Помоги проекту - поделись книгой:
В. Л. Мартынов
СИБР (хирургическое лечение и профилактика)
Аннотация
Синдром избыточного бактериального роста (СИБР) (Small Intestinal Bacterial Overgrowth Syndrome) – это патологическое состояние, развивающееся вследствие бактериальной контаминации тонкой кишки различной микрофлорой и сопровождающееся функциональными нарушениями работы пищеварительного конвейера. Реальная распространенность СИБР на сегодняшний день неизвестна. Фактически это патологическое состояние плохо диагностируемо ввиду неспецифичности его симптомов, которые часто относят к основному производящему СИБР заболеванию. Существуют объективные причины, позволяющие объяснить широкую вариабельность данных о распространенности СИБР. Так, даже в условиях современной клиники не всегда возможно провести адекватную диагностику синдрома.
Частота выявления избыточного роста бактерий в тонкой кишке при различных заболеваниях органов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) составляет 40–99 %. Отмечается некоторая схожесть в симптоматике синдрома раздраженной кишки (СРК) и СИБР и довольно нередкое параллельное, на первый взгляд, существование двух патологий у больных, попадающих под критерии СРК. В 2000 г. в доступной печати стали появляться работы, в которых описывалось, что пациенты с СРК в 30–85 % имеют положительные результаты дыхательного водородного теста, причем такие результаты могут быть связаны именно с наличием СИБР, что существенно больше, чем в контрольной группе здоровых лиц. Данное сочетание не случайность – синдромы имеют общие механизмы патогенеза.
На основании многолетних исследований пациентов с патологией ЖКТ с позиций клапанной гастроэнтерологии авторы пришли к выводу, что основной причиной развития дистального СИБР является несостоятельность илеоцекального запирательного аппарата (баугиниевой заслонки). Разработаны оригинальные методики фиксации илеоцекального отдела кишечника в арефлюксном варианте (оперировано более 600 пациентов) в качестве лечения дистального СИБР, формирования арефлюксного тонко-толстокишечного анастомоза в условиях плановой и экстренной хирургии, что является пионерским подходом в научной и практической гастроэнтерологии.
Показано влияние хирургической коррекции СИБР на этиопатогенез некоторой экстраинтестинальной патологии, авитаминоза «С».
Монография предназначена для врачей всех специальностей, студентов и профессорско-преподавательского состава высших медицинских учреждений, сотрудников научно-исследовательских медицинских центров.
Глава 1. Значение микрофлоры желудочнокишечного тракта человека
(В. Л. Мартынов, А. Г. Семенов, Н. В. Казарина, А. А. Тулупов, А. А. Чесноков)
Введение. Пищеварительный тракт является открытой биологической системой, колонизированной микроорганизмами, которые и составляют ее микробиоценоз (Мечетина Т. А., 2011). Микробиоценоз – сложное многокомпонентное микробное сообщество с собственными внутренними взаимоотношениями, способствующими сохранению жизнеспособности микробной популяции (Яковенко Э. П., 2008).
Площадь пищеварительно тракта составляет 200–300 м2 (Плоскирева А. А., 2010). Общая численность микроорганизмов, обитающих в различных биотопах человеческого организма, достигает величины порядка 1015, т. е. число микробных клеток примерно на два порядка превышает численность собственных клеток макроорганизма (Leser T. D., 2009; Lawley T. D., 2012).
Слюна может содержать до 109 микробных клеток / мл (Maukonen J., 2008). С учетом ротовой полости, количество микроорганизмов составляет 75 % от всех представителей микрофлоры, заселяющей организм человека (Кучумова С. Ю., 2011). Пищевод и желудок контаминированы микроорганизмами, попадающими сюда с пищей и из полости рта. В желудке количество бактерий незначительное (менее 102 / мл), что связывают с кислотностью его содержимого. В связи с влиянием желудочного бактериального барьера проксимальные отделы тонкой кишки колонизируются относительно простыми микробными сообществами (до 103 / мл), представленными преимущественно Гр+ бактериями (Hayashi H., 2005). У 30–50 % здоровых людей содержимое тощей кишки стерильно (Плотникова Е. Ю., 2013). Только в подвздошной кишке, с уменьшением перистальтики и кислотности микробное изобилие и разнообразие разновидностей значительно увеличивается (Wilson M., 2005). Самые богатые микробные сообщества находятся в толстой кишке, где более медленная перистальтика и доступные питательные вещества (Macfarlane S., 2003). Видовая «этажность» расселения микробов определяется величиной рН и концентрацией кислорода. По мере продвижения кишечного содержимого повышается рН среды (Cummings J. H., 1991) и снижается парциальное давление кислорода. При этом преимущественно Гр+ флора сменяется Гр-, а облигатные анаэробы начинают преобладать над аэробами (Мечетина Т. А., 2011). Нерастворимые нутриенты способствуют формированию уникального пристеночного микробиоценоза, отличающегося от внутрипросветной флоры и флоры фекалий (Leitch E. C., 2007; Walker A. W., 2008).
Основная масса микробов приходится на мукозную микрофлору, лишь незначительная часть нормальной кишечной микрофлоры находится внутри просвета кишки (Григорьев П. Я., 2004, Логинов А. С., 2000; Чернин В. В., 2010). При этом количество анаэробных бактерий в организме человека значительно превышает количество аэробов (Воробьев А. А., 1999), и составляет 99 % спектра микробиоты кишечника (Wilson M., 2005).
