Кишечная микрофлора и моторика толстой кишки

Многочисленные микроорганизмы, населяющие кишечник человека, образуют единую экосистему и, по существу, орган, обладающий высокой метаболической и иммунологической активностью, определяющий состояние здоровья макроорганизма, часто обозначаемый термином «микробиота».

На состав кишечной микрофлоры существенное влияние могут оказывать различные внешние и внутренние факторы, обуславливая нарушения нормального течения физиологических процессов, а в отдельных случаях, приводя к серьезным патологическим состояниям.

Микробная популяция пищеварительной системы

Микробиота ЖКТ человека насчитывает более 1014 микроорганизмов, что на порядок превышает число клеток организма-хозяина . Она включает более чем 50 классификационных типов (phyla), из которых 10 населяет толстую кишку человека, причем три их них (Firmicutes, Bacteroidetesand Actinobacteriapredominate) являются преобладающими . Генотипирование, основанное на анализе 16S рибосомальной РНК показало, что в ЖКТ обитает более 1000 различных видов микроорганизмов . В то же время, несмотря на это разнообразие, ядро микробиоты ЖКТ составляют лишь 18 видов микроорганизмов, обнаруживаемые у всех индивидуумов, и еще 57 видов – обнаруживаемые у 90% лиц. Это указывает на относительную стабильность микробного сообщества в человеческой популяции. Так, J.J.Faith и соавт., проанализировав фекальную микрофлору у 37 лиц, установили, что в среднем 60% бактериальных видов остаются стабильными в течение 5 лет наблюдения, а многие из них обнаруживаются в организме и через 10 лет .

Микробная популяция толстой кишки – наиболее обширная по сравнению с другими отделами ЖКТ. В целом разнообразие кишечного микробиоценоза определяется возрастом, характером питания и состоянием здоровья.
Кишечная микрофлора новорожденных

Бактерии в кишечнике появляются с первого дня жизни и представлены энтерококками, кишечной палочкой, головчатыми бактериями, протеем и другими. В дальнейшем кишечная флора становится разнообразнее и по составу приближается к флоре взрослого человека. У детей старшего возраста насчитывается более 1000 видов микроорганизмов.

В первые часы (от 3 до 19) после рождения кишечник освобождается от первородного кала – мекония. Он представляет собой густую клейкую массу темно-зеленого цвета с рН, приблизительно равным 6,0. В состав мекония входят опущенный эпителий, сгустившаяся слизь, остатки поглощенных околоплодных вод, желчные пигменты. В течение первых 3–5 ч меконий стерилен, позже в нем содержатся микроорганизмы. В первые 2–3 дня жизни к меконию примешивается и кал. На 4–5-й день меконий из кала исчезает. У детей 1-го месяца дефекация происходит после каждого кормления – 5–7 раз в сутки, со 2-го месяца дефекация становится реже – 3–6 раз, к одному году – 1–2 раза. При смешанном и искусственном вскармливании дефекация происходит реже. Кал у детей на грудном вскармливании имеет консистенцию мягкой мази, желтого цвета, кислого запаха; количество кала – около 1–3 г на 100 г молока. При смешанном вскармливании кал кашицеобразный, беловато-желтого цвета; при искусственном – более густой консистенции, щелочной реакции и с более резким запахом. У детей к 1-му году кал оформлен в виде цилиндров диаметром 1,5–2,5 см, 50–70 г в сутки. Толстая кишка продолжает увеличиваться по относительной длине по мере взросления, что, вероятно, связано с увеличением грубых, трудно перевариваемых видов пищи в рационе человека с возрастом.
Пребиотики как элемент диеты макро- и микроорганизмов

Жизнедеятельность микроорганизмов, населяющих ЖКТ человека, обеспечивается за счет нутриентов, которые не перевариваются собственными ферментативными системами кишечника и не всасываются в тонкой кишке. Эти нутриенты получили название «пребиотики». Согласно современному определению, пребиотиками называют частично или полностью неперевариваемые компоненты пищи, которые избирательно стимулируют рост и/или метаболизм одной или нескольких групп микроорганизмов, обитающих в толстой кишке, обеспечивая нормальный состав кишечного микробиоценоза.

С биохимической точки зрения под пребиотиками понимают обычно углеводные компоненты питания, особо необходимые для жизнедеятельности нормальной кишечной микрофлоры. Хотя моносахариды могут легко утилизироваться микроорганизмами толстой кишки, к пребиотикам их не относят, т.к. они должны полностью всасываться в тонкой кишке. К пребиотикам относят некоторые дисахариды, олигосахариды, полисахариды и достаточно гетерогенную группу соединений, которую обозначили как пищевые волокна. В женском молоке из пребиотиков присутствует лактоза и олигосахариды.

Лактоза (молочный сахар) представляет собой дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы. В норме лактоза расщепляется лактазой тонкой кишки до мономеров, которые практически полностью всасываются в тонкой кишке. Лишь незначительное количество нерасщепленной лактозы у детей первых месяцев жизни попадает в толстую кишку, где утилизируется микрофлорой, обеспечивая ее становление.

Олигосахариды представляют собой линейные полимеры глюкозы и других моносахаров с общей длиной цепи не более десяти. Концентрация олигосахаридов в женском молоке относительно невелика, не более 12–14 г/л, однако их пребиотический эффект весьма значителен. Именно олигосахариды сегодня рассматриваются как основные пребиотики женского молока, обеспечивающие как становление нормальной микрофлоры кишечника ребенка, так и поддержание в дальнейшем.

