Основные эффекты физиологической микрофлоры в поддержании жизнедеятельности организма в норме

Прежде всего, это трофическая (пищеварительная) функция микробиоты. В физиологии принято различать полостное, пристеночное, мембранное пищеварение, происходящее при содействии микрофлоры, которое долго считали прерогативой жвачных млекопитающих. Однако стало ясно, что энергообеспечение клеток эпителиальных тканей человека также базируется на утилизации в рамках цикла трикарбоновых кислот (Кребса) низкомолекулярных метаболитов (летучих жирных кислот, в первую очередь, уксусной, пропионовой, маслянной), получающихся в результате отщепления моносахаридных фрагментов слизи, гликокаликса и продуктов экзогенного происхождения посредством внеклеточных гликозидаз анаэробов-сахаролитиков с последующим брожением этих сахаров. Летучие жирные кислоты в значительной мере удовлетворяют энергетические потребности клеток эпителия толстой кишки. При этом эпителиоциты в энергетическом плане становятся независимыми от эндогенных метаболитов кровяного русла. Снижение энергообеспечения эпителия толстой кишки летучими жирными кислотами является одним из звеньев патогенеза некоторых ее заболеваний (неспецифический язвенный колит, синдром раздраженной толстой кишки, хронический колит различной этиологии).

Кроме того, при расщеплении полисахаридов и гликопротеидов внеклеточными гликозидазами микробного происхождения образуются моносахариды (глюкоза, галактоза и т. д.), при окислении которых в окружающую среду выделяется в виде тепла не менее 60 % их свободной энергии.

Другая важная функция микробиоты- это стимуляция системы локального иммунитета, что, прежде всего, обусловлено усилением продукции секреторного Ig А.

Низкомолекулярные метаболиты сахаролитической микрофлоры, в первую очередь, летучие жирные кислоты и лактат, дают бактериостатический эффект. Они способны ингибировать рост сальмонелл, шигелл дизентерии, многих грибов. Однако бактериостатический эффект не распространяется на нормальную («свою») микрофлору. Вместе с тем, низкомолекулярные метаболиты, блокируя своими адгезинами рецепторы эпителиоцитов, препятствуют адгезии патогенной микрофлоры к эпителию. Кроме того, есть данные, что эти метаболиты способны индуцировать хемотаксис бактерий. Такой эффект дает возможность нормальной микрофлоре, не обладающей локомоторным аппаратом (например бактероидам), но ассоциированной с подвижными видами, заселять свои экологические ниши. Низкомолекулярные метаболиты и некоторые короткие пептиды играют роль репеллентов по отношению к ряду болезнетворных бактерий.

Обсуждается вопрос о ключевой роли микрофлоры в противовирусной защите хозяина благодаря феномену молекулярной мимикрии и рецепторам, приобретенным от эпителия.

Следует также подчеркнуть, что резидентные виды микрофлоры помогают эпителию поддерживать физико-химические параметры гомеостаза -редокс-потенциал, рН, реологические характеристики в контактной зоне.

Колонизация эпителиальной зоны микрофлорой, ее бактериостатический и антиадгезивный эффекты, способность стимулировать местный иммунитет, продуцировать аттрактанты и репелленты обеспечивают суммарный результат, который в литературе принято называть колонизационной резистентностью.

Системная стимуляция иммунитета -одна из важнейших функций микрофлоры. У безмикробных лабораторных животных не только подавлен иммунитет, но и происходит инволюция иммунокомпетентных органов (пейеровы бляшки, тимус). Другая важнейшая функция -участие в поддержании ионного гомеостаза организма, поскольку всасывание эпителием монокарбоновых кислот тесно сопряжено с транспортом натрия. Еще один эффект состоит в образовании вторичных метаболитов-веществ стероидной природы (в частности, коньюгатов желчных кислот) с образованием эстрогеноподобных субстанций, влияющих на дифференцировку и пролиферацию эпителиальных и некоторых других тканей.

Принципиально важной является способность микрофлоры продуцировать различные нейротрансмиттеры. К ним относится, в первую очередь, ГАМК-антистрессорный медиатор. ГАМК не только продуцируется в соответствующих синаптических соединениях ЦНС, но и в больших количествах вырабатывается бактериальной микрофлорой. ГАМК бактериального происхождения попадает в кровяное русло и проникает через гематоэнцефалический барьер, образуя единый пул с эндогенной фракцией ГАМК. Этим, по-видимому, обусловлен тот факт, что пациенты с синдромом раздраженной толстой кишки всегда имеют низкие пороги возбуждения, склонны к повышенной тревожности, имеют пониженный порог болевой чувствительности по сравнению со здоровыми людьми.

Микрофлора синтезирует витамины группы В, является поставщиком коферментов (токоферолов, β-аланина, необходимого для синтеза пантотеновой кислоты, и т.д.), принимает участие в регуляции газового состава кишечника и других полостей организма хозяина, детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов и метаболитов и др. Это позволяет рассматривать микрофлору как «орган», не уступающий печени по метаболическим и регуляторным возможностям.

Кишечная микрофлора ответственна за некоторые гистологические свойства кишечного эпителия, продуцирует коротко-цепочечные жирные кислоты (летучие), энергетический субстрат, используемый слизистой толстой кишки, играет роль в созревании и регуляции мукозальной иммунной системы.

Некоторые виды бактерий, такие как бифидобактерии и лактобациллы, относят к «полезным» бактериям, ассоциирующимся с благоприятным состоянием организма хозяина. Напротив, такие бактерии, как клостридии, при определенных обстоятельствах могут быть причиной патогенного эффекта.

В недавних исследованиях, проведенных in vitro, показано, что представитель комменсалов Bacterioides thetaiotaomicron способна взаимодействовать с клетками хозяина и вызывать продукцию трансферазы, модифицирующей гликозилирование муцина (Hooper a. Gordon, 2001).

Показано, что комменсальные бактерии могут защищать организм хозяина от инвазивных патогенных организмов, препятствуя прикреплению и токсическому эффекту (Brook, 1999; Wilhelm et al., 1987). Некоторые из таких патогенных организмов уже присутствуют в эндогенной микрофлоре (т.е. в кишечнике), другие, например, Salmonella, попадают извне.

Описаны два различных типа барьерного эффекта, с помощью которых физиологическая микрофлора защищает организм хозяина:

• Активный, сильнодействующий («drastic») барьерный эффект, который приводит к полной элиминации экзогенных микробов;
• Мягкий, «разрешительный» («permissive») барьерный эффект, который позволяет имплантироваться небольшому количеству микроорганизмов.

Известно, что кишечная флора оказывает защитный эффект против целого ряда энтеропатогенов, включая Clostridia, Escherichia coli, Shigella, Pseudomonas, Candida albicans (Salminen et al., 1995).

Среди механизмов, обеспечивающих барьерный эффект, фигурируют следующие (Bernansoni, 1984; Bezirtzoglon, 1994; 1997; Ducluzean a. Raiband, 1979; Falk et al., 1998; Fons et al, 2000):

• снижение жизнеподдерживающего субстрата и/или конкуренция за него;
•  конкуренция за рецепторные места прикрепления, (конкурентное исключение);
•  генерация условий, ограничивающих выживание (рН; летучие жирные кислоты; Re-dox потенциал; H2S);
• продукция анти-микробных субстанций (бактериоцины).

Таким образом, к основным функциям кишечной микрофлоры в норме относятся следующие:

• колонизационная резистентность организма (межмикробный антагонизм, поддержание кислой рН, защита экосистемы слизистых оболочек от патогенных микроорганизмов);
• детоксикация (инактивация энтерокиназы, щелочной фосфатазы);
• ферментативная функция (гидролиз продуктов метаболизма белков, липидов, углеводов);
• пищеварительная функция (повышение физиологической активности желез пищевого канала);
• антианемическая функция (улучшает всасывание железа);
• антирахитическая функция (улучшает всасывание кальция, кальциферолов — вит. D);
• иммунная функция (синтез иммуноглобулинов, интерферона).

Что касается основных представителей кишечной микрофлоры - бифидо- и лактобактерий, то они дают следующие эффекты, во многом определяя интегральный потенциал микробиоты:

• тормозят рост и развитие патогенных бактерий (эшерихий, шигелл, сальмонелл, стафилококков, стрептококков и др.);
• предупреждают распространение гнилостных бактерий из нижних отделов толстой кишки в верхние;
• предупреждают синтез токсических аминов, аммиака, фенола, серы, диоксида серы, крезола;
• облегчают метаболизм молочных белков у новорожденных (за счет фосфопротеинфосфотазы бифидобактерий);
• участвуют в синтезе витаминов группы В, а также филохинонов (вит. К1, К2), токоферола ацетата (вит. Е), никотиновой кислоты (вит. РР), биотина (вит. Н), аминокислоты лизина;
• улучшают всасывание кальция, железа, цинка, кобальта, кальциферолов (вит. D);
• участвуют в метаболизме жирных кислот и билирубина;
• участвуют в процессе всасывания моносахаридов и электролитов, стабилизируя клеточную мембрану кишечной стенки.