Общее число видов микроорганизмом, заселяющих кишечник, на настоящий момент колеблется от 600 до 1000 (RajilicStojanovic M., 2007; Ардатская М. Д., 2011; Кучумова С. Ю., 2011). В настоящее время известно 55 видов бактерий эволюционно способных заселить ЖКТ, и большинство (99 %) принадлежат четырем видам: Гр+ Firmicutes и Actinobacteria и ГрBacteroidetes и Proteobacteria. (Rajilic-Stojanovic M., 2007; Tap J., 2009; Eckburg P. B., 2005).
Считается, что закодированный микробиоматерией «микробиом» (генный набор всех микробов колонизации) содержит в 150 раз более уникальные гены, чем закодировано человеческим геномом (Qin J., 2010). У различных колоний может быть чрезвычайно переменный геном и фенотипические черты (Lapierre P., 2009), которые формируются как результат совместного с иммунной системой хозяина созревания микробиоты с момента первичной колонизации (Dethlefsen L., 2006), что подтверждают результаты исследований (Gill N., 2011; Norin E., 2010). Таким образом, утверждение о том, что «микрофлора человека индивидуальна как отпечаток пальцев» (Ардатская М. Д., 2011) является правомерным.
Динамика микробиоценоза кишечника человека в онтогенезе. Нормальная микрофлора изменяется на протяжении всей жизни в зависимости от влияния различных факторов, однако к периоду полового созревания ее профиль становится относительно стабильным. Микрофлора новорожденных весьма отличается от микрофлоры взрослых, которая, в свою очередь, несколько отлична от таковой у пожилых (Gordon D. M., 2006; Rambaud J. C., 2006).
Так, в 2010 году были опубликованы данные Cavalieri (2010) по исследованию состава микробиоценоза ЖКТ у 30 здоровых, нормально развивающихся детей в возрасте от 1 до 6 лет в двух группах из Буркина-Фасо и Италии, отличающихся по характеру питания, последующего за грудным. Для оценки состояния микрофлоры использовали ДНК-секвенирование. Авторами было показано, что в период естественного вскармливания основные характеристики компонентов микрофлоры ЖКТ в сравниваемых группах были сопоставимы. Но когда дети начали получать твердую пищу, характерную для региона проживания, различия в микрофлоре стали выглядеть несколько иначе. По сравнению с европейскими детьми, бактерии, представленные в микрофлоре ЖКТ африканских детей были более разнообразными, что позволяет детям более быстро адаптироваться к различным диетам. Эти бактерии не только обладали выраженными пробиотическими свойствами, но также были уникальными штаммами бактерий, которые не были обнаружены у европейских детей. Для этих микроорганизмов были показаны выраженные противодиарейные и противовоспалительные свойства (Плоскирева А. А., 2010).
Микробная колонизация желудочно-кишечного трактата (ЖКТ) немедленно начинается постпрандиально с простых микробных сообществ и формируется под влиянием окружения (Palmer C., 2007). Во время родов кишечный тракт младенца первоначально заселяется флорой родовых путей матери, представляя форму семейного наследования. Напротив, во время кесарева сечения младенец первоначально заселяется микробами кожи матери и микробами родильной палаты больницы (Koenig J. E., 2011; Park H. K., 2005; Dominguez-Bello M. G., 2010).
После рождения состав преобладающей микробиоматерии в значительной степени определяется диетой младенца. Например, кишечная микробиоматерия вскармливаемых грудью детей, как правило, представлена Bifidobacteriа (Harmsen H. J., 2000). Грудное молоко матери содержит множество олигосахаридов, которые используются в качестве пробиотиков бифидобактериями (Zivkovic A. M., 2011). В отличие от вскармливаемых грудью детей, младенцы находящиеся на искусственном вскармливании колонизированы более широким диапазоном флоры, где бифидобактерии находятся в меньшинстве (Hascoet J. M., 2011).
Введение прикорма и докорма с последующим отнятием от груди вызывает выраженные изменения в составе микробиоматерии. На 1–2 году жизни устанавливается плотная и разнообразная микробиоматерия, напоминающая по составу флору взрослого человека (Palmer C., 2007; Koenig J. E., 2011). С годами микробиоматерия становится более сложной и устойчивой в отсутствие внешних критических влияний, таких как инфекция или антибиотики (Blaser M. J., 2009).
Оставаясь функционально постоянной, микрофлора выполняет основные биохимические реакции, такие как метаболизм потенциально вредоносных веществ (желчные кислоты, билирубин, гетероциклические амины), брожение полисахаридов в жирные кислоты короткой цепи (SCFAs; преобладающе ацетат, пропионат и бутират) (Hooper L. V., 2002; Turnbaugh P. J., 2009).
В настоящее время учеными признается факт совместного эволюционирования микро– и макроорганизмов (Angela M. Zivkovic, 2009). Рождаясь иммунологически неразвитой, и сталкиваясь с притоком чужеродных антигенов, наша иммунная система быстро приспосабливается и развивается (Renz H., 2011). Микробиота кишечника эволюционировала в течение миллионов лет вместе с макроорганизмом хозяина (Rawls J. F., 2012).
Развитие иммунной системы человека обеспечивается богатым опытом взаимодействия с симбионтной флорой в филогенезе и непосредственным влиянием микробиоты в процессе онтогенеза (Iebba V., 2012).
Многие микробные гены комплементарно закодированы в человеческом геноме, обеспечивая нас многими способностями, которые мы не могли развить самостоятельно, воздействуя на нашу физиологию одинаково в здоровом и больном состоянии (Trevor D., 2012). Поэтому микробиоматерию можно считать дополнительным «органом», который функционирует как суперорганизм и сосуществует с нами в гармонии в состоянии здоровья (Eberl G., 2010).
