ЕКОЛОГІЧНА БІОХІМІЯ - Навчальний посібник - В. М. Ісаєнко 2005

Розділ 2. ЕКОЛОГО-БІОХІМІЧНІ ВЗАЄМОДІЇ ПРОКАРІОТІВ, МІКРОСКОПІЧНИХ ГРИБІВ І ВОДОРОСТЕЙ З ВИЩИМИ РОСЛИНАМИ ТА ТВАРИНАМИ

2.7. Мікрофлора травного каналу людини та її функції

Нормальна мікрофлора тваринного організму — це сукупність безлічі мікробіоценозів, що характеризуються визначеним складом і займають той чи інший біотоп в організмі хазяїна. Сумарна кількість бактеріальних клітин усіх мікробіоценозів у сотні разів перевищує загальну кількість клітин усіх тканин і органів макроорганізму (їхнє загальне число досягає 10¹⁴). Така величезна кількість мікробних клітин та їхнє розмаїття (понад 400 штамів) забезпечують участь нормальної мікрофлори в різних фізіологічних функціях макроорганізму. Установлено, що нормальна мікрофлора бере участь у: 1) регуляції газового складу кишечнику організму хазяїна; 2) продукуванні ферментів метаболізму білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, біологічноактивних сполук (вітаміни, антибіотики, токсини); 3) водно-сольовому обміні; 4) забезпеченні колонізаційної резистентності організму; 5) рециркуляції жовчних кислот, холестеролу, гормонів та інших макромолекул; 6) усмоктуванні феруму, кальцію, вітаміну D; 7) виконанні імуногенної та мутагенної (або антимутагенної) функцій; 8) детоксикації екзогенних та ендогенних субстратів; 9) енергетичному забезпеченні клітин господаря.

Травний тракт тварин є відкритою біологічною системою, колонізованою мікроорганізмами. Склад і щільність мікробної флори залежать від відділу травного каналу, характеру вжитої їжі. До резидентної мікрофлори травного каналу належать головним чином біфідобактерії, лактобактерії, бактероїди, ентерококи, ешерихії, дріжджеподібні гриби. При цьому велику її частину (до 80 — 90%) у здорових моногастричних тварин становлять біфідобактерії. Другою за кількістю та фізіологічною значущістю групою еубіотичної флори ШКТ є молочнокислі бактерії Lactobacterium. Транзиторна мікрофлора травного каналу може бути представлена бацилами, в основному клостридіями, стафілококами, дріжджами та дріжджеподібними грибами. Транзиторна мікрофлора за певних умов викликає ряд захворювань.

Травна система людини характеризується певним вмістом мікрофлори. Стравохід узагалі не має постійної мікрофлори, а наявні в ньому мікроорганізми представляють мікрофлору ротової порожнини. Мікробний спектр шлунка збіднений і представлений лактобацилами, стрептококами, хелікобактеріями та стійкими до кислоти дріжджеподібними грибами, вміст яких у нормі не перевищує 10² — 10³ КОЕ/мл.

Мікрофлора тонкої кишки нечисленна й у дванадцятипалій кишці представлена стрептококами, лактобацилами та вейлонелами, в інших відділах кількість мііробів вища, а найбільше їх у порожній кишці, у якій, крім названих мікроорганізмів, живуть кишкова паличка й анаероби. Кількість мікроорганізмів у товстій кишці велика й досягає 10¹² КОЕ/г фекалій.

Біомаса мікробів, що заселяють кишечник людини, становить 5 % маси тіла. Нормальна мікрофлора на 99 % складається з анаеробних бактерій, а також незначної кількості аеробних і факультативних бактерій. Основою мікрофлори травного каналу тварин і людини є біфідобактерїї, лактобактерії, пропіонобактерії, пептострептококи, ентерококи, пентококи, бактероїди.

БіфідобактерІЇ є найбільш значними представниками бактерій у кишечнику людини і тварин. Велика частина цих бактерій міститься в товстій кишці і є її основною пристінковою та порожнинною мікрофлорою. Вони наявні в кишечнику протягом усього життя людини та становлять 90 — 98 % усіх мікроорганізмів, у найбільшій кількості містяться в дітей, особливо під час вигодовування материнським молоком.

