1. Эволюция представлений о роли кишечной микрофлоры

Симбиоз многоклеточных организмов с одноклеточными — древнейшее явление в эволюции. Оно возникло в тот момент, когда появились многоклеточные организмы. В соответствии с научными представлениями при возникновении жизни на Земле (3 - 4 млрд. лет назад) первыми живыми существами были микроорганизмы. По некоторым данным их эволюция продолжалась около миллиарда лет. Именно за это время сформировалось все многообразие биохимических реакций, которые лежат в основе центрального метаболизма всех живых существ. Известно, что многоклеточные организмы возникли на основе одноклеточных в мировом океане (в одной и той же экологической нише) и симбиоз многоклеточных организмов с одноклеточными наблюдался с самого начала их возникновения. В процессе эволюции у многоклеточных организмов сформировались механизмы, обеспечивающие переменчивость внутренней среды, и типы взаимодействия многоклеточных организмов с одноклеточными.

На сегодня известны следующие формы симбиоза (совместного сожительства):

- мутуализм — взаимовыгодный симбиоз;

- паразитизм — один из партнеров получает одностороннюю выгоду за счет другого;

- комменсализм — один из партнеров получает одностороннюю выгоду, не нанося при этом никакого ущерба другому организму;

- нейтрализм — партнеры не оказывают заметного влияния один на другого.

Все эти формы наблюдаются при рассмотрении симбиоза одноклеточных микроорганизмов с многоклеточными. Говоря о симбиозе человека с микроорганизмами, подразумевается, что кожные покровы, слизистые оболочки и полости человеческого тела, сообщающиеся с внешней средой, заселены огромным количеством микроорганизмов — симбионтов. Примеры: желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) — от полости рта до прямой кишки; органы дыхания — от носоглотки до альвеол и т.д.

Впервые о своих наблюдениях относительно бактерий и других микроорганизмов, обнаруженных в человеческих фекалиях, сообщил голландский исследователь Антони ван Левенгук, который и выдвинул гипотезу о совместном существовании различных видов бактерий в желудочно-кишечном тракте. В 1850 году Луи Пастер развил концепцию о функциональной роли бактерий в ферментативном процессе. Роберт Кох впоследствии предложил методику выделения чистых культур, позволяющую идентифицировать специфичные бактериальные штаммы и разграничивать болезнетворные и полезные микроорганизмы.

Учение о роли симбионтной микробной флоры для организма человека связано с именем великого русского ученого, основоположника сравнительной патологии, эволюционной эмбриологии и иммунологии Ильи Ильича Мечникова, лауреата Нобелевской премии за 1908 год (совместно с Паулем Эрлихом). На Сицилии, в маленькой самодельной лаборатории в Мессине, И.И. Мечников открыл явление фагоцитоза и тем самым инициировал новое видение проблемы инфекции: существование механизмов защиты хозяина. В 1888 году Илья Мечников, работая в Институте Пастера, обосновал теорию о том, что в кишечнике человека обитает комплекс микроорганизмов, которые оказывают на организм «аутоинтоксикационный эффект». Он полагал, что введение в желудочно-кишечный тракт «здравословных» бактерий способно модифицировать действие кишечной микрофлоры и противодействовать интоксикации.

В работе «Этюды оптимизма» (1911 г.) И.И. Мечников писал о том, что многочисленные ассоциации микробов, населяющих кишечник человека, в значительной мере определяют его духовное и физическое здоровье, а кожа и слизистые человека покрыты в виде перчатки биопленкой, состоящей из сотен видов микробов. Он высказал гипотезу о том, что давно установленная большая продолжительность жизни некоторых народов, таких как болгары, турки и армяне, связана с особенностями диеты, а именно потреблением за сутки большого количества сброженного молока, являющегося прообразом йогурта. И.И. Мечников идентифицировал две бактерии в этом продукте: Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus, которым он и приписал указанные заслуги в области продления жизни. Он считал, что долголетие человека связано с удалением условно-патогенных микроорганизмов из кишечника и предложил проводить с этой целью заселение пищеварительного тракта болгарской молочно-кислой палочкой. В это же время был создан первый кисломолочный продукт — «Простокваша Мечникова».

