Mikroflora jelitowa – funkcje i działanie

Mikroorganizmy stanowią ważny element ustroju człowieka. Na drodze ewolucji wykształciły kilka specyficznych dróg komunikacyjnych, zarówno pomiędzy sobą nawzajem, jak i z organizmem gospodarza. Są to przede wszystkim korzystne bakterie komensalne lub saprofityczne, których główną funkcją jest konkurowanie o miejsce zasiedlenia z mikroflorą patogenną. Termin mikrobiom obejmuje wszystkie genomy bakteryjne znajdujące się na powierzchni oraz wewnątrz ciała, natomiast mikroorganizmy naturalnie występujące w jelitach człowieka określa się jako mikroflora lub mikrobiota jelitowa. Stanowi ona jeden z najbardziej gatunkowo zróżnicowanych ekosystemów. W jej skład wchodzi ponad 1000 odmiennych gatunków wraz z 7000 podgatunków drobnoustrojów. Mikrobiota jest kwestią indywidualną i niepowtarzalną dla każdego człowieka. Niemniej jednak istnieją rodzaje mikroorganizmów, które zwykle dominują w ludzkiej mikroflorze jelit. Należą do nich głównie typy Firmicutes i Bacteroidetes oraz mniej licznie: Proteobacteria, Actinobacteria i Fuscobacteria. Pomimo znacznej liczebności bakterii w układzie pokarmowym, wywołana ich obecnością odpowiedź zapalna jest niemożliwa, ponieważ istnieje wiele wewnętrznych mechanizmów, które zapobiegają przed ich zbyt intensywnym namnażaniem oraz niepożądanym opuszczeniem światła jelita.

Funkcje w organizmie

Mikroflora jelitowa pełni w organizmie kilka wzajemnie uzupełniających się funkcji: metaboliczną, immunologiczną i troficzną. Stanowi istotny czynnik odpowiadający za prawidłowe funkcjonowanie całego organizmu już od pierwszych dni życia. Bakterie komensalne odgrywają istotną rolę w utrzymaniu homeostazy, produkują liczne neuroprzekaźniki, poprawiają szczelność bariery jelitowej, działają przeciwzapalnie, dostarczają witamin (m.in. biotyny, witaminy K) i substancji odżywczych, biorą udział w absorpcji jonów magnezu, wapnia i żelaza oraz pozwalają na efektywne przyswajanie energii. Mikroflora jelit warunkuje także biotransformację związków, do której przeprowadzenia ludzki organizm nie jest dostosowany. Co więcej, drobnoustroje jelitowe stymulują neuroplastyczność i rozwój mózgu przez wpływ na warunkujące te zjawiska proteiny i neurotrofiny (np. neurotropowy czynnik wzrostu pochodzenia mózgowego BDNF i białko 95 gęstości postsynaptycznej PSD-95).

Drogi komunikacji

Bakterie zasiedlające układ pokarmowy gospodarza porozumiewają się między sobą oraz wymieniają informacje z komórkami organizmu, w którym się znajdują. Dzięki temu tworzą obszerną sieć komunikacyjną, stanowiącą ważny element wielu procesów fizjologicznych. Z uwagi na ten fakt, mikrobiom jelitowy, będący w stanie homeostazy, wykazuje korzystne działanie na funkcjonowanie organizmu, natomiast stan dysbiozy jelitowej (do której doprowadzić może działanie czynników, takich jak antybiotykoterapia) warunkuje powstawanie przewlekłych stanów zapalnych oraz występowanie innych patologii w organizmie.

Drobnoustroje zasiedlające jelita komunikują się z ośrodkowym układem nerwowym (OUN) dwukierunkowo (na drodze mózg → jelita w ok. 10% oraz jelita → mózg w ok. 90%) za pomocą kilku możliwych ścieżek: przez nerw błędny, układ odpornościowy, odpowiedź hormonalną jelit, za pomocą produktów przemian metabolicznych wytwarzanych przez mikroorganizmy oraz dzięki zmianie składu mikrobiomu. Taki sposób komunikacji określono terminem „osi mózgowo-jelitowo-bakteryjnej”, łączącej układ pokarmowy z nerwowym, która jest zależna od czynników neuronalnych, endokrynnych metabolicznych i immunologicznych. Modulacja układu nerwowego przez mikrobiotę zachodzi głównie poprzez mechanizmy natury neuroimmunologicznej i neuroendokrynnej, zależnej od nerwu błędnego. W tej swoistej komunikacji biorą udział również cząsteczki powstałe na skutek przemian metabolicznych drobnoustrojów. Są to głównie krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), wtórne kwasy żółciowe oraz metabolity tryptofanu.