Классификация микрофлоры. Нормальная микрофлора человека может быть резидентной и транзиторной (Кучумова С. Ю., 2011; Мечетина, Т. А., 2011; Ардатская М. Д., 2009; Белоусова Е. А., 2009). Резидентная (облигатная) микрофлора представлена постоянно присутствующими в организме микробами: к ним относятся, например, бифидо и лактобактерии кишечника, которые составляют основу биоценоза в количественном выражении. Факультативная (сапрофитная) флора не превышает 5 % от общей численности микроорганизмов. Транзиторная (непостоянная) микрофлора не способна к длительному существованию в организме и попадает на кожу или слизистые оболочки из окружающей среды – стафилококки, стрептококки и дрожжеподобные бактерии (в норме не превышает 0,01 %).
В зависимости от особенностей метаболизма выделяют протеолитическую и сахаролитическую микрофлору (Воробьев А. А., 1999). Протеолитические микроорганизмы (кишечная палочка, бактероиды, протей, клостридии) расщепляют белки до азотистых соединений, а сахаролитические (бифидо и лактобактерии, энтерококки) метаболизируют углеводы.
По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на 3 основные группы (Кучумова С. Ю., 2011):
– облигатные аэробы, растущие только при наличии кислорода (большинство прокариотических организмов);
– облигатные анаэробы, кислород для которых токсичен (бактероиды, клостридии ботулизма, столбняка, газовой гангрены);
– факультативные анаэробы, растущие как при наличии, так и при отсутствии кислорода (кишечная палочка, стрепто-, стафилококки).
Микрофлора тонкой кишки. У большей части здоровых людей тощая кишка имеет низкую плотность заселения, увеличивающуюся по направлению к толстой (Маев И. В., 2007; Логинов А. С., 2000).
Верхние отделы тонкой кишки (двенадцатиперстная) относительно свободны от бактерий, что связано с неблагоприятным действием щелочного рН и пищеварительных ферментов. Тем не менее, в верхних отделах тонкой кишки можно обнаружить лактобациллы и бифидумбактерии (Saad R., 2003).
В содержимом тощей кишки здоровых людей может находиться до 105 / мл микробных клеток (Ардатская М. Д., 2011; Кучерявый Ю. А., 2010). Состав их становится более разнообразным, появляются стрептококки, стафилококки, а также другие грамположительные аэробные бактерии и грибы.
Терминальный отдел подвздошной кишки представляет собой пограничную зону между нормальной толстокишечной флорой и микроорганизмами, обитающими в более проксимальных отделах тонкой кишки (Ардатская М. Д., 2011). По мере приближения к илеоцекальному клапану количество микробов в подвздошной кишке увеличивается до 107 / мл, в первую очередь за счет энтерококков, кишечной палочки, бактероидов и анаэробных бактерий (Бондаренко В. М., 2007; Маев И. В., 2007).
Физиологическое значение микрофлоры. Значимость и эффекты кишечной микрофлоры наглядно продемонстрированы на экспериментальных моделях, хотя полная экстраполяция на физиологию человека невозможна (Кучерявый Ю. А., 2014), отчасти потому, что микробиоценоз кишечника каждого человека сопоставим с уникальностью дактилоскопии (Pimentel M., 2000).
У грызунов, выращенных в стерильных условиях, в отличие от грызунов с естественной кишечной флорой происходит задержка не только желудочной секреции, но и кишечного транзита, осуществляется пролонгация межпищеварительного миграционного моторного комплекса (ММК) (Caenepeel P., 1989; Husebye E., 1994, Iwai H., 1973). Внедрение таким образцам мышей нормофлоры полностью нормализовало моторику кишечника (Husebye E., 2001). Добавление любого, даже моноштамма Lactobacillus acidophilus или Bifidumbacterium bifidum приводило к нормализации транзита по тонкой кишке и значительному увеличению частоты ММК (Hooper L. V., 2001). L. V. Hooper и J. Gordon развили эту идею, представив модель, на которой продемонстрировали редукцию генной экспрессии тонкокишечных нейронов и нейронов гладкой мускулатуры кишечника у мышей, выращенных в стерильных условиях. Последующее назначение Bacteroides полностью восстанавливало генную экспрессию нейронов (Hooper L. V., 2001).
Физиологические эффекты, оказываемые микробиотой многочисленны (Gabrielli M., 2013; Ардатская М. Д., 2011; Renz H., 2011):
– трофические и энергетические функции – тепловое обеспечение организма;
– энергообеспечение эпителия;
– регулирование перистальтики кишечника;
– участие в регуляции дифференцировки и регенерации тканей, в первую очередь эпителиальных;
– поддержание ионного гомеостаза организма;
– регуляция газового состава полостей;
– детоксикация и выведение эндо– и экзогенных ядовитых соединений, разрушение мутагенов, активация лекарственных соединений;
– образование сигнальных молекул, в том числе нейротрансмиттеров;
– стимуляция иммунной системы;
– стимуляция местного иммунитета, образование иммуноглобулинов;
– обеспечение цитопротекции;
– повышение резистентности эпителиальных клеток к мутагенам (канцерогенам);
– ингибирование роста патогенов;
– ингибирование адгезии патогенов к эпителию;
– перехват и выведение вирусов; – поддержание физико-химических параметров гомеостаза приэпителиальной зоны;
– поставка субстратов глюконеогенеза и липогенеза;
– участие в метаболизме белков, в рециркуляции желчных кислот, стероидов и других макромолекул;
– хранилище микробных плазмидных и хромосомных генов;
– синтез и поставка организму витаминов.
Одной из важнейших функций микрофлоры является осуществлении колонизационной резистентности, т. е. предотвращении колонизации ЖКТ условнопатогенными и патогенными микроорганизмами (Кучумова С. Ю., 2011). Способами достижения колонизационной резистентности служат: конкуренция за питательные вещества и рецепторы адгезии, а также выработка бактериоцинов, короткоцепочечных жирных кислот, лизоцима, препятствующих росту патогенных микроорганизмов.