В начале XX века И.И. Мечниковым было выдвинуто предположение о связи ряда соматических заболеваний, в том числе и онкологических, с деятельностью микроорганизмов, то есть имеющих инфекционную природу. Он писал, что «...со временем, вероятно, удастся открыть паразитов не только при болезнях типично инфекционного характера, но и при болезнях совершенно другого рода», и предсказывал открытие паразитов злокачественных опухолей, а также микробов-возбудителей сахарной болезни. В настоящее время это предположение превратилось в хорошо аргументированную гипотезу об ассоциации ранее считавшихся неинфекционными болезнями с бактериями и вирусами.

В монографии «Этюды о природе человека» И.И. Мечников изложил концептуальный взгляд о взаимоотношениях человека и его микрофлоры. Вот некоторые выдержки из этой работы, позволяющие оценить уровень представлений почти столетней давности:

• «Усилить сопротивление благородных клеток и превратить дикую кишечную флору человека в культивированную — таковы достижимые средства для того, чтобы старость стала более физиологической, чем теперь, и, вероятно, также для продления жизни человеческой».

• «Присутствие большого количества молочных микробов неизбежно должно мешать размножению гнилостных микробов, что одно уже очень полезно для организма».

• «Итак, совершенно ясно, что с целью сократить эти медленные отравления, ослабляющие сопротивление наших благородных элементов и усиливающее фагоциты, следует вводить в пищевой режим кефир и, еще лучше, кислое молоко».

• «По нашему мнению, лучше всего употреблять кислое молоко, приготовленное при помощи чистых культур молочнокислых бактерий, а также эти культуры в виде мягкой мази, которую можно смешивать с вареньем».

• «Среди молочных бактерий лучше других «болгарская палочка» и «стрептобациллы».

И.И. Мечников был убежден в том, что «дикие и вредные бактерии в кишечнике» могут и должны быть «удалены» при помощи простокваши и содержащихся в ней молочнокислых бактерий.

На исходе XIX столетия французский педиатр Анри Тиссье доказал, что у детей, находящихся на грудном вскармливании, основным компонентом кишечной микрофлоры являются бифидобактерии.

Первое промышленное производство кисломолочного продукта питания — йогурта, в основе создания которого были научные достижения И.И. Мечникова, было начато в 1919 году испанцем Исааком Карассо, который приобрел йогуртовую закваску в Пастеровском институте. А уже его сын Даниэль (от его имени произошло название компании «Данон») добился признания йогурта во всей Европе.

Многочисленные исследования последних десятилетий убедительно показали, что продукты питания содержат природные компоненты, обладающие не только пищевой ценностью для организма, но и регулирующие его многочисленные функции, в том числе и состав микрофлоры.

Значительный вклад в развитие микробиологии и микроэкологии человека внес германский ученый Альфред Ниссле, который с 1912 года активно занимался изучением антагонистического действия бактерий. Им же в 1916 году был впервые введен термин «дисбактериоз» для обозначения снижения антагонистических функций кишечной микрофлоры. А. Ниссле удалось установить, что колибактерии могут подавлять патогенные штаммы своего же вида.

В начале XX века были выработаны два различных терапевтических принципа, в которых учитывалось «хорошее» и «плохое» влияние микроорганизмов на здоровье и заболевания человека:

• принцип иммунотерапии (воздействие на иммунную систему для профилактики и терапии, для ее тренировки);

• принцип воздействия на микрофлору и использования антагонизма некоторых видов микроорганизмов, чтобы нейтрализовать или удалить патогенные бактерии.

Большую роль в развитии учения о симбионтной кишечной микрофлоре человека сыграли работы Германского микробиотического общества. В 1922 году А. Беккер начал опыты по использованию комплексной вакцины из флоры кишечника в лечебных целях. Он полагал, что состав микробной флоры слизистых оболочек человеческого организма различной локализации тесно взаимосвязан. Совместно с коллегами X. Кольбом и Х.-П. Рушем им были созданы первые препараты на основе энтерококков и Escherichia coli.

Х.-П. Руш считал, что симбиоз бактерий существует у всех видов организмов, как высших, так и низших. То есть, речь идет о симбиозе между одноклеточными и многоклеточными организмами, утрата которого ведет к тем или иным нарушениям здоровья, а большая часть участвующих в процессах жизнедеятельности бактерий имеют физиологический характер.

