Строение органов и систем человека
Микрофлора кишечника человека
Микрофлора кишечника это комплекс микроорганизмов, живущих в кишечнике человека, который является их резервуаром, в симбиозе с ним. Данные микроорганизмы помогают своему хозяину, давая энергию путем ферментации непереваренных углеводов с последующим расщеплением коротко-цепочных жирных кислот на более распространенные из них: бутираты, метаболизирующиеся в эпителии толстой кишки; пропионаты печени; ацетаты мышечной ткани. Бактерии в кишечнике переваривают неиспользованные энергетические субстраты, стимулируя рост клеток, подавляют рост вредных патогенных микроорганизмов. Микрофлора кишечника подавляет рост таких вредных микроорганизмов как Clostridium, чрезмерное количество которых вызывает колит. Микрофлора кишечника подавляет размножение целых видов патогенных микроорганизмов, которые как правило попадают или находятся в кишечнике в малых количествах.
Бактерии кишечника также играют огромную роль в синтезе витамина K и витамина B, в метаболизме желчных кислот, ксенобиотиков и стеринов.
В организме человека примерно 100000000000000 микроорганизмов. Их в 10 раз больше чем клеток. Кишечная микрофлора считается как бы отдельным "забытым" органом. У кишечной микрофлоры в сто раз больше генов чем в геноме человека.
Большую часть флоры толстой кишки составляют бактерии, до 60% массы кала составляют именно бактерии. Микрофлору кишечника составляют от 300 до 1000 видов бактерий. При этом 99% этих микроорганизмов произошли от 30-40 видов.
Часть микрофлоры кишечника также составляют грибы, археи и простейшие, чья деятельность в настоящее время пока мало изучена.
Исследования, проведенные учеными доказывают, что между микроорганизмами микрофлоры кишечника и человеком связь не только синантропная, а даже скорее всего мутуалистическая.
Микроорганизмы кишечника выполняют множество полезных для жизни и здоровья человека функций, таких как ферментация энергетических субстратов, повышение иммунитета, предотвращение роста патогенных бактерий, регуляция образования в кишечнике витамина K и биотина, выработка гормонов, отвечающих за жировой обмен.
Но не смотря на это, некоторые из микроорганизмов микрофлоры кишечника в определенных условиях могут провоцировать заболевания, а также повышать риск раковых заболеваний.
Примерно 99% бактерий в кишечнике - это анаэробные бактерии, за исключением слепой кишки, где большинство бактерий являются аэробными.
Идентификации были подвергнуты не все виды бактерий кишечника, поскольку некоторые из них не культивируются, что осложняет идентификацию.
Популяция видов бактерий различается у людей, но останется практически неизменной у одного индивидуума в течении жизни.
Доминирующими бактериями микрофлоры кишечника являются Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria.
Большинство бактерий в кишечнике принадлежат родам Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium,в Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus и Bifidobacterium. В гораздо меньшей степени присутствуют роды бактерий Escherichia и Lactobacillus. Одну треть из всех бактерий в кишечнике составляет род Bacteroides, что говорит об особенной важности данного рода бактерий для поддержания жизнедеятельности организма.
Также в кишечной микрофлоре наблюдаются скопления грибков Candida, Saccharomyces, Aspergillus и Penicillium.
Не маленький класс кишечных микроорганизмов составляют археи, которые играют важную роль в метаболизме бактериальных продуктов брожения.
Эксперименты, проведенные на лабораторных мышах показали, что состав микрофлоры кишечника может меняться и его можно принудительно изменить. Для этого всего лишь необходимо изменить диету. Во время экспериментов вносились изменения в состав принимаемых продуктов, в каждом были представлены различные концентрации четырех ингредиентов: казеин, кукурузный крахмал, кукурузное масло, сахароза. На основе информации о количестве данных ингредиентов можно было прогнозировать популяцию каждого вида бактерий микрофлоры кишечника. Изменение численности популяций каждого вида бактерий было связано с количеством потребления казеина. Так например, семь из указанных видов бактерий положительно переносили предложенное количество казеина, а три вида бактерий отрицательно. Линейная модель предсказывала 60% вариаций в численности видов, зная концентрацию компонентов в рационе.
В некоторых особо редких случаях флора кишечника содержит в себе бактерии (пивные дрожжи), которые перерабатывают крахмал в этанол, который затем попадает в кровь.
Было установлено, что существуют также общие закономерности эволюции композиции микробиома в течении жизни. Анализируя бактериальные V4 16S rRNA у 528 добровольцев разных возрастов и мест рождения было установлено, что разнообразие состава микрофлоры у взрослых значительно выше чем у детей, в то время как интерперсональные различия выше у детей. При этом известно, что созревание микрофлоры до состояния взрослого человека происходит у детей в течении первых трех лет жизни. Метагеномные анализы образцов кала в сочетании с анализами V4 16S rRNA показали, что хотя нет филотипов уникальных для взрослых или детей, филотипы, принадлежащие к Бифидобактериям Лонгум, доминирующие во время грудного вскармливания, представительство их снижается пропорционально увеличению возраста.