Защитное действие короткоцепочечных жирных кислот проявляется в стимуляции кровотока в слизистой оболочке и продукции слизи, а также в снижении рН тонкой кишки, приводящем к тому, что аммиак, образующийся в толстой кишке в связи с микробным метаболизмом белков и аминокислот, переходит в ионы аммония и в таком виде не диффундирует через кишечную стенку в кровь, а выводится с калом в виде аммонийных солей (Jenkins D. J. A., 1999).
Пищеварительная функция. Не расщепленные в тонкой кишке белки, жиры, углеводы под воздействием нормальной микрофлоры толстой кишки подвергаются ферментативному расщеплению (Кучумова, С. Ю., 2011). Лактобактерии используют различные углеводы для энергетических и пластических целей, однако плохо расщепляют белки и жиры, в связи с чем нуждаются в поступлении извне аминокислот, жирных кислот, а также витаминов. Энтеробактерии расщепляют углеводы с образованием углекислого газа, водорода и органических кислот, они могут утилизировать белки и жиры, поэтому практически не нуждаются во внешнем поступлении аминокислот, жирных кислот и большинства витаминов (Каширская Н. Ю., 2010).
Под влиянием ферментов нормальной микрофлоры в подвздошной кишке осуществляются деконъюгация желчных кислот и преобразование их в первичные желчные кислоты (SCFA), синтезированных в печени, во вторичные желчные кислоты, 90 % из которых подвергаются обратному всасыванию и повторно участвуют в пищеварении (Кучумова, С. Ю., 2011). Оставшиеся желчные кислоты выделяются с калом – их наличие в содержимом толстой кишки тормозит всасывание воды и препятствует излишней дегидратации кала. Таким образом, ферментативная деятельность микрофлоры способствует нормальному формированию каловых масс (Урсова Н. И., 2006).
В проксимальных отделах толстой кишки короткоцепочечные жирные кислоты стимулируют рецепторы эндокринных L леток кишечника, которые вырабатывают регуляторный пептид PYY, замедляющий моторику толстой и тонкой кишки. Ранее было установлено, что выработка PYY лежит в основе «илеоцекального тормоза», угнетающего кишечную моторику при попадании в толстую кишку недостаточно переваренных жиров (Cherbut C., 1998). В дистальных отделах толстой кишки эффект короткоцепочечных жирных кислот противоположный. Они стимулируют рецепторы энтерохромаффинных EС-клеток, вырабатывающих гистамин, который, действуя на 5-HT4-рецепторы афферентных волокон блуждающего нерва, инициирует рефлекторное усиление моторики (Fukumoto S., 2003, Jouet P., 2000).
Микрофлора способствует регуляции двигательной активности кишечника за счет синтеза оксида азота из аргинина под действием NOS (синтаза оксида азота) (Кучумова С. Ю., 2011). Оксид азота проникает в мышечный слой и активирует гуанилатциклазу, что приводит к увеличению содержания гуанозинмонофосфата (ГМФ) и расслаблению мышц (Ивашкин В. Т., 2011).
Микрофлора способствует абсорбционной функции, например, улучшает всасывание воды. Na+ / Н+-обменники (NHE – Na+ / H+ exchangers) составляют группу интегральных мембранных белков, экспрессируемых во всех тканях организма, которые осуществляют трансмембранный обмен ионов Na+ на ионы Н+ (Binder H. J., 1994; Yun C. H., 1995). Существует 6 типов белков транспортеров, однако NHЕ1, NHЕ2 и NHЕ3 экспрессируются на апикальной мембране эпителиальных клеток кишечника (Yun C. H., 1995). Там же расположены Cl– / HCO3 – обменники. Установлено, что бутират (масляная кислота, вырабатываемая микрофлорой кишки) поступает в колоноцит в обмен на гидрокарбонатные ионы. Часть всосавшегося бутирата вновь поступает в просвет кишки в обмен на ионы хлора, однако значительная часть его остается в колоноците и утилизируется им. Кроме того, всасывание бутирата тесно связано с всасыванием натрия: блокирование всасывания бутирата блокирует всасывание натрия, и наоборот. Это взаимодействие имеет особое значение, т. к. поступление натрия в колоноцит определяет всасывание воды (Guarner F., 2003).
Важнейшая роль нормальной микрофлоры заключается в способности нейтрализовать многие токсические субстраты и метаболиты (нитраты, ксенобиотики, гистамин, мутагенные стероиды) (Кучумова С. Ю., 2011). С одной стороны, микрофлора представляет собой массивный сорбент, выводящий из организма токсические продукты с кишечным содержимым, а с другой – утилизирует их в реакциях метаболизма для своих нужд.
Некоторые вещества, вырабатываемые бактериями, обладают антиоксидантными свойствами и способствуют снижению риска заболеваемости раком толстой кишки (Кучумова, С. Ю., 2011). Например, антиканцерогенный эффект бутирата проявляется в регуляции апоптоза – гибели клетки, который характеризуется активацией нелизосомных эндогенных эндонуклеаз, расщепляющих ядерную ДНК на маленькие фрагменты. Бутират снижает пролиферацию клеток эпителия толстой кишки, но повышает их дифференцировку (Бельмер С. В, 2005; Pryde S. E., 2002).
