Росен Николов, Клиника по гастроентерология, УМБАЛ „Св Иван Рилски”, МУ София
Кореспонденция: Росен Николов, професор, Клиника по гастроентерология, УМБАЛ „Св. Иван Рилски, София, бул. „Aкад. Иван Евстратиев Гешов“ 15
Човешката микробиота се състои от 10-100 трилиона симбиозни микробни клетки, които обитават цялото човешко тяло, но основното количество бактерии са в червата1,2. Изчислено е, че при 70-килограмов човек бактериалната маса е 2,2 кг, като метаболизмът на микроорганизмите е равен на метаболизма на черния дроб3. Поради факта, че бактериите са значително по-малки по размер от човешките клетки, то техният брой е три пъти поголям от соматичните клетки на целия човешки организъм2. Съответно броят на гените в микробиотата е 150 пъти повече от гените в човешкия геном.
Човешкият микробиом се състои от гените, които носят тези микробни клетки (общ микробен геном)1.
Научният интерес към микроорганизмите, живеещи в човешкото тяло, понастоящем е изключително голям. Това се илюстрира от факта, че публикациите в Pubmed по този проблем през 2000 година са 79 и нарастват лавинообразно, докато през 2017 достигат 78704.
С цел по-добре да се оцени как микробиомът допринася за нормалната физиология и предразположението към заболявания, National Institute of Health на САЩ стартира Човешкия микробиомен проект (Human Microbiome Project, HMP), фокусиран в изучаването на микробиоми в различни органи и системи5.
HMP отразява факта, че ние, хората, сме суперорганизми, съставени от два генома – един, който наследяваме от родителите си, и втори, който придобиваме6. Основната разлика между двата е, че единият остава константен по време на целия човешки живот, докато другият е изключително динамичен и може да бъде съществено повлиян от няколко ключови фактора: възраст, начин на хранене, пътуване, хормонални цикли, антибиотично лечение6. Микробната колонизация на човешкия организъм започва още с раждането7. Първоначалната микробиота е нестабилна, много видове присъстват само временно. В самото начало се колонизират факултативни анаероби enterobacteria (E.coli), streptococci, staphylococci и lactobacilli. Те създават условия за колонизация на стриктни анаеробни бактерии, видове от род Bacteroides, Bifidobacterium и Clostridium. Сравнително стабилна чревна микробиота, която наподобява тази на възрастен, децата развиват до 2-3 години7.
Познати са над 100 бактериални типа на Земята. От тях само малка част са се адаптирали да живеят в човешкия организъм и се срещат в нашата чревна микробиота8. Пет от тях са основни, а два представляват около 90% от микробиотата – Firmicutes (към него спада род Lactobacillus) и Bacteroidetes9.
Най-висока концентрация на бактериите от собствения микробиом се отчита в дебелото черво. Те достигат до 1012 CFU за грам фекално съдържимо9.
Основните функции, които чревните бактерии извършват, могат да се групират по следния начин10:
· Метаболитна – преработват неразградимите дълговерижни въглехидрати (фибри), които нашият организъм не може да усвои. Синтезират късоверижни мастни киселини, които са основен енергиен източник за чревните епителни клетки. Участват в контрола на пролиферацията и диференциацията на чревните епителни клетки. Подпомагат абсорбцията на йони и синтеза на витамини от група В и витамин К.
· Структурна – осигуряват механична бариера срещи навлизащи патогени. Индуцират синтезата на секреторен имуноглобулин А. Укрепват междуклетъчните връзки. Обучават имунната система на червата.
· Протективна – отстраняват патогени. Конкурират патогените за рецепторно свързване с епителните клетки. Конкурират патогените за хранителни вещества. Синтезират антимикробни вещества – бактериоцини, млечна киселина и др.
Дисбиозата (също наричана дисбактериоза) представлява абнормна микробна колонизация на червата, вследствие на която настъпват патологични количествени и качествени изменения на стомашно-чревната микробиота11.
Дисбиозата може да се дължи на различни фактори12:
· Генни мутации в Nod2, IL-23R, ATG 16L, IGRM.
· Начин на живот – стрес, хранителен режим.
· Ранна колонизация – раждане с цезарово сечение, ограничено излагане към микроби.
· Медицински практики – антибиотици, ваксини.
Дисбиозата се свързва с редица болести на стомашночревния тракт и извън него13. Част от тези болести са13,14:
· диария (инфекциозна, антибиотик-асоциирана, предизвикана от C.difficile);
· възпалителните болести на червата – язвен колит, болест на Крон и микроскопския колит;
· синдромът на дразнимото черво;
· глутеновата ентеропатия;
· колоректалния карцином;
· затлъстяване;
· захарен диабет тип 2;
· астма и алергии;
· аутизъм;
· тревожност и напрегнатост.