Лактобактерії заселяють різні відділи травного каналу, зокрема ротову порожнину та пряму кишку. У процесі життєдіяльності вони вступають у взаємодію з іншими мікроорганізмами, у результаті чого пригнічуються гнильні та гноєтворні умовно-патогенні мікроби, насамперед протеї, а також збудники гострих кишкових інфекцій.

У процесі метаболізму лактобактерії продукують молочну кислоту, пероксид гідрогенію, лізоцим, лактоцидип, плантарицин, реу- терин, лактолін, що мають антибіотичну активність. їм приділяється імуномодулююча роль, що охоплює стимуляцію фагоцитозу, синтез імуноглобулінів, утворення інтерферону, інтерлейкіну-1. У шлунку та тонкій кишці вони є основною ланкою формування колонізаційної резистентності.

У разі зниження імунологічної резистентності та порушення мікроекологічної рівноваги лактобактерії можуть нагромаджуватись у великих концентраціях і стати причиною виникнення та розвитку патологічного процесу, в основному в ротовій порожнині (молочниця в дітей).

Пропіонобактерії— анаеробні бактерії, які становлять групу нормальних кислототворних мікроорганізмів. Вони виробляють органічні кислоти та знижують pH середовища, що забезпечує антагоністичні властивості стосовно патогенних і умовно-патогенних бактерій.

Ешерихп — кишкові палички, з’являються в кишечнику людини в перші дні після народження та зберігаються протягом усього життя. Основні їхні функції — гідроліз лактози, участь у синтезі вітамінів, вироблення коліцинів — антибіотикоподібних речовин, що гальмують ріст ентеропатогенних кишкових паличок. Ці бактерії мають велику імуномодулюючу активність, сприяють активації системного гуморального й місцевого імунітету. У нормі ешерихії живуть у товстій кишці та дистальних відділах тонкої кишки. Виявлення ешерихій чи інших ентеробактерій у ротовій порожнині, шлунку, дванадцятипалій кишці, жовчі свідчить про порушення еубіотичного стану.

У кишковому вмісті здорових тварин та людини можуть виявлятись ентеропатогенні штами кишкових паличок, що в разі зростання популяції здатні викликати ешерихіози, що проходять за типом холероподібної діареї чи дизентерієподібних ентероколітів.

Пептострептококи — неферментуючі анаеробні стрептококи, що у процесі життєдіяльності утворюють водень, який в просвіті кишечнику перетворюється на пероксид гідрогену, який сприяє підтримці pH на рівні 5,5 і нижче. Вони беруть участь у протеолізі молочних білків, ферментації вуглеводів. Живуть у товстій кишці.

Ентерококи — кишкові стрептококи, у нормі не повинні перевищувати загальну кількість кишкових паличок. У разі зниження імунореактивності організму вони є збудниками інфекцій товстої кишки та інших органів.

Бактероїди — анаеробні неспоротворні мікроорганізми, що мешкають у товстій кишці тварин, беруть участь у процесах травлення, декон’югують жовчні кислоти, беруть участь у ліпідному обміні.

Пептококи — анаеробні коки кишкового вмісту, що метаболізують пептони й амінокислоти з утворенням жирних кислот. При потраплянні в невластиві їм ніші можуть спричиняти гнійні інфекції.

Зниження кількості анаеробних представників індигенної мікрофлори, що має високу антагоністичну активність щодо хвороботворної флори, створює умови для розвитку умовно-патогенних мікроорганізмів: ентеробактерій, стафілококів, грибів (Candida).

Відповідно до теорії адекватного харчування повноцінне забезпечення всіх життєвих функцій організму здійснюється не тільки за рахунок надходження з їжею нутрієнтів, а й реіуляторних речовин, що виконують роль посередників сигнальних, адаптаційних взаємодій організму з навколишнім середовищем. За цією теорією існує два типи нутрієнтів. Одні з них (первинні нутрієнти) надходять із навколишнього середовища в складі їжі, тимчасом як інші (вторинні нутрієнти) утворюються в організмі з попередників під дією травних ферментів та інших видів біотрансформації й біосинтезу (наприклад, за участі мікрофлори ШКТ). Харчування вторинними нутрієнтами переважає у тварин із симбіонтним харчуванням, наприклад у жуйних тварин. Однак навіть у людини утворення та використання вторинних нутрієнтів відіграє істотну роль. Зокрема, у людини нормофяора ШКТ продукує вітаміни, амінокислоти, у тому числі незамінні.