Предполагается, что одна из причин более высокой частоты опухолей толстой кишки по сравнению с тонкой – недостаток цитопротективных составляющих, большинство из которых всасывается в средних отделах ЖКТ (Кучумова, С. Ю., 2011). Среди них – витамин В12 и фолиевая кислота, которые определяют стабильность клеточных ДНК, в частности ДНК клеток эпителия толстой кишки. Даже незначительный дефицит этих витаминов, не вызывающий анемию или другие тяжелые последствия, приводит к значимым аберрациям в молекулах ДНК колоноцитов, способным стать основой канцерогенеза. Известно, что недостаточное поступление к колоноцитам витаминов В6 , В12 и фолиевой кислоты ассоциируется с повышенной частотой рака толстой кишки в популяции (Бельмер С. В., 2006). Дефицит витаминов приводит к нарушению процессов метилирования ДНК, мутациям и, как следствие, раку толстой кишки.
Кишечная микрофлора обеспечивает синтез многих жизненно необходимых веществ: синтез витаминов группы В (В1, В2, В6, В12), витаминов С, К, фолиевой, никотиновой кислот. Одна только кишечная палочка синтезирует около 10 витаминов (Кучумова С. Ю., 2011).
В результате микробного метаболизма в толстой кишке образуются молочная кислота, короткоцепочечные жирные кислоты, углекислый газ, водород, вода. Углекислый газ в большой степени преобразуется в ацетат, водород всасывается и выводится через легкие, а органические кислоты утилизируются макроорганизмом (Rambaud J. C., 2006). Так, произведенные местными кишечными бактериями, вносят 5–10 % необходимых калории людям, и имеют благоприятные воздействия и на местных и на системном уровнях (Mortensen P. B., 1996).
Такие продукты метаболизма молочнокислых бактерий и бактероидов, как молочная, уксусная, янтарная, муравьиная кислоты, обеспечивают поддержание показателя рН внутрикишечного содержимого на уровне 4.0, благодаря чему в ЖКТ тормозится рост и размножение патогенных и гнилостных микроорганизмов.
Кишечная микрофлора участвует в формировании как местного, так и общего иммунитета. Путем контакта с микроорганизмами через слизистую оболочку, постоянного проникновения небольшого количества бактерий, их антигенов и продуктов метаболизма в кровоток поддерживается необходимая напряженность иннатной и адаптивной иммунной системы (Карамов Э. В., 2008; Николаева Т. Н., 2004; Kelly D., 2005).
Барьерная функция слизистой оболочки ЖКТ, пути бактериальной адгезии. Между колониями микроорганизмов и кишечной стенкой имеется тесная взаимосвязь, что позволяет их объединять в единый микробно-тканевый комплекс, который образуют микроколонии бактерий и продуцируемые ими метаболиты, слизь, эпителиальные клетки слизистой оболочки и их гликокаликс, а также клетки стромы слизистой оболочки (фибробласты, лейкоциты, лимфоциты, нейроэндокринные клетки, клетки микроциркуляторного русла и др.) (Ардатская М. Д., 2011).
Все факторы, способствующие поддержанию постоянства состава кишечной микрофлоры, делятся на анатомические, функциональные, а также на факторы, которые ингибируют адгезию бактерий к эпителию (Gabrielli M., 2013; Hao W. L., 2004; Riordan S. M., 2001; Bures J., 2010; Плотникова Е. Ю., 2012; Мечетина Т. А., 2011; Ардатская М. Д. 2000, 2001, 2006, 2009; Белоусова Е. А., 2005, 2009; Логинов А. С., 2000; Парфенов А. И., 2007; Шептулин А. А., 2008; Toskes P. P., 1993).
Функцию биологического барьера обеспечивает микрофлора полости рта, которая препятствует размножению болезнетворных бактерий, попадающих в полость рта из внешней среды (Кучумова С. Ю., 2011). Секреция соляной кислоты – основополагающий защитный фактор против колонизации верхних отделов ЖКТ патогенными микробами (Плотникова Е. Ю., 2012; Кучумова С. Ю., 2011; Ардатская М. Д., 2011). Получены экспериментальные данные об антимикробных свойствах желчи и панкреатического секрета (Шульпекова Ю. О., 2003; Drouault S., 1999).
Эпителий, выстилающий кишку, выполняет роль механического барьера между содержимым кишечника и внутренней средой организма за счет наличия плотных контактов (zonula occludens) между эпителиоцитами, которые предотвращают проникновение мельчайших молекул из просвета кишки. Плотные контакты создаются путем точечного соединения мембран соседних клеток за счет трансмембранных белков клаудинов и окклюдинов, образующих решетку или сеть (Binder H. J., 1994; Furuse M., 1998; Tsukita S., 2001). По данным недавних исследований, при снижении экспрессии белков плотных контактов отмечается повышение проницаемости кишечной стенки (Isola L., 2009; Moreau M. C., 2001).
Микробные сообщества, связанные с поверхностью слизистой оболочки отличны от внутрипросветных, существующих в фекалиях (Eckburg P. B., 2005; Zoetendal E. G., 2002). Это различие в значительной степени определяется наличием слоя слизи (произведенной бокаловидными клетками), который покрывает кишечный эпителий и служит богатым источником энергии для множества колонизирующих кишечных микробов (Macfarlane S, 2003). Кроме того, слой слизи служит важным физическим барьером, который ограничивает прямой контакт между кишечными микробами и апикальными поверхностями энтероцитов (Johansson M. E., 2011).
Состав слизи и ее организационная структура изменяется вдоль ЖКТ (Juge N., 2012). В тонкой кишке слой слизи более тонкий, чем в толстой (Johansson M. E., 2011). Слизь толстой кишки организована в два слоя: тонкий внутренний слой (mucin), расположен интимно с эпителием, уплотнен и в значительной степени лишен микробной колонизации (Johansson M. E., 2008) Толстый внешний слой более свободно устроен, может эффективно использоваться бактериями и плотно колонизирован местной микробиоматерией (Johansson M. E., 2011).