Клетчатка – большая гетерогенная группа полисахаридов, которые представляют собой длинноцепочечные углеводы, в основном растительного происхождения (наиболее известны целлюлоза и гемицеллюлоза). Один из примеров – инулин, который утилизируется бифидо- и лактобактериями, способствуя их росту. Помимо выполнения роли субстрата для лакто- и бифидофлоры , клетчатка обладает высокой адсорбционной способностью и удерживает воду, что приводит к повышению осмотического давления в полости кишки, увеличению объема фекалий, ускорения пассажа по кишечнику, что обуславливает слабительный эффект.

Пребиотики важны не только для питания микрофлоры, но также для благополучия ЖКТ и всего организма в целом. В то же время, в современных условиях отмечается дефицит пребиотиков в питании во всех возрастных группах. В частности, взрослый человек должен съедать в сутки примерно 20–35 г пищевых волокон, тогда как в реальных условиях европейский житель потребляет не более 13 г в сутки. Уменьшение доли естественного вскармливания у детей первого года жизни приводит к недостатку пребиотиков, содержащихся в женском молоке. Эта нехватка пребиотиков в питании может объяснять, как увеличение частоты функциональных запоров, так и увеличение частоты рака толстой кишки.

Таким образом, пребиотики обеспечивают благополучие микрофлоры толстой кишки, ее здоровье и являются необходимым фактором здоровья человека в связи с их существенными метаболическими эффектами. Преодоление дефицита пребиотиков в современных условиях связано с обеспечением рационального питания человека в любом возрасте.
Метаболические особенности симбиоза

Свои энергетические потребности микроорганизмы толстой кишки обеспечивают за счет анаэробного субстратного фосфорилирования, в ходе которого образуется преимущественно молочная кислота (молочное брожение, характерное для лактобактерий, стрептококков толстой кишки) или молочная кислота в сочетании с другими метаболитами (в т.ч. уксусной кислотой, присущее бифидобактериям).

В результате микробного метаболизма в толстой кишке образуются также 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. Наиболее значимы уксусная , пропионовая, масляная / изомасляная, валериановая / изовалериановая, капроновая / изокапроновая кислоты Нормальная микрофлора толстой кишки, перерабатывая непереваренные в тонкой кишке углеводы, производит перечисленные кислоты с минимальным количеством их изоформ. В то же время, при нарушении микробиоценоза и увеличении доли протеолитической микрофлоры указанные жирные кислоты начинают синтезироваться из белков преимущественно в виде изоформ, что отрицательным образом сказывается на состоянии толстой кишки, с одной стороны, и может быть диагностическим маркером, с другой.

Концентрация короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в толстой кишке максимальная в проксимальных отделах, т.е. там, где идет наиболее интенсивный их синтез, и снижается к дистальным отделам. В среднем концентрация КЦЖК в толстой кишке взрослого человека составляет 70–140 ммоль/л в проксимальных отделах толстой кишки и 20–70 ммоль/л – в дистальных . У новорожденного ребенка КЦЖК в толстой кишке в виду отсутствия микрофлоры практически отсутствуют. Их количество у здорового ребенка резко нарастает к 20–30 дню жизни до 70–80 ммоль/л, что совпадает с периодом нормального становления кишечной микрофлоры и далее достигает «взрослых» значений к 2-м годам жизни
Ацетат является преобладающим во всех возрастных группах, однако у детей первых месяцев жизни, находящихся на естественном вскармливании, концентрация бутирата и пропионата очень невелики, а основную часть метаболитов микробной микрофлоры составляют ацетат и лактат. При искусственном вскармливании доля лактата уменьшается, а бутирата и пропионата увеличивается, что объясняется изменением состава микрофлоры и может иметь отрицательные последствия для состояния кишечника.

КЦЖК, образованные в результате микробного метаболизма, имеют важное значение как для толстой кишки, так и для макроорганизма в целом. Повышение концентрации КЦЖК сочетается со снижением осмотического давления в толстой кишке в связи с расщеплением полисахаридов .

Регуляция кишечного транзита органическими кислотами связана не только с изменением осмотического давления в результате их синтеза. В проксимальных отделах толстой кишки КЦЖК стимулируют рецепторы L-клеток, которые вырабатывают регуляторный пептид PYY, который, в свою очередь, замедляет моторику как толстой, так и тонкой кишки. Установлено, что выработка PYY лежит в основе «илеоцекального тормоза», замедляющего кишечную моторику при попадании в толстую кишку недопереваренных жиров [21]. В дистальных отделах толстой кишки эффект КЦЖК противоположный. Они стимулируют рецепторы Ecl-клеток, вырабатывающих гистамин, который действуя на 5-HT 4-рецепторы афферентных волокон блуждающего нерва инициирует рефлекторное ускорение моторики.

Большая часть КЦЖК, образовавшихся в толстой кишке, всасывается. Эффективность всасывания КЦЖК имеет значение не только для поддержания водно-электролитного равновесия и минерального обмена в организме, но также для регуляции моторики толстой кишки, проявляя свой антидиарейный эффект

Наконец, важнейшей функцией микрофлоры в связи с метаболизмом пребиотиков в КЦЖК является обеспечение колоноцита энергией. Показано, что КЦЖК являются регуляторами апоптоза и обладают антиканцерогенным эффектом, снижая пролиферацию клеток эпителия толстой кишки, но повышая ее их дифференцировку . Поступившие в колоноцит ацетат и пропионат в основном выводятся в кровоток. При этом на уровне толстой кишки они участвуют в регуляции ее кровотока. Большая часть ацетата и пропионата в тканях идет на синтез глюкозы и небольшая часть (не более 10%) на энергетические нужды .

Таким образом, метаболическая активность микрофлоры толстой кишки имеет существенное значение для благополучия ЖКТ, в частности, обеспечения нормального кишечного транзита.