Функция кишечной микрофлоры у детей

Что такое микробиом человека?

Микробиом человека — это совокупность всех микроорганизмов, населяющих тело человека, включая кожу и слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), легкие и половые органы. Он состоит из бактерий, вирусов, грибков, архей и является активной и развивающейся областью исследований.

Микрофлора человека выполняет важные иммунные, метаболические, трофические и защитные функции, которые считаются проявлением симбиоза между человеком и микроорганизмами. Ее все чаще рассматривают как функциональный орган человека, а структура и эффекты изучаются в рамках проекта «Микробиом человека».

Какой должна быть кишечная микрофлора?

Признаками здоровой микрофлоры являются ее разнообразие и равномерность. Разнообразие показывает количество видов бактерий в конкретной экосистеме без учета их относительной численности. Равномерность указывает на относительную численность каждого вида в конкретной экосистеме. Эти два определения используются для описания микробного разнообразия в ЖКТ.

Человеческую популяцию можно разделить на три энтеротипа на основе кишечной микрофлоры. Энтеротип определяет количественно преобладающий таксон — Bacteroides, Prevotella или Ruminococcus. Энтеротип зависит от диеты — например, при диете, богатой белками и животными жирами, преобладают Bacteroides, при богатой углеводами пище — Prevotella. Энтеротип может измениться уже в течение суток после изменения диеты, однако основная структура энтеротипов не меняется и является отличительной чертой образа жизни человека на протяжении длительного времени.

Как формируется микрофлора у детей?

При рождении кишечник стерилен, бактериальная колонизация начинается с разрыва амниотической оболочки. Бактерии из кишечника и влагалища матери, а также из внешней среды колонизируют кишечник новорожденного в течение нескольких часов после рождения и вскоре появляются в фекалиях.

В зависимости от способа родоразрешения младенец получает различный набор микроорганизмов. При естественных родах ребенку достается микробиом влагалища матери, содержащий бактерии видов Lactobacillus, Prevotella, Atopobium и/или Sneathia. После кесарева сечения микробиом ребенка менее разнообразен и больше похож на микрофлору кожи матери. Изменения в микрофлоре, в зависимости от способа родоразрешения, сохраняются примерно до одного года, но, по-видимому, смягчаются при грудном вскармливании. Тем не менее, эти изменения могут влиять на всю последующую жизнь, поскольку дети, рожденные с помощью кесарева сечения, имеют более высокий риск развития астмы и других аллергических заболеваний.

Что еще влияет на микрофлору?

Значительное влияние на формирование микробиома оказывают и другие факторы, такие как окружающая среда (включая расу и этническую принадлежность), генетические различия, географическое положение, а также прием антибиотиков, гигиенический статус и питание.

Дополнительное влияние может оказывать огромное количество факторов. Например, ранний контакт с домашними животными коррелирует с увеличением количества Ruminoccocus и Oscillospira в микробиоме, независимо от способа родоразрешения, что может снижать риск ожирения и пищевой аллергии в будущем.

Какова роль питания в развитии микрофлоры ребенка?

Питание играет огромную роль в формировании микрофлоры кишечника. Грудное молоко и кожа соска являются важными источниками бактерий для кишечной микрофлоры младенца. Различия микрофлоры младенцев на грудном и искусственном вскармливании сохраняются и во взрослом возрасте.

Доказано, что грудное вскармливание снижает частоту инфекций верхних и нижних дыхательных путей и желудочно-кишечных инфекций, а также риск развития атопического дерматита и астмы у детей с семейным анамнезом и, возможно, развитие ожирения и сахарного диабета второго типа в более позднем возрасте. Также молоко содержит особые олигосахариды, которые не перевариваются человеком, но служат пребиотиками, способствуя росту симбиотических бактерий, таких как Bifidobacterium bifidum. Важно отметить, что здоровье матери (в том числе ожирение, прием антибиотиков во время беременности, ВИЧ и другие виды иммунодефицита) оказывает критическое влияние на здоровье малыша и его подверженность инфекциям.