Аналогично эпителиальной слизи, пристеночная микробиоматерия действует как дополнительный механический барьер, занимая рецепторы адгезии клеточных мембран (Juge N., 2012). Также, создавая анаэробные условия в просвете кишечника (Marteyn B., 2011), местная микробиоматерия снижает окислительный потенциал кислорода и замедляет темп роста и экспрессию генов ядовитости Enterobacteriaceae (Altier C., 2005). Однако, Enterobacteriaceae являются факультативными анаэробами и способны выживать в пределах кишечного тракта (Marteyn B., 2011). Тем не менее, такие бактерии как Shigella flexneri чувствительны к незначительным различиям концентрации O2 и только при особых условиях реализуют свою патогенность (Marteyn B., 2010).
Кроме того, питательное истощение обусловленное местной микробиоматерией, играет роль в подавлении резидентной патогенной флоры, такой как C. Dificile. Ее низкая концентрация на слизистой оболочке в условиях кишечного эубиоза часто формирует феномен бессимптомного носительства у хозяина (Wilson K. H., 1988). Подтверждением тому явились данные Jangi S. (2010) о том, что у 50–60 % новорожденных колонизированных кишечным патогеном Clostridium difficile, болезнь наблюдалась редко.
Нормальная перистальтика тонкой кишки обеспечивается благодаря работе III фазы мигрирующего моторного комплекса – ММК (MMC – migrating motor complex), способствующего сокращениям толстой кишки каждые 90–120 мин в межпищеварительный период и продвижению содержимого из тонкой кишки в толстую. Нарушение регулярности работы ММК может приводить к колонизации бактериями верхних отделов тонкой кишки (Тропская Н. С., 2005). Немаловажную роль в предотвращении цеко-илеального рефлюкса играет илеоцекальный клапан (Ардатская М. Д., 2011; Кучумова С. Ю., 2011; Gabrielli M., 2013).
Количественный и качественный состав микробных ассоциаций контролируется, с одной стороны, системой «чувства кворума», которая позволяет бактериям обмениваться информацией посредством диффузии сигнальных молекул, регулирующих экспрессию бактериальных генов при достижении оптимальной клеточной плотности (Ткаченко Е. И., 2006). С другой стороны, ткани-носители макроорганизма обладают способностью оптимизировать микробные экосистемы продукцией антимикробных пептидов (Dominguez-Bello M. G., 2008). Сложность этих взаимосвязей дополняется влиянием микроорганизмов на функционирование органа-среды обитания благоприятным для себя образом, посредством экспрессии молекулмессенжеров для различных межклеточных сигнальных путей макроорганизма, и правильное созревание иммунной системы человека во многом опосредовано влиянием представителей его микрофлоры (Sobko T., 2005). В этой связи кишечные сапрофиты и их метаболиты признаны сильными стимуляторами кишечной иммунной системы, которые непосредственно воздействуют на общее состояние здоровья кишечных эпителиальных клеток (Artis D., 2008) и деятельность основных клеток иммунной системы (Atarashi K., 2008; Satoh-Takayama N., 2008).
Иммунитет слизистой оболочки базируется на выработке плазматическими клетками IgA – основного фактора местного иммунитета, преобладающего во всех секретах и собственной пластинке слизистой ЖКТ (Macpherson A. J., 2008; Кучумова С. Ю., 2011). Известно, что около 80 % всех иммунокомпетентных клеток организма локализовано в слизистой оболочке кишечника. Лимфоидная ткань ЖКТ представлена организованными структурами (Пейеровы бляшки, аппендикс, миндалины, лимфатические узлы) и отдельными клеточными элементами (интраэпителиальные лимфоциты, плазматические клетки, макрофаги, тучные клетки, гранулоциты). Также барьерная функция обеспечивается и спектром антибактериальных веществ (a-defensins, cathelicidins, лизозимы и лектины, такие как, RegIIIaand RegIIIc) произведенными специализированными клетками Paneth и лейкоцитами (McGuckin M. A., 2011; Salzman N. H., 2010; Vaishnava S., 2011). Также у многочисленных бактериоцинов, произведенных сапрофитами кишки обнаружены бактерицидные свойства против болезнетворных микроорганизмов (Dobson A., 2012), таких как Listeria monocytogenes, S. spp., Clostridium botulinum, Clostridium perfringens и C. dificille (Corr S. C., 2009; Gong H. S., 2010; Dabard J., 2001; Rea M. C., 2010).
Основная масса бактерий фиксирована к специфическим рецепторам эпителиоцитов слизистой оболочки пищеварительного тракта, образуя микроколонии, покрытые биопленкой (Мечетина Т. А., 2011). Следует отметить, что число рецепторов на эпителиальных клетках, к которым адгезируются бактерии, ограничено, что при избытке микрофлоры создает конкуренцию между микробами.
Видовая и анатомическая специфичность адгезии представителей мукозной микрофлоры столь выражена, что, например, лактобациллы, выделенные из слепой кишки крыс, не способны фиксироваться к эпителиальным клеткам других животных (Хапаев Б. А., 2005). В слизистой оболочке тонкой кишки имеются рецепторы для адгезии преимущественно аэробной флоры, в то время как в толстой кишке преобладают рецепторы для фиксации анаэробных штаммов (Мечетина Т. А., 2011).
Toll-подобные рецепторы (TLRs) и NODs-рецепторы расположены в пределах определенных органоидов и цитоплазматической сети и определяют множество кишечных микробов и их антигенов, таких как липополисахарид (ЛПС), пептидогликаны, нуклеотиды, белки и липопротеины (Iwasaki A., 2004).
Эти рецепторы являются триггерами, запускающими воспаление при взаимодействии с болезнетворными бактериями (Kawai T., 2009). Присутствие в связи с этим определенного пула T-клеток в собственной пластинке важно для установления и поддержания колонизационной резистентности (Barnes M. J., 2009).