Численні дослідження та публікації доводять, що симбіотична мікрофлора ШКТ за нормальних умов (відсутність дисбактеріозу, адекватне харчування) здатна істотною мірою забезпечити потреби макроорганізму в більшості відомих вітамінів — В₁, В₂, В₃, В₄, В₅, _В6, В₉, В₁₂, Н, К та ін. (кофактори ферментних систем), а також впливати на засвоєння цих та інших вітамінів і вітаміноподібних речовин — вітаміни А, С, E, Р, D, F (учасники роботи антиоксидантних і гормональних систем).

За дисбактеріозу ШКТ поліненасичені жирні кислоти їжі (лінолева, ліноленова кислоти та ін.) можуть трансформуватися в насичені жирні кислоти (стеаринова кислота). У цьому разі можна припустити, що аналогічні процеси можуть бути причиною чи супутнім фактором дисбалансу ліпідного обміну організму в цілому та шкіри, зокрема. Установлено, що в хворих хронічним гастритом, ентероколітом у кишечнику наявні штами бактерій, що руйнують вітамін С. Варто враховувати, що багато вітамінів та інших мікронутрієнтів харчового раціону, за деяких форм дисбактеріозів, можуть насамперед забезпечувати потреби сторонньої (у тому числі патогенної) мікрофлори травного каналу. У цьому разі вітаміни можуть не тільки не засвоюватися, а й навіть сприяти розвитку дизбактеріозу. Так, у процесі клінічних досліджень встановлено, що за масованих навантажень вітаміну В у сечі людини з’являється токсопіримідин, що утворюється з тіаміну під дією деяких бактерій кишечнику. Ця речовина є антагоністом вітаміну В₆ і викликає явище його нестачі, що супроводжуються зниженням активності піридоксалевих ферментів і зменшенням кількості піридоксальфосфату в тканинах.

Відновлення вітамінпродукуючої активності нормофлори відбувається не відразу, а протягом 1—3 тижнів під впливом сприятливих для нормофлори аліментарних факторів, що коригують раціон, — зниження підвищеного вмісту білків тваринного походження, збільшення вмісту олігосахаридів, вилучення одноманітної термічно обробленої їжі, антибіотиків і продуктів з високою концентрацією консервантів тощо. Зворотний процес (зниження вітамінпродукуючої активності мікрофлори) за переходу на несприятливий стосовно

нормофлори раціон також відбувається поступово протягом аналогічного періоду.

Основні функції мікрофлори:

1. Вплив на розвиток кишечнику та деяких інших органів (диференціацію клітин епітелію, крипт і ворсинок тонкої кишки, моторну функцію травного тракту, розміри сліпої кишки, розміри й функції підшлункової та щитовидної залоз, наднирників, печінки тощо).

2. Синтез і регуляція всмоктування вітамінів.

3. Усмоктування солей, сорбція та екскреція металів.

4. Регуляція метаболізму деяких амінокислот (зокрема, триптофану).

5. Ферментативне перетравлення харчових мас.

6. Формування імунітету і неспецифічних захисних реакцій у постнатальному розвитку.

7. Надавання стабільності нормальній мікрофлорі та створення бар’єра для вторгнення патогенних і умовнопатогенних мікроорганізмів.

Мікрофлора бере також активну участь у активації та інактивації лікарських препаратів різного класу й механізму дії (антибіотики, серцево-судинні препарати, пептидні та стероїдні гормони, проносні та протизаплідні засоби, вітаміни тощо) у процесі їх проходження травним каналом чи за кишково-печінкової рециркуляції.

Існує тісний зв’язок між мікрофлорою кишечнику та станом печінки. Це зумовлюється насамперед роллю, яку відіграє печінка в процесах детоксикації багатьох речовин, що надходять із кишечнику через систему воротної вени. Проте мікрофлора слизових оболонок і шкіри першою вступає в контакт з усіма субстанціями, що надходять в організм через воду, їжу чи повітря.

Детоксикація за участю мікроорганізмів відбувається в результаті мікробної біотрансформації хімічних сполук у нетоксичні кінцеві продукти чи в менш токсичні сполуки, при цьому частина речовин, що надходять, виводиться з фекаліями. Кишкові мікроорганізми беруть участь також у процесах сорбції сполук, зокрема солей важких металів, фенолів та інших ксенобіотиків.

На даний час існує достатня кількість переконливих даних про те, що потенційно гепатотоксичні хімічні сполуки частково або цілком утрачають токсичність під впливом ферментних систем кишкових мікроорганізмів.

Установлено, що процеси синтезу, печінково-кишкової циркуляції та метаболізму жовчних кислот, холестеролу, стероїдних гормонів відбуваються за участю кишкової мікрофлори.

Кишкові бактерії беруть також участь у метаболізмі жовчних пігментів. Під впливом β-глюкуронідази мікроорганізмів у травному

тракті, найактивніше в дистальних відділах тонкої та в сліпій кишці, відбувається декон’югація зв’язаного білірубіну.

Мікрофлора має величезне значення для нормальної життєдіяльності тваринного організму. Так, у безмікробних тварин відзначається зниження гемопоетичної функції, що виявляється в зменшенні кількості лейкоцитів і лімфоцитів у крові. У подібних тварин змінені розміри та функції наднирників, підшлункової залози, вага щитоподібної залози, яєчників. Кишкова мікрофлора відіграє важливу роль у функціональному розвитку гіпофізарних FS-клітин. У безмікробних щурів концентрації інсуліну й гастрину в плазмі та тканинах значно нижче, ніж у тварин з нормальною кишковою мікрофлорою.

У дослідженнях на безмікробних (конвенціональних) тваринах і на гнобіонтах з визначеним складом мікрофлори продемонстровано взаємозв’язок мікробного статусу, кількості вживаної їжі з тривалістю життя.

З’ясовано, що в безмікробних тварин недорозвинені лімфоїдні органи, кількість лімфоцитів, особливо епітеліальних, і плазматичних клітин значно менша, ніж у конвенціональних тварин. Для безмікробних тварин характерне послаблення ексудативних і проліферативних процесів у разі запалення через недостатню кількість і активність цитокінів і медіаторів запалення, які продукуються лейкоцитами.

Дослідження здатності гранулоцитів до фагоцитозу у безмікробних і конвенціональних тварин свідчить, що захоплення сальмонел і кишкових паличок гранулоцитами in vitro та invivo має місце тоді, коли лейкоцити взято від конвенціональних щурів. Гранулоцити від безмікробних тварин не здатні захопити та перетравити мікроорганізми.

Зібрано достатньо велику кількість даних про те, що мікрофлора шлунково-кишкового тракту відіграє важливу роль у регуляції сорбції та екскреції таких іонів, як натрій, калій, кальцій, магній, цинк, ферум, купрум, манган, фосфор, хлор.

На здатність деяких представників мікрофлори кишечнику регулювати мінеральний обмін в організмі господаря вказують також спостереження за людьми похилого віку, що одержували молоко, ферментоване L. acidophilus. Було виявлено, що тривале вживання живих ацидофільних лактобацил приводить до істотного підвищення в сироватці крові рівня загального кальцію, його іонізованої форми та загального фосфору й не відбивається на вмісті магнію. Вважається, що в дорослої людини мікроорганізми кишечнику щороку переробляють до 50 кг матеріалу ендогенного походження.

Бактерії здатні взаємодіяти та зв’язувати значні кількості іонів металу з водних розчинів. Фекалії є основним шляхом виведення з організму купруму, талію, плюмбуму, цинку, кадмію, феруму, меркурію та меншою мірою вісмуту, стануму, аргентуму.

Установлено, що молочнокислі бактерії в дослідах in vitro та in vivo стимулюють продукування інтерферону та інтерлейкінів. Лак- тобактерії також неспецифічно активують макрофаги, що приводить до збільшення фагоцитарної активності, підвищення активності фосфатази, окисної здатності, цитостатичної активності стосовно лей- кемічних клітин. Активація макрофагів мікрофлорою господаря пояснюється підвищеною стійкістю конвенціональних і гнотобіотич- них тварин до сальмонельозної інфекції порівняно з безмікробними. З цим же можна пов’язати й вищу протипухлинну стійкість таких організмів після перорального введення їм лактобактерій.

Деякі штами біфідобактерій, окремі штами лактобактерій і дріжджі різко посилюють проліферацію клітин у лімфовузлах.