Его современник Х.С. Ланштайн показал, что микробиологическая терапия требует принципиально нового отношения к самому понятию бактерии. В настоящее время накоплены знания, показывающие, что многие бактерии имеют физиологический характер за счет своей локализации на слизистых оболочках хозяина, тем самым, образуя внутреннюю среду организма. Основатели этого направления воспринимали различные слизистые оболочки как части одной более крупной системы слизистых оболочек. За десятилетия до того, как возникло понятие ассоциированной со слизистыми оболочками иммунной системы, существовала концепция о «едином слизистом органе» и «взаимодействии сил» между организмом и микроорганизмами. Цель терапии была однозначно установлена как «стимуляция собственного иммунитета». Основатели микробиологической терапии наблюдали феномен снижения иммунитета после антибактериальной терапии.

По мнению X. Кольба, применение антибиотиков создает благоприятную почву для рецидивов, а нежелательные последствия антибактериальной терапии можно предотвратить за счет применения пробиотиков. «Пробиотики дают нам возможность проводить биологическую антисептическую обработку, тем более эффективную, чем более поверхностной является воспалительная реакция, вызванная патогенными бактериями» — писал Х.-П. Руш. При такой формулировке понимается то неоценимое преимущественное действие, которое оказывается только на патогенные, а не на физиологические организмы. Второе преимущество заключается в том, что при этом не поражаются, а поддерживаются клетки за счет методов, не ослабляющих, а усиливающих конституцию». Данная методика в противоположность антибактериальной терапии была названа «пробиотическим лечением».

Непосредственно термин «пробиотик» впервые ввел в литературу в 1954 году Фердинанд Виржин. Для автора этого термина греческие корни «pro» — «содействующий» и «bios» — «жизнь» означали, что такие вещества способствуют жизни в самом широком смысле в противоположность антибиотикам с их отрицательными побочными эффектами.

В отечественной литературе в 40—50 годах двадцатого столетия вопросу нарушения микроэкологии кишечника большое внимание уделял известный микробиолог Л.Г. Перетц. Дисбактериоз кишечника он рассматривал как:

• уменьшение общего количества микроорганизмов — нормальных обитателей макроорганизма;

• изменение их соотношений, ферментативных и биохимических свойств;

• приобретение отдельными ее представителями факторов патогенности (продукция гемотоксинов, гиалуронидазы);

• ослабление антагонистической активности;

• появление или увеличение пропорции потенциально патогенных микроорганизмов.

В. Коллат в 1954 году использовал термин «пробиотик», понимая под ним все важные для жизни организмы, в отличие от опасных «антибиотиков». Основатели же направления микробиологической терапии вкладывали в определение все «культуры симбионтов» или «бактериальных препаратов», используемые в виде вакцин для перорального и парентерального применения, а позднее и готовые препараты физиологических бактерий. Лишь много позже противопоставление «пробиотики — антибиотики» стало использоваться в более широком смысле. Была установлена связь иммунитета с микрофлорой организма, при этом не было потерено из виду главное: в центре внимания всегда оставался пациент, его история болезни, клинические симптомы и их динамика под действием проводимой терапии. Был сделан вывод, что микрофлора на коже и слизистых является важным компонентом системы симбиоза человека и микроорганизмов. Но ученые того времени не стали придавать флоре кишечника чрезмерно большое значение. Они весьма четко сформулировали положение, согласно которому цель микробиологической терапии заключается в создании «косметики для флоры кишечника», чтобы нормализовать исключительно показатели анализов кала.

Почти десять лет спустя, в 1965 году Д. Лилли и Р. Стилуэлл опубликовали результаты своих исследований в журнале «Science» и показали, что пробиотики выделяют факторы, способствующие росту прочих микроорганизмов. Собственно, и сам термин «пробиотики» в современной трактовке стал применяться по их предложению.