Сбалансированный уровень Tregs/Thelper тип 17 (Treg/Th17) является показателем кишечного гомеостаза (Lee Y. K., 2010). Регулирующие T клетки (Tregs; CD4+; CD25+; Foxp3+), расположенные в собственной пластинке слизистой оболочки, подавляют ИЛ10 медиаторный сигнальный каскад, возникающий в результате чрезмерной активности T-клеток (Josefowicz S. Z., 2012; Round J. L., 2009). Сапрофитная кишечная флора вызывает увеличение Tregs из неспециализированных Т-клеток и защищает мышей от избыточного воспаления, вызванного кишечными болезнетворными микроорганизмами и повреждением слизистой. Например, определенные бактерии, такие как Бактероиды fragilis (Round J. L., 2010) и Bifidobacterium infantis (O’Mahony C., 2008) или определенные смеси бактерий Firmicutes bacteria (Atarashi K., 2011) способствуют увеличению Tregs и укрепляют кишечный барьер различными механизмами.
Другие представители микробиоматерии способствуют активации Th17. Например, сегментированные волокнистые бактерии плотно взаимодействуют с кишечными эпителиальными клетками и вызывают сильный Th17-ответ, не вызывая кишечную патологию. Колонизация мышей этими бактериями вызывала умеренный защитный эффект против Citrobacter rodentium (патогенные E. Coli-подобные бактерии) (Ivanov I. I., 2009). Неспецифические метаболиты микробиоматерии, например ATФ, также способствуют дифференцировке и вербовке Th17, который опосредовал сопротивление экспериментальному колиту (Atarashi K., 2008).
Характерный для местного биоценоза метаболизм предполагает супрессию генов роста и вирулентности болезнетворных микроорганизмов. В частности, свободные желчные кислоты (СЖК) играют важную роль в здоровье слизистой оболочки и разрешении кишечной патологии. Так, бутират, является главным источником энергии для энтероцитов и, таким образом, косвенно укрепляет эпителиальный барьер. Ацетат и пропионат СЖК, обнаружены в крови, являясь индикатором нормального состояния кишечной микробиоматерии, общего состояния здоровья и гомеостаза (Wong J. M., 2006). В недавних экспериментах выявлено, что ацетатное производство bifidobacteria защищает мышей от enterohaemorrhagic E. сoli инфекции, уменьшая проникновение токсина Shiga из кишечника в кровь (Fukuda S., 2011). Так, SCFAs в этом контексте является ингибитором экспрессии гена ядовитости патогенным Enterobacteriaceae (Gantois I., 2006; Monack D. M., 2004). Также различные кислоты SCFA вызывают снижение pH среды ниже уровней функционирования болезнетворных микроорганизмов, таких как Сальмонелла spp. и Escherichia coli (Macpherson A. J., 2008; Cherrington C. A., 1991; Duncan S. H., 2009; Shin R., 2002; Veiga P., 2010).
Maslowski K. M. (2009) продемонстрировал, что СЖК через G – белки (GPR43) представленных на лейкоцитах (нейтрофилы) начинают сигнальный каскад, приводящий к возбуждению путей апоптоза и миграции клеток. Авторы предлагают, чтобы СЖК (SCFA) играли роль в снижении кишечного воспаления, подавляя вредные воздействия нейтрофилов.
Антимикробная резистентность слизистой оболочки тонкого кишечника. В большинстве случаев развитие инфекции происходит не за счет вирулентности самого возбудителя (способности вызывать инфекционный процесс), а зависит от состояния защитных систем макроорганизма (Кучумова С. Ю., 2011) Вирулентность отражает степень патогенности различных штаммов каждого патогенного вида. К критериям, определяющим вирулентность микробов, относят инфекционность (способность заражать макроорганизм), возможность колонизации (заселение очагов первичного инфицирования), инвазивность (способность проникать в ткани) и токсигенность (свойство вырабатывать ядовитые вещества) (Воробьев А. А., 1999). Принято считать, что у здорового человека характеристики патогенных или условно-патогенных имеют не более 15 % кишечных микробов. В этой связи нарушение механизмов колонизационной резистентности приобретает решающее знаечние.
Важность местной кишечной микробиоматерии для явления колонизационной резистентности была первоначально описана в 1950-ых годах, когда Bohnhoffet al. (Bohnhoff M., 1955) продемонстрировал, что лечение антибиотиками привело 100 000-кратному уменьшению количества Salmonella enterica (серовар Typhimurium), необходимой для заражения мышей.
Lawley T. D. (2012) указывает, что местная кишечная микробиоматерия развилась и адаптировалась, для заполнения многочисленных экологических ниш в ЖКТ. Это формирует мощный барьер для последующей колонизации инородных микробов и поддерживает явление колонизационной резистентности. Рабочая модель колонизационной резистентности предполагает наличие множества уровней защиты хозяина, которые являются результатом взаимодействия микробов между собой и иммунной системой.
В исследованиях продемонстрированно, что прямые взаимодействия микроб-микроб – это критический компонент сопротивления колонизации (Hopkins M. J., 2003; Lievin V., 2000; Servin A. L., 2004). Есть много путей, через которые эти взаимодействия могут затруднить патогенную колонизацию ЖКТ. Борьба за экологические ниши и питательные вещества, обусловила разнообразие и богатство симбионтной кишечной флоры, которое оптимизирует пропускную способность всей экосистемы. Кишечная микробиоматерия заполняет широкий диапазон доступных ниш, формирующих сложные питательные сети, где метаболический побочный продукт от одного микроба – основание для роста другого (Flint H. J., 2007; Ley R. E., 2006). В действительности это означает, что любая вторгающаяся чужеродная бактерия находится в прямой конкуренции с местной микробиоматерией для ниш и питательных веществ, которые оседлые микробы активно изолируют для их собственного роста и хлеба насущного (Freter R., 1983).
С бактериальной точки зрения успешная колонизация кишечного тракта представляет грандиозную задачу (Falkow S., 1997). Бактерия должна выжить в экологическом резервуаре прежде, чем попасть в полость рта, затем пройти через пищевод, пережить низкий pH желудка, определить подходящую нишу на слизистой кишечника и, в конечном счете, получить доступ к питательным веществам, чтобы реализовать свои свойства. Для успешной колонизации достаточному числу бактерий необходимо сопротивляться перистальтике и клиренсу кишечника (Falkow S., 1997). Вторгающаяся бактерия должна непрерывно конкурировать с резидентной микробиоматерией за ниши и питательные вещества, и сопротивляться иммунной реакции кишечника (Stecher B., 2008).
Несмотря на стабильность спектра взрослой кишечной микробиоматерии, относительное изобилие составляющих бактериальных групп колеблется в ответ на изменения в диете хозяина. (Walker A. W., 2011; Wu G. D., 2011). Основные факторы способные изменить бактериальный спектр кишечного тракта – антибиотикотерапия (Lawley T. D., 2009) и выраженная диарея (Endt K., 2010). Микробиоматерия часто демонстрирует высокую степень упругости в восстановлении после подобных воздействий, однако, полного «возврата» изначальных количественных и качественных параметров не происходит (Dethlefsen L., 2011; Jernberg C., 2007). Долгосрочные последствия лечения антибиотиками для здоровья человека и колонизационнной резистентности определенно остаются (Blaser M. J., 2009).
Достаточная плотность популяции увеличивает вероятность того, что болезнетворный микроорганизм реализует свои факторы патогенности (токсины, белки комплемента) и абсорбируется на слизистой оболочке, чтобы вызвать местный воспалительный ответ и проникнуть в глубжележащие ткани (Coombes B. K., 2004). В настоящее время, есть достаточно данных о том, что воздействие болезнетворных микроорганизмов принимает иммунные реакции, в результате которых вытесняется местная микробиоматерия посредством нарушения колонизационной резистентности (Lupp C., 2007; Stecher B., 2007).
Регулирование кишечными болезнетворными микроорганизмами колонизации и патогенных свойств через экспрессию генов (Camilli A., 2006) – основой фактор влияния на клетки хозяина, вызывающий болезнь и снижение иммунитета.
Способность кишечных болезнетворных микроорганизмов достигнуть энтероцитов и управлять ими, посредством активации сильного провоспалительного ответа, обеспечивает стратегию колонизации. Сальмонелла Typhimurium и Citrobacter rodentium использует множество факторов ядовитости, чтобы колонизировать и непосредственно управлять клетками – хозяевами, приводя к толстокишечному воспалению (Barthel M., 2003; Higgins L. M., 1999). Идентификация TLR / NOD-рецепторами S. Typhimurium и Citrobacter rodentium вызывают ответ Th1 / Th17, характеризующийся дифференциацией и активацией нейтрофилов и макрофагов (Geddes K., 2011; Lee S. J., 2012; Broz P., 2011).
Интересно, что и S. Typhimurium и Citrobacter rodentiumhave обладают множеством механизмов выживания и развития в агрессивной среде (Lupp C., 2007; Stecher B., 2007). Например, S. Typhimurium способна размножаться внутри фагоцита (Finlay B. B., 2000), сопротивляется антибактериальным веществам хозяина, таким как lipocalin-2, RegIIIb и кальпротектин (Raffatellu M., 2009; Stelter C., 2011; Liu J. Z., 2012). Также активно используют радикалы кислорода и другие акторы воспаления для собственного роста (Thiennimitr P., 2011; Winter S. E., 2010). Напротив, многие бактерии сапрофиты не выживают в условиях воспаленной слизистой оболочки, в результате чего, разнообразие и численность местной микробиоматерии снижаются (Lupp C., 2007; Stecher B., 2007). Поэтому, S. Typhimurium и Citrobacter rodentium эксплуатируют гиперреактивное, патологическое Th1 / Th17-обусловленное воспаление и вытесняют сапрофитную флору хозина (Lawley T. D., 2008; Wickham M. E., 2007).
Лечение антибиотиками разрушает кишечный микробиоценоз, приводит к сокращению количества микробов и разнообразия (Antonopoulos D. A., 2009), а также подавляет механизмы иммунной системы (Brandl K., 2008). Как результат, антибитикотерапия снижает колонизационную резистентность, высвобождая экологические ниши и нутриенты и создавая имунносупрессию хозяина, что активно используют болезнетворные микроорганизмы (Lawley T. D., 2012).
Например, C. dificille является главной причиной антибиотик-ассоциированной диареи. Они колонизируют пациентов будучи спорами и немедленно вегитируют после воздействия антибиотиков (Bartlett J. G., 2006; Rupnik M., 2009). C. dificille продуцирует два мощных энтеротоксина, тормозя глюкозотрансферазную активность, за счет чего проникают в энтероцит, приводя к необратимому разрушению цитоскелета (Shen A., 2012), это приводит к некрозу клеток, разрушению клеточного барьера, транслокации бактерий и токсинов в кровь и активации мощного альтеративного воспаления (Lamont J. T., 2002). У людей и мышей C. Difficile инфекция связана с упрощенной микробиоматерией (Buffie C. G., 2012; Chang J. Y., 2008; Lawley T. D., 2009), которая содержит высокие титры очень стойких и патогенных спор C. Difficile (Lawley T. D., 2009).
Поделиться книгой: