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).