1. Droga neuronalna

Regulacja osi mózgowo-jelitowej za pomocą drogi neuronalnej odbywa się poprzez: autonomiczny układ nerwowy (ANS, ang. autonomic nervous system), rdzeń kręgowy, oś podwzgórze-przysadka-nadnercza (HPA, ang hypothalamic-pituitary-adrenal axis) oraz przede wszystkim przez jelitowy układ nerwowy (enteric nervous system, ENS), nazywany również “mózgiem jelitowym”. W skład tego ostatniego wchodzą neurony (występujące w postaci dwóch rodzajów splotów: Auerbacha i Meissnera), a także neuroprzekaźniki i neuromodulatory, włączając serotoninę, acetylocholinę i kortykoliberynę. ENS uczestniczy w modulowaniu aktywności układu trawiennego oraz wywiera bezpośredni wpływ na mięśnie, naczynia i błonę śluzową jelita. Układ ten nieustannie komunikuje się z OUN poprzez nerw błędny, który działa jak most sygnałowy, transportujący informacje pomiędzy układem nerwowym a (między innymi) pokarmowym. Składa się on z części somatycznej – ruchowej i czuciowej oraz części autonomicznej – przywspółczulnej.

2. Droga metaboliczna

Oś jelitowo-mózgowa jest modulowana także na drodze metabolicznej aktywności bakterii jelitowych. Drobnoustroje rozkładają niestrawione resztki pokarmowe (węglowodany złożone) za pomocą procesu fermentacji. Produktami tych reakcji są m.in. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (kwas masłowy, octowy, propionowy) stanowiące źródło energii dla kolonocytów – komórek nabłonka jelita grubego. SCFA wpływają na ciągłość nabłonka, jak również na liczbę kolonocytów, spełniając funkcję troficzną mikrobioty. Wytwarzanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych przez mikroflorę jelitową jest istotnie zależne od podaży odpowiednich substratów, co jest bezpośrednio uwarunkowane sposobem odżywiania. Kwasy te odpowiadają za utrzymanie stanu równowagi w reakcjach pro- i przeciwzapalnych, dzięki przekazywaniu sygnałów poprzez zespół receptorów wolnych kwasów tłuszczowych. Ponadto bakterie zasiedlające jelita wykazują zdolność do wytwarzania neurohormonów, takich jak serotonina, melatonina, kwas γ-aminomasłowy, katecholaminy, histamina, czy acetylocholina.

3. Droga endokrynna

Do endokrynologicznych czynników modulujących działanie osi jelitowo-mózgowej należy produkowany pod wpływem stresu i regulowany przez oś HPA – kortyzol. Regulując wydzielanie cytokin przeciw- i prozapalnych wpływa na komórki układu odpornościowego oraz aktywność i funkcje mikroflory jelitowej. Reakcje nerwowe i hormonalne stymulują aktywację komórek: nabłonkowych, odpornościowych, nerwowych, mięśni gładkich jelita, enterochromafinowych oraz śródmiąższowych Cajala. Dzięki temu możliwe jest wystąpienie skurczu mięśni układu trawiennego. Mikroflora jelitowa ma pośredni wpływ na ten układ przez modulację funkcji przewodu pokarmowego oraz bezpośredni przez cząsteczki sygnałowe.

Czynniki wpływające na mikroflorę

 

Istnieje kilka wewnętrznych i zewnętrznych czynników, mających wpływ na skład i funkcjonowanie mikroflory jelit. Typowe zmiany polegają na redukcji liczebności drobnoustrojów oraz zmniejszeniu ich bioróżnorodności. Jednym z czynników wewnętrznych jest odczyn kwasu żołądkowego. Niskie pH treści żołądkowej, szybki przepływ trawionych substancji oraz obecność soli kwasów żołądkowych znacznie obniża liczbę i różnorodność bakterii jelitowych. Istotny wpływ na drobnoustroje układu pokarmowego ma także wydzielanie żółci. Kwasy żółciowe stanowią ważny modulator mikroflory, ponieważ hamują jej wzrost. Ona natomiast warunkuje skład i ilość tych kwasów poprzez wytwarzanie odpowiednich enzymów, które powodują dekoniugację i transformację składników żółci (co stanowi ważny proces adaptacyjny). Z kolei pierwotne kwasy żółciowe zapobiegają zbyt wielkiemu kolonizowaniu jelita cienkiego. Z pozostałych wewnętrznych czynników regulujących skład mikroflory wyróżnia się: obecność enzymów trawiennych, bakteriocyn (toksyn białkowych), dostępność tlenu oraz perystaltykę jelit.