В более позднем возрасте отлучение от груди и введение твердой пищи связаны с переходом ко взрослой микробиоте, и питательные вещества снова играют ключевую роль в определении окончательного состава микрофлоры.

Насколько постоянна микрофлора кишечника?

Уже сформированный микробиом взрослых очень устойчив, его нелегко изменить. Прием антибиотиков может повлиять на разнообразие, но после окончания лечения состав микрофлоры постепенно возвращается к первоначальному. Основной причиной, по которой здоровый микробиом остается невосприимчивым к изменениям с течением времени, считают широкое разнообразие присутствующих микробных видов, взаимодействующих друг с другом. С другой стороны, снижение бактериального разнообразия связано с такими заболеваниями, как сахарный диабет второго типа, ожирение и воспалительные заболевания кишечника.

Напротив, микробиота кишечника младенцев обладает относительно простой структурой и довольно нестабильна во времени. Микрофлора у детей по своей природе пластична и больше подвержена влиянию различных факторов, которые могут значительно изменить ее состав.

Как микрофлора взаимодействует с иммунной системой человека?

Комменсальные бактерии подавляют колонизацию кишечника патогенами с помощью различных локальных механизмов, таких как конкуренция за питательные вещества и продукция антимикробных факторов. Также симбионты взаимодействуют с иммунной системой человека на местном и системном уровнях. Иммунная система, в свою очередь, защищает хозяина от избыточного размножения бактерий и их потенциальной патогенности. Это приводит к состоянию равновесия в системе, которое называют «физиологическим воспалением» — в кишечнике обитает богатая популяция иммунных клеток, готовых к защите от патогенов.

С другой стороны, бактерии тоже влияют на иммунную систему, вырабатывая специальные молекулы, которые участвуют в модуляции Т-клеток и позволяют различать симбионтов и патогенов. Считается, что влияние микрофлоры на иммунитет обеспечивает его более тонкую настройку и позволяет снизить риск развития аутоиммунных заболеваний в будущем.

Как микрофлора участвует в пищеварении?

Аналогичные взаимовыгодные отношения существуют с точки зрения обеспечения энергией и питанием. Бактерии перерабатывают неперевариваемые ферментами пищевые субстраты (например, некоторые сложные углеводы) и обеспечивают человека энергией в виде короткоцепочечных жирных кислот. Человек, со своей стороны, предлагает комменсалам комфортную среду обитания, содержащую питательные вещества. Одно клиническое исследование показало четкую связь между количеством кишечных микробов и долей поглощения питательных веществ из пищи.

Могут ли кишечные бактерии влиять на нервную систему?

Еще одна интересная функция микрофлоры связана с развитием нейронов. Нейротрофины — это специальные белки, поддерживающие жизнеспособность, развитие и активность нейронов. Микробиота активно участвует в нервной регуляции пищеварительной системы посредством влияния на уровень нейротрофинов. Их уровень определяет контроль поведения, дифференцировку мозга и выживание нейронов, что было продемонстрировано в опытах на мышах. Также было показано, что микробная колонизация запускает механизмы, участвующие в развитии контроля моторной функции и тревожного поведения.

Функции микрофлоры и их механизмы развития более подробно представлены в таблице:

Что происходит с микрофлорой при различных заболеваниях?

При многих заболеваниях в целом снижается разнообразие микрофлоры. Однако существуют и специфические изменения микробиома, являющиеся отличительной чертой конкретных заболеваний. Примером может служить целиакия, при которой у детей наблюдается своеобразный микробный паттерн с обилием Firmicutes. Другие заболевания с характерным нарушением микрофлоры представлены в таблице:

Эти данные в будущем могут послужить развитию новой стратегии терапии некоторых заболеваний, нацеленной на нормализацию микрофлоры и снижение воспаления. А лучшее понимание микробиома и его взаимодействия с иммунной системой может помочь в проведении профилактических мероприятий и снизить риск некоторых заболеваний, повлияв не только на качество, но и на продолжительность жизни.