Метаанализ от 6 клинични проучвания показва, че има връзка между броя на антибиотичните приеми и затлъстяването в детска възраст15.
Всеки допълнителен антибиотичен курс15:
· Увеличава със 7 % риска от наднормено тегло в детска възраст (за един курс RR = 1.07, 95% CI 1.01–1.15, P = 0.03)
· Увеличава с 6 % риска от обезитет в детска възраст (за един курс RR = 1.06, 95% CI 1.02–1.09, P < 0.001)
Нарушаването на имунното здраве се дължи на настъпващи промени в микробиома, които се изразяват в бедна на разнообразие микробиота и промяна на ниво тип бактерии. Това води до промяна в синтеза на късоверижни мастни киселини (КВМК, бутират) и повишен капацитет за съхранение на енергия. Така се достига до метаболитна дисрегулация и изява на затлъстяване16.
Ретроспективно популационно проучване, проведено при 62 576 деца има за цел да се оцени връзката между приложението на антибиотици при деца до 1 год. и последваща изява на 3 фенотипа астма17:
· Транзиторни хрипове (започват и приключват преди 3-годишна възраст).
· Късно появила се астма (след 3-годишна възраст).
· Постоянна астма (започнала преди 3-годишна възраст и персистираща през 4-7 год.).
Като резултат може да се посочи, че приемът на антибиотици в най-ранно детство (до 1 год.) се асоциира с17:
· 2 пъти по-голяма вероятност от поява на транзиторни хрипове [OR], 2.0; 95% [CI], 1.9-2.2; P < 0.001).
· 1,6 пъти по-голяма вероятност от развитие на постоянна астма (OR, 1.6; 95% CI, 1.5-1.7; P < 0.001).
· Когато броят на антибиотичните курсове е >5, случаите на персистираща астма при деца до 7 год. се удвоява.
Атопичният дерматит (АД), познат също като екзема, е хронично възпaлително кожно заболяване, което засяга около 20 % от децата, както в развитите, така и в развиващите се страни18.
Според някои автори има връзка между пробиотиците и превенцията от атопични заболявания, доказано с четиригодишно проследяване на рандомизирано клинично проучване19. В това проучване приложението на пробиотик спрямо плацебо при бременни майки с фамилна обремененост от атопичен дерматит, алергичен ринит или астма, както и при техните деца за първите 6 месеца след раждането, доказано намалява честотата на развитие на атопичен дерматит при децата.
Антибиотиците оказват траен ефект върху микробиома, проявен в променена структура на микробната общност и намалено разнообразие, като различните антибиотици оказват различен ефект20.
При приема на един и същи антибиотик индивидуалните отговори могат да варират21. От една страна, антибиотиците унищожават всички патогенни бактерии, към които са тясно насочени. От друга страна, унищожават голяма част от коменсалните бактерии, които изпълняват важни функции за човека и неговото здраве. Негативният ефект зависи от следните фактори: спектър на действие на антибиотика; дозата и продължителността на лечението; начина на прием на антибиотика; фармакокинетичните особености на антибиотика (излъчване през слюнката, жлъчката или секреция през чревната мукоза на антибиотика може да има драстичен ефект върху чревния микробиом).
De La Cochetiere MF и сътр. провеждат клинично проучване при здрави хора, целящо да установи последствията на 5-дневен курс с Amoxicillin върху индивидуалния микробиом22. На четвъртия ден от антибиотичното лечение микробиомът е редуциран средно с 30 % при участниците в проучването. Два месеца след приключване на АБ-терапия микробиомът е възстановен едва на 66 % от неговите изходящи стойности. Нещо повече – две години след антибиотичния курс отделни микробни видове остават невъзстановени и вероятно няма да се възстановят напълно.
Най-общо ефектът на антибиотиците върху чревната микробиота се определя с вече дефинираното понятие дисбиоза.
Антибиотик-асоциираната диария (ААД) е най-честата манифестация за агресивна промяна в нормалната микрофлора по време и след антибиотично лечение23. Тя бива два типа.
· Неусложнена (неспецифична), предизвикана от следните чревни патогени – Cl. perfringens (3%-21%), Staphylococcus aureus (1%-28%), Klebsiella oxytocа.
· Усложнена или асоциирана с Cl.difficile.
Антибиотици, които действат върху анаеробите и се асоциират с най-висок риск от ААД, са аминопеницилини, цефалоспорини и клиндамицин23.
