): 42. doi: 10,1186/s13073-016-0303-2. PMC 4839080. PMID 27098727.
10. Bailey LC, Forrest CB, Zhang P, DeRusso P. 2014. Asociácia antibiotík v kojeneckom veku s obezitou v ranom detstve. Pediatr JAMA 168 (11): 1063-9.
11. Pratap Mouli V a kol. Účinok probiotického VSL # 3 na liečbu minimálnej hepatálnej encefalopatie: Randomizovaná kontrolovaná štúdia, ktorá nie je podradená. Hepatol Res. EPUB 2014 29. septembra.
12. Univerzita v Glasgowe. 2005. Normálna črevná flóra. Dostupné prostredníctvom webového archívu. Prístup k 22. máju 2008.