Первыми отечественными лечебными препаратами на основе анаэробных бактерий стали бифидобактерин, созданный Г.И. Гончаровой и соавт. (1972) и лактобактерин, разработанный И.Б. Тарасовой (1970). Однако необходимо отметить, что, несмотря на значительные успехи в изучении микрофлоры человека, многие проблемы еще далеки от своего разрешения. Тем не менее, в настоящее время разработка и внедрение новых пробиотиков в клиническую практику, является наиболее перспективным направлением в терапии широкого круга заболеваний.

2. Качественный и количественный состав основной микрофлоры толстого кишечника у здоровых людей

Нормальная микрофлора человека (нормофлора) – это качественное и количественное разнообразие микроорганизмов отдельных органов и систем, поддерживающее биохимическое, метаболическое и иммунное равновесие макроорганизма, необходимое для сохранения здоровья человека.

Согласно современным представлениям основу нормальной микрофлоры человека составляют облигатные анаэробные бактерии, количество которых достигает 10¹³ – 10¹⁴ , что на 1–2 порядка превышает количество эукариотических клеток всех тканей и органов человека вместе взятых. О чрезвычайной сложности населяющей человека и животных микрофлоры говорит хотя бы тот факт, что 1 г содержимого слепой кишки содержит более 2 биллионов микробных клеток – представителей 17 семейств, 45 родов и свыше 400 видов. Эти эволюционно сложившиеся сложные симбиотические сообщества микроорганизмов (микробиоценозы) специфичны для той или иной области кожи и слизистых оболочек человека и животных.

Процесс формирования кишечной микрофлоры происходит в первые дни жизни ребенка. В нем выделяют три фазы. I фаза – асептическая – длится 10-20 часов после рождения. Затем наступает II фаза – транзиторная - заселение желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) кокками и другими микроорганизмами (первые 2-4 дня после рождения). Постоянная микрофлора в это время ещё не сформирована. III фаза – трансплантации, когда бифидофлора становится основой микробного пейзажа. Важнейшим фактором формирования нормофлоры является естественное вскармливание, особенно раннее (в первые часы после рождения) прикладывание к груди. Грудное молоко (в первую очередь – молозиво) чрезвычайно богато пребиотическими бифидогенными факторами: лактоза грудного молока, β-галактозилфруктоза, бифидус-фактор I (N-ацетил-α-глюкозамин) и бифидус-фактор II, левулёза. Важную защитную роль играют также лизоцим и иммуноглобулины женского молока, обеспечивающие пассивный иммунитет новорождённых и детей первых месяцев жизни. Все бифидогенные факторы женского молока термолабильны, после термической обработки их активность значительно снижается.

Нормофлора кишечника колонизирует как просвет кишечника – полостная (П-микрофлора), так и поверхность слизистой оболочки – пристеночная или мукозная (М-микрофлора). Основные представители микрофлоры кишечника представлены в табл. 1.

Вся микрофлора кишечника подразделяется на облигатную (главную), факультативную (условно-патогенную и сапрофитную) и транзиторную (случайная).

2.1. Облигатная микрофлора

Бифидобактерии являются наиболее значимыми представителями облигатных бактерий в кишечнике детей и взрослых. Это анаэробы, они не образуют спор и морфологически представляют собой крупные грамположительные палочки ровной или слегка изогнутой формы. Концы палочек у большинства бифидобактерии раздвоены, но могут быть также утонченными или утолщенными в виде шаровидных вздутий.

Большая часть популяции бифидобактерий располагается в толстой кишке, являясь ее основной пристеночной и просветной микрофлорой. Бифидобактерии присутствуют в кишечнике на протяжении всей жизни человека, у детей они составляют от 90 до 98% всех микроорганизмов кишечника в зависимости от возраста. Доминирующее положение в микробном пейзаже кишечника у здоровых новорожденных детей, находящихся на естественном вскармливании, бифидофлора начинает занимать к 5-20-му дню после рождения. Среди различных видов бифидобактерии у детей, находящихся на грудном вскармливании, преобладают Bifidobacterium bifidum. В норме количество бифидобактерии у грудных детей должно составлять 10¹⁰-10¹¹ КОЕ/г фекалий, у детей старшего возраста и у взрослых - 10⁹-10¹⁰ КОЕ/г.