Пробиотиците са недвусмислено доказани в редукцията на ААД. Метаанализ, изготвен от Cochrane collaboration, включва 16 рандомизирани, краткосрочни клинични проучвания24. Изследваните пациенти са 3392 деца от 2 до 17 год, които получават пробиотик, успоредно на АБ лечение, с цел превенция от ААД. Пробиотичната доза варира от 200 млн. до 40 млрд. CFU/ ден. Основната цел на проучването е да установи дали пробиотиците, прилагани успоредно с антибиотик, редуцират случаите на ААД. Втората цел е да установи в каква пробиотична доза се постига най-голяма ефективност. Резултатите показват, че приемът на пробиотици редуцира риска от ААД от 20 % при доза от 200 млн. до над 60% при дози над 40 млрд. CFU/ден.
Съществува изследване за ролята на пробиотиците в превенцията на Clostridium difficile-асоциираната (КДАД) диария при възрастни и деца25. Метаанализът е изготвен от Cochrane collaboration и обхваща 39 рандомизирани клинични проучвания и 9955 участници. Резултатът недвусмислено показва редукция на риска от КДАД средно с 60 % при успоредно приложение на пробиотици с антибиотици. Ефективността на пробиотиците в превенцията на КДАД е потвърдена в 31 клинични проучвания и 8672 участници.
Негативните ефекти на дисбиозата след антибиотично лечение не се ограничават само до ААД. Както видяхме, те имат отношение към наднорменото тегло, захарния диабет тип 2, бронхиалната астма и атопичните реакции, колоректалния карцином, някои ментални отклонения13.
Проучванията показват, че пробиотиците профилактират някои прояви. Но какво е пробиотик?
Пробиотиците са живи микроорганизми, които приложени в достатъчна концентрация, имат ползотворни ефекти върху човешкия организъм26.
Терминът „пробиотик“ следва да се използва само за продукти, които отговарят на точно определени научни критерии, а именно26:
1. Съдържат адекватно количество микроорганизми.
2. Имат доказан в клинична среда ползотворен ефект върху здравето на гостоприемника.
3. Могат да бъдат идентифицирани до щамово ниво.
4. Устояват на действието на стомашен сок и жлъчни соли.
5. Специализирани са в конкретна област.
Пробиотиците са използвани или текущо изучавани почти във всяка област на медицината. Утвърдени техни приложения за превенция/лечение на гастро-интестинални нарушения са27:
· Ротавирусна диария.
· Антибиотик-асоциирана диария.
· Диария при децата.
· Хронични възпалителни заболявания на червата (IBD)
· Синдром на раздразненото черво (IBS).
· Неонатален некротизиращ ентероколит (NEC).
Съществуват данни от клинични проучвания и публикации за ползотворни ефекти на пробиотици при27:
· Алергия и атопична екзема.
· Уро-генитални инфекции.
· Инфекции на респираторния тракт.
· Затлъстяване.
· Глутенов интолеранс и гастроентерити.
· Инфекция с Helicobacter pylori.
· Рак на дебелото черво.
· Констипация.
· Ревматоиден артрит.
Пробиотици с повече от един щам в блендата си имат доказан ефект при28:
· синдром на дразнимото черво.
· хронични възпалителни заболявания на червата.
· ААД.
· атопични заболявания.
· стимулиране на имунната функция.
· инфекции на респираторния тракт.
· при лечението на Helicobacter pylori-инфекции.
Известни са 16 клинични проучвания, които сравняват ефикасността на пробиотици с колекция от щамове спрямо самостоятелно приложение на единичните компоненти28. В 75 % от тях приложението на бленда от няколко щама има по-добър ефект от единичен щам.
Микробиотата има важна роля в поддържане здравето на човешкия организъм.
Антибиотиците са изключително постижение на съвременната медицина и са спасили милиони човешки живота. От друга страна, те често се използват без достатъчно индикации и са основна причина за дисбиоза.
Пробиотиците са основен метод за предотвратяване на негативния ефект на антибиотиците върху микробиотата. Предвид множествените отрицателни ефекти на дисбиозата, приемът на пробиотик при антибиотично лечение се смята за задължителен. Особено важно е приемът на пробиотик да започне още в началото на антибиотичното лечение, защото дисбиозата започва рано в хода на терапията. Изборът на правилен пробиотик е решаващ. Най-важни са високото микробно число – над 40 млрд. CFU/ден, и видовото разнообразие. Създадени са специализирани продукти, отговарящи на тези условия, както и с естествена устойчивост на щамовете към най-често използваните антибиотици. Тяхното приложение е гаранция за терапевтичен успех.
Литература:
1. U rsell LK, Metcalf JL, Parfrey LW, Knight R. Defining the Human Microbiome. Nutrition reviews. 2012, Aug; 70(Suppl 1): S38–S44.
2. Qin J, Li R, Raes J et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature 464, 59–65 (2010).
3. Gorman C. Explore the Human Microbiome [Interactive]. Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/microbiomegraphic-explore-human-microbiome/
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=microbiome
5. Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M et al. A strategy to understand the microbial components of the human genetic and metabolic landscape and how they contribute to normal physiology and predisposition to disease. The Human Microbiome Project.
6. H offmann AR, Proctor LM, Surette MG et al. The Microbiome: The Trillions of Microorganisms That Maintain Health and Cause Disease in Humans and Companion Animals. Veterinary Pathology 2016, Vol. 53(1) 10-21
7. Arrieta MC, Stiemsma LT, Amenyogbe N et al. The Intestinal Microbiome in Early Life: Health and Disease. Frontiers in Immunology 2014; 5: 427
8. Iebba V, Totino V, Gagliardi A et al. Eubiosis and dysbiosis: the two sides of the microbiota, New Microbiologica, 39, 1-12, 2016
9. Rodríguez JM, Murphy K, Stanton C et al. The Composition of the Gut Microbiota throughout Life, with an Emphasis on Early Life. Microbial Ecology in Health and Disease 2015; 26:
10.3402/mehd.v26.26050 10. O’Hara AM, Shanahan F. The Gut Flora as a Forgotten Organ” EMBO Reports 7.7 (2006): 688–693
11. dysbiosis. (n.d.) Gale Encyclopedia of Medicine. (2008)
12. Round JL, Mazmanian SK. The gut microbiome shapes intestinal immune responses during health and disease. Nature reviews Immunology 2009 May; 9(5): 313–323.
13. Nagao-Kitamoto H, Kitamoto S, Kuffa P et al. Pathogenic Role of the Gut Microbiota in Gastrointestinal Diseases. Intestinal Research, 2016 Apr; 14(2): 127–138
14. Sekirov I, Russell SL, Antunes LC et al. Gut microbiota in health and disease. Physiological Reviews 2010 Jul;90(3):859-904
15. Shao X, Ding X, Wang B et al. Antibiotic Exposure in Early Life Increases Risk of Childhood Obesity: A Systematic Review and Meta-Analysis. Frontiers in Endocrinology 2017, 8:170
16. Francino MP. Antibiotics and the Human Gut Microbiome: Dysbioses and Accumulation of Resistances. Frontiers in Microbiology, 2015; 6: 1543
17. O ng MS, Umetsu DT, Mandl KD. Consequences of antibiotics and infections in infancy: bugs, drugs, and wheezing. Annals of Allergy, Asthma & Immunology, vol. 112, issue 5 (2014), pp. 441–445
18. Rather IA, Bajpai VK, Kumar S et al. Probiotics and Atopic Dermatitis: An Overview, Frontiers in Microbiology, 2016; 7: 507
19. Tang RB, Changa JK, Chen HL. Can probiotics be used to treat allergic diseases?. Journal of the Chinese Medical Association, vol. 78, Issue 3, March 2015, Pages 154-157
20. Debelius J, Song SJ, Vazquez-Baeza Y et al. Tiny microbes, enormous impacts: what matters in gut microbiome studies?. Genome Biology (2016) 17:217
21. J ernberg C, Lofmark S, Edlund C et al. Long-term impacts of antibiotic exposure on the human intestinal microbiota. Microbiology 2010 156: 3216-3223
22. De La Cochetiere MF, Durand T, Lepage P et al. Resilience of the dominant human fecal microbiota upon short-course antibiotic challenge. Journal of Clinical Microbiology 2005;43(11):5588-5592
23. Naaber P, Mikelsaar M. Interactions between Lactobacilli and Antibiotic Associated Diarrhea, Advances in applied microbiology. 54. 231-60
24. Johnston BC, Goldenberg JZ, Vandvik PO et al. Probiotics for the prevention of pediatric antibiotic-associated diarrhea. Cochrane Database of Systematic Reviews 2011, Issue 11. Art. No.: CD004827.
25. G oldenberg JZ, Yap C, Lytvyn L et al. Probiotics for the prevention of Clostridium difficile-associated diarrhea in adults and children. Cochrane Database of Systematic Reviews 2017, Issue 12. Art. No.: CD006095
26. Sanders ME, Probiotics: Definition, Sources, Selection, and Uses, Clinical Infectious Diseases, Volume 46, Issue Supplement_2, 1 February 2008, Pages S58–S61
27. Koleilat A. Probiotics Nowadays. ECronicon Paediatrics, Volume 2 Issue 1 March 2016, 100-106
28. C hapman CM, Gibson GR, Rowland I. Health benefits of probiotics: are mixtures more effective than single strains?. European Journal of Nutrition, 2011, Volume 50, Number 1, 1-17