Исследование также выявило у взрослых микробиомов высокую концентрацию ферментов которые участвуют в ферментации, метаногенезе и метаболизме аргинина, глутамата, аспартата и лизина, в тот время, как у детских микробиомов преобладали ферменты, которые участвуют в метаболизме цистеина.
Влияние диеты на микрофлору кишечника
Исследования и различные статистические анализы выявили различия семейств бактерий в микрофлоре кишечника, связанные с приемом продуктов. Основу кишечной микрофлоры в основном составляют три энтеротипа микроорганизмов: Prevotella, Bacteroides и Ruminococcus. Есть связь между концентрацией каждого сообщества этих микробов и пищевыми компонентами. Например, Prevotella имеет связь с углеводами и простыми сахарами, что указывает на связь с диетой на углеводной основе, которая более распространена в аграрных обществах, в то время, как энтеротип Bacteroides связана с белками животного происхождения, насыщенными жирами и аминокислотами - компоненты, которые более характерны для западной диеты. Это говорит о том, что один энтеротип будет доминировать над другим в зависимости от диеты. У тех людей, которые в больше степени употребляют углеводную пищу будет преобладать микроорганизмы Prevotella, а у людей больше употребляющих белковой и жирной пищи будет доминировать Bacteroides.
Но чтобы изменить микрофлору микробиома с помощью диет потребуется длительное время. Для того, чтобы например, в кишечнике стали преобладать Prevotella вместо Bacteroides необходимо на долгосрочный период изменить употребляемом пищу с белковой на преимущественно углеводную. Этот факт может быть полезен в медицине.
Зарождение микрофлоры кишечника
Считалось, что желудочно-кишечный тракт здорового плода является стерильным и чистым от микроорганизмов. Но в последнее время ученые признали, что микроорганизмы могут попасть в него еще в утробе матери. Во время родов и сразу после них бактерии начинают быстро колонизировать пищевую систему ребенка. Сразу после вагинальных родов младенец получает несколько штаммов бактерий, которые начинают размножение в верхних отделах пищеварительного тракта. Часть из них заносятся в том числе и с материнским калом. Дети, рожденные с помощью кесарева сечения также получают микроорганизмы, но это в первую очередь происходит из окружающего воздуха или от медицинского персонала. Таким образом, изначально микрофлора кишечника у ребенка, рожденного при помощи кесарева сечения может быть нарушена на срок до шести месяцев, в то время как у рожденного вагинальным способом микрофлора кишечника приходит в норму через месяц. Также часть бактерий передается младенцу через поцелуи, ласку и грудное молоко.
Изначально у всех детей в большом количестве присутствует кишечная палочка и стрептококки. Первоначальные цифры составляют от 108 до 1010 на грамм экскрементов. В течении первых дней эти бактерии создают благоприятную среду для последующей колонии анаэробных бактерий, преимущественно для Bifidobacterium, Bacteroides, Clostridium и Ruminococcus.
Польза микрофлоры кишечника
Без кишечной микрофлоры организм человека не сможет усваивать некоторые из углеводов, поскольку клетки организма не способны расщепить многие полисахариды. Так например, грызуны, выращенные в стерильных условиях и лишенные микрофлоры кишечника вынуждены были употреблять на 30% больше калорий для поддержания своего обычного веса. К углеводам, которые человеческий организм не может переварить без помощи бактерий относят некоторые крахмалы, клетчатку, олигосахариды и сахара.
Бактерии превращают углеводы в короткоцепочные жирные кислоты типом ферментации, названной сахаролитической ферментацией. Получаемые продукты включают в себя пропионовую, масляную и уксусную кислоты. Данные вещества уже поглощаются клетками организма человека и служат источниками энергии и питательных веществ, они помогают организму усваивать минеральные вещества, такие как железо, кальций и магний.
Другая польза данных кислот в том, что они повышают рост кишечных эпителиальных клеток и управляют их распространением и дифференцированием в кишечнике человека. Они увеличивают рост околокишечной лимфатической ткани.
Получаемая масляная кислота помогает предотвращать рак. Газы и молочная кислота, включая другие органические кислоты подобного типа также получаются путем сахаролитической ферментации.
Исследования также показали, что бактерии повышают поглощение и накопление липидов, помогают организму усваивать витамин K.
Существует и другой менее полезный тип ферментации - протеолитическая ферментация, расщепляющая белки как энзимы с дальнейшим сбраживанием аминокислот, выделяя при этом токсины, вредные для организма.
Иллюстрации органов пищеварения:
 |  |  |  |  |