Таблица 1

Качественный и количественный состав основной микрофлоры

толстого кишечника у здоровых людей (КОЕ/г фекалий)

Виды микроорганизмов	Возраст, годы
	< 1	1-60	> 60
Бифидобактерии	1010 - 1011	109 - 1010	108 - 109
Лактобактерии	106 - 107	107 - 108	106 - 107
Бактероиды	107 - 108	109 - 1010	1010- 1011
Энтерококки	105 - 107	105 - 108	106 - 107
Фузобактерии	<106	108 - 109	108 - 109
Эубактерии	106 - 107	109 - 1010	109 - 1010
Пептострептококки	<105	109 - 1010	1010
Клостридии	<=103	<=105	<=106
E. coli типичные	107 - 108	107 - 108	107 - 108
E. coli лактозонегативные	<105	<105	<105
E. coli гемолитические	0	0	0
Другие условнопатогенные энтеробактерии < * >	<104	<104	<104
Стафилококк золотистый	0	0	0
Стафилококки (сапрофитный эпидермальный)	<=104	<=104	<=104
Дрожжеподобные грибы рода Candida	<=103	<=104	<=104
Неферментирующие бактерии < ** >	<=103	<=104	<=104

<*> - представители родов Klebsiella, Enterobacter, Hafnia, Serratia, Proteus, Morganella, Providecia, Citrobacter и др.

< ** > - представители родов Pseudomonas, Acinetobacter и др.

Бифидобактерии являются также представителями вагинальной микрофлоры, где обнаруживаются в количестве 10⁶ КОЕ/г вагинального содержимого.

Установлено, что бифидобактерии выполняют следующие функции:

- осуществляют путем ассоциации со слизистой оболочкой кишечника физиологическую защиту кишечного барьера от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма;

- обладают высокой антагонистической активностью по отношению к патогенным и условно патогенным микроорганизмам за счет выработки органических жирных кислот;

- участвуют в утилизации пищевых субстратов и активизации пристеночного пищеварения;

- синтезируют аминокислоты и белки, витамин К, пантотеновую кислоту, витамины группы В: В₁ - тиамин, В₂ - рибофлавин, В₃ - никотиновую кислоту, В₆ - пиридоксин, фолиевую кислоту;

- способствуют усилению процессов всасывания через стенки кишечника ионов кальция, железа, витамина Д.

Другим представителем облигатной микрофлоры гастроинтестинального тракта являются лактобактерии, представляющие собой грамположительные палочки с выраженным полиморфизмом, располагающиеся цепочками или поодиночке, неспорообразующие.

Лактофлора заселяет организм новорожденного ребенка в раннем постнатальном периоде. Средой обитания лактобацилл являются различные отделы желудочно-кишечного тракта, начиная с полости рта и кончая толстой кишкой, где они поддерживают рН на уровне 5,5-5,6. Лактофлору удается обнаружить в молоке человека и животных. В желудке лактобациллы содержатся в количестве 10² - 10³ КОЕ/мл желудочного сока, в тонкой кишке - до 10³ - 10⁴ КОЕ/мл кишечного сока, в толстой - 10⁶ -10⁸ КОЕ/г фекалий (в зависимости от возраста).

Лактобактерии в процессе жизнедеятельности вступают в сложное взаимодействие с другими микроорганизмами, в результате чего подавляются гнилостные и гноеродные условно патогенные микроорганизмы, в первую очередь протеи, а также возбудители острых кишечных инфекций. В процессе нормального метаболизма они способны образовывать молочную кислоту, перекись водорода, продуцировать лизоцим, другие вещества с антибиотической активностью: реутерин, плантарицин, лактоцидин, лактолин. В желудке и тонкой кишке лактобациллы в кооперации с организмом хозяина являются основным микробиологическим звеном формирования колонизационной резистентности.

Наряду с бифидо- и лактобактериями группу нормальных кислотообразователей, т.е. бактерий, вырабатывающих органические кислоты, составляют анаэробные пропионобактерии. Снижая рН окружающей среды, пропионобактерии проявляют антагонистические свойства в отношении патогенных и условно патогенных бактерий.