Uwarunkowania zewnętrzne natomiast prowadzą bezpośrednio do zjawiska dysbiozy, czyli zaburzenia harmonijnej pracy jelit. Zależą od stylu życia, występujących schorzeń, infekcji, przyjmowanych leków, suplementów, pro- i prebiotyków, zanieczyszczenia środowiska, poziomu odczuwanego stresu oraz nieprawidłowej diety. Jednym z czynników najbardziej wpływających na mikrobiom jest antybiotykoterapia. Prowadzi ona do wyjałowienia układu trawiennego. Istotnie zmienia skład mikroflory jednocześnie drastycznie ograniczając różnorodność gatunkową przewodu pokarmowego. Dysbioza stanowi czynnik ryzyka rozwoju takich chorób, jak: zapalenia jelit, zespół jelita nadwrażliwego, zapalenie skóry, choroby alergiczne, depresja, zaburzenia ze spektrum autyzmu, otyłość, celiakia, nowotwory i inne. Najlepszym sposobem na walkę z zaburzeniem harmonijnej pracy jelit jest odpowiednio dobrana probiotykoterapia, wspomagana prawidłowo zbilansowaną dietą. Szczepy bakterii probiotycznych należą głównie do rodzaju Bifidobacterium oraz Lactobacillus. Różnice występujące w mikroflorze jelit są zależne w dużej mierze od sposobu odżywiania. Poszczególne bakterie pojawiają się w diecie w zależności od rodzaju zjadanego pożywienia. Przykładowo szczepy dominujące u wegetarian pochodzą z rodzaju Bacteroidetes, przy jednocześnie znacznie niższej liczbie oraz różnorodności mikroorganizmów z rodzaju Clostridium, w odniesieniu do osób nie eliminujących mięsa z diety. Co więcej, stosowanie diety redukcyjnej warunkuje znaczny spadek liczby bakterii typu Firmicutes i wzrost ilości drobnoustrojów rodzaju Bacteroides. W kształtowaniu mikroflory jelitowej istotne jest stosowanie prawidłowo zbilansowanej diety, dostarczającej podstawowych składników odżywczych na poziomie pokrywającym dzienne zapotrzebowanie. Warto również wybierać produkty funkcjonalne, zawierające w swym składzie szczepy probiotyczne (np. mleczne produkty fermentowane).

Literatura:

Czajkowska A., Szponar B., Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) jako produkty metabolizmu bakterii jelitowych oraz ich znaczenie dla organizmu gospodarza. Postepy Hig Med Dosw. (2018)
Gałęcka M., Bartnicka A., Michalik M., Samet A., Wysocki T., Marszałek A., Jelito jako najważniejszy organ immunologiczny człowieka. Znaczenie bariery jelitowej. Instytut Mikroekologii w Poznaniu. (2016)
Górska S., Jarząb A., Gamian A., Bakterie probiotyczne w przewodzie pokarmowym człowieka jako czynnik stymulujący układ odpornościowy. Postepy Hig Med Dosw. (2009)
Gudan A., Profil krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych w stolcu u polskich kobiet z depresją. Pomorski Uniwersytet Medyczny w Szczecinie. Wykład wygłoszony na III Ogólnopolskiej Konferencji PAD w Łodzi. (2019)
Gulas E., Wysiadecki G, Strzelecki D., Gawlik-Kotelnicka O., Polguj M., Jak mikrobiologia może wpływać na psychiatrię? Powiązania między florą bakteryjną jelit a zaburzeniami psychicznymi. Psychiatr. Pol. (2018)
Kobrzycka A., Rudnicki K., Jabłoński G., Wieczorek M., Immunosensoryczne funkcje nerwu błędnego. Kosmos. (2017)
Martin C.R., Osadchiy V., Kalani A., Mayer E.A., The Brain-Gut-Microbiome Axis. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. (2018)
Ostrowska L., Smarkusz J., Modyfikacja mikroflory jelitowej sposobem zapobiegania lub leczenia otyłości i schorzeń metabolicznych? Wybrane problemy kliniczne. (2016)
Panek-Jeziorna M., Mulak A., Rola kwasów żółciowych w patogenezie chorób jelit. Postepy Hig Med Dosw. (2017)
Rakowska M., Lichosik M., Kacik J., Kalicki B., Wpływ mikrobioty na zdrowie człowieka.Pediatria i Medycyna Rodzinna. (2016)
Rudzki L., Szulc A., Wpływ jelitowej flory bakteryjnej na ośrodkowy układ nerwowy i jej potencjalne znaczenie w leczeniu zaburzeń psychicznych. Farmakoterapia w Psychiatrii i Neurologii. (2013)
Rudzki L., Szulc A., Wpływ jelitowej flory bakteryjnej na ośrodkowy układ nerwowy i jej potencjalne znaczenie w leczeniu zaburzeń psychicznych. Farmakoterapia w psychiatrii i neurologii. (2013)
Skonieczna-Żydecka K., Łoniewski I., Marlicz W., Karakiewicz B., Mikrobiota jelitowa jako potencjalna przyczyna zaburzeń funkcjonowania emocjonalnego człowieka. Med. Dośw. Mikrobiol. (2017)
Wołkowicz T., Januszkiewicz A., Szych J., Mikrobiom przewodu pokarmowego i jego dysbiozy jako istotny czynnik wpływający na kondycję zdrowotną organizmu człowieka. Med. Dośw. Mikrobiol. (2014)

 

PRZECZYTAJ TEŻ:


Skomentuj

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.