К представителям облигатной микрофлоры кишечника также относятся эшерихии (кишечные палочки). В кишечнике человека эшерихии появляются в первые дни после рождения в количестве 10⁷ -10⁸ КОЕ/г фекалий и сохраняются на протяжении жизни на этом уровне. Экологическая ниша данных микроорганизмовв здоровом организме - толстая кишка и дистальные отделы тонкой кишки. Выявлено, что эшерихии способствуют гидролизу лактозы, участвуют в продукции витаминов (К, группы В), вырабатывают колицины - антибиотикоподобные вещества, тормозящие рост энтеропатогенных кишечных палочек, стимулируют антителообразование.

Бактероиды являются анаэробными неспорообразующими микроорганизмами. Их уровень в толстом кишечнике колеблется в диапазоне 10⁷ - 10¹¹ КОЕ/г фекалий. Заселение кишечника бактероидами происходит постепенно. Они обычно не регистрируются в бактерийных картах фекалий у детей первого полугодия жизни, у детей в возрасте от 7 мес. до 1-2 лет содержание бактероидов не превышает 10⁸ КОЕ/г. Бактероиды принимают участие в пищеварении, расщепляют желчные кислоты, участвуют в процессах липидного обмена.

Пептострептококки представляют собой неферментирующие грамположительные анаэробные стрептококки. В процессе жизнедеятельности они образуют водород, который в кишечнике превращается в перекись водорода, что способствует поддержанию рН 5,5 и ниже, а также участвуют в протеолизе молочных белков, ферментации углеводов. Не обладают гемолитическими свойствами. Экониша - толстый кишечник.

Энтерококки присутствуют в кишечнике в количествах 10⁵ - 10⁸ КОЕ/г фекалий и в норме не должны превышать общее количество кишечных палочек. Энтерококки осуществляют метаболизм бродильного типа, сбраживают разнообразные углеводы (лактозу) с образованием в основном молочной кислоты, но не газа. В некоторых случаях восстанавливают нитрат.

2.2. Факультативная микрофлора кишечника

Факультативная микрофлора представлена пептококками, стафилококками, стрептококками, бациллами, дрожжевыми и дрожжеподобными грибами.

Пептококки (анаэробные кокки) содержатся в количестве 10⁵ - 10⁶ КОЕ/г кишечного содержимого, метаболизируют пептон и аминокислоты с образованием жирных кислот, вырабатывают сероводород, уксусную, молочную, лимонную, изовалериановую и другие кислоты.

Стафилококки - негемолитические (эпидермальные, сапрофитирующие)- входят в группу сапрофитной микрофлоры, попадающей в организм из объектов окружающей среды. Обычно восстанавливают нитрат до нитрита. Количество их в норме не должно превышать 10⁴ КОЕ/г фекалий.

Стрептококки выявляются в кишечнике здорового человека в количестве 10⁴ - 10⁵ КОЕ/г фекалий. Среди них выделяются такие непатогенные штаммы, как молочнокислый стрептококк, обладающий антагонистической активностью по отношению к болезнетворным микроорганизмам. Стрептококки образуют в основном лактат.

Бациллы в кишечнике могут быть представлены аэробными и анаэробными видами микроорганизмов. Bacillus subtilis, B. pumilis, B. cereus - аэробные спорообразующие бактерии; Clostridium perfringens, C. novyi, C. septicum, C. histolyticum, C. tetanus, C. difficile - анаэробные. Наибольший интерес представляют анаэробные спорообразующие бактерии C. difficile. В кишечнике здорового человека их количество обычно не превышает 10³ КОЕ/г фекалий. Из углеводов или пептона они образуют смесь органических кислот и спиртов.

Дрожжи и некоторые дрожжеподобные грибы относят к сапрофитной микрофлоре. Содержание плесневых грибов в толстой кишке у здоровых людей не должно превышать 10⁴ КОЕ/г фекалий. Дрожжеподобные грибы рода Candida, чаше всего C. albicans и C. steleatoidea, являются условно патогенными микроорганизмами. Они могут встречаться во всех полостных органах пищеварительной системы и вульвовагинальной области.

Условно патогенные энтеробактерии включают представителей семейства Enterobacteriacae (кишечных бактерий): клебсиеллы, протеи, цитробактеры, энтеробактеры, серрации и др.

Фузобактерии - грамотрицательные, неспорообразующие, полиморфные палочковидные бактерии, являющиеся представителями анаэробной микрофлоры толстой кишки.

Неферментирующие грамотрицательные палочки чаще всего выявляются как транзиторная микрофлора, т.к. бактерии данной группы относятся к свободно живущим и легко попадают в кишечник из окружающей среды.

3. Роль нормальной микрофлоры в поддержании здоровья человека

Представители нормальной микрофлоры присутствуют в организме человека и животных в виде фиксированных к определенным рецепторам микроколоний, заключенных в биопленку. Биопленка, покрывающая слизистые оболочки человека и животных, помимо экзополисахаридов микробного происхождения состоит из микроколоний морфологически идентичных клеток, а также муцина, продуцируемого бокаловидными клетками. Число рецепторов на эпителиальных клетках, к которым адгезируются бактерии, ограниченно.

В последние годы интенсивно исследуются механизмы, ответственные за специфическую адгезию. Установлено, что элементами, ответственными за нее, являются поверхностные структуры бактерий, содержащие лектины, комплементарные соответствующим рецепторам, расположенным на мембранах эпителиальных клеток. Лектины представляют собой широко распространенные соединения белковой или гликопротеиновой природы, проявляющие специфическую и обратимую углеводсвязывающую активность. Будучи медиаторами адгезии, лектины могут быть локализованы в мембранах бактерий, на их поверхности, а также на специфических фимбриях, которые, проходя сквозь толщу экзополисахаридно-муцинового матрикса, фиксируют бактерии к соответствующим рецепторам эпителиальных клеток. Последние представляют собой гликосфинголипиды.

Бактерии могут адгезироваться и к рецепторам, локализованным в муциновом слое на других микроорганизмах (опосредованная адгезия). Своеобразие рецепторов детерминируется генетически у каждого индивидума, о чем свидетельствует наличие почти полностью идентичной анаэробной и аэробной микрофлоры у однояйцевых близнецов человека, чего не наблюдается у разнояйцевых близнецов.

Будучи заключенной в высокогидратированный экзополисахаридномуциновый матрикс (биопленку), нормальная микрофлора, как перчатка, покрывает кожу и слизистые оболочки, и более резистентна к воздействию неблагоприятных факторов физической, химической и биологической природы, а также их комбинаций по сравнению со свободно живущими бактериями. Функционально биопленка напоминает роль плаценты. Если плацента регулирует взаимоотношения плода и организма матери, то биопленка выполняет схожую роль, регулируя взаимоотношения между макроорганизмом и окружающей средой. Микроорганизмы, входящие в состав биопленки, осуществляют также многочисленные метаболические реакции, вовлекаясь в процессы синтеза и деградации как соединений, образуемых в организме хозяина, так и чужеродных субстанций. Кроме того, они участвуют в процессах распознавания, абсорбции и транслокации не только полезных, но и потенциально вредных агентов.

Научные достижения и клинические наблюдения в этом направлении убедительно свидетельствуют, что микробиоценозы хозяина действительно являются его интегральной частью, своеобразным экстракорпоральным органом, имеющим важное значение в физиологии человека и животных. Подобно тому, как эукариотические клетки органов и тканей высших организмов дифференцировались и выполняют определенные функции, так и симбиотические ассоциации анаэробных бактерий также специализировались, регулируя конкретные биохимические реакции и физиологические функции макроорганизма в естественных условиях его обитания.

Накопленные научные данные о значимости метаболической активности микробных популяций для гомеостаза позволили скандинавским исследователям предложить в 1985 г. два специальных термина, определяющих взаимоотношения хозяина и его микрофлоры: МAC – микроорганизм-ассоциированная характеристика и GAC – характеристика, не связанная с микроорганизмами. Термином МАС определяются те анатомические структуры, физиологические функции или биохимические реакции макроорганизма, которые связаны с жизнедеятельностью микрофлоры хозяина, GAC – те параметры, которые проявляются только в организме безмикробных животных. Не вызывает сомнения, что число обнаруживаемых MAC и GAC c каждым годом будет все более увеличиваться и может достигнуть сотен и даже тысяч. Чтобы лучше ориентироваться во взаимоотношениях хозяина и его микрофлоры, предлагается помимо MAC и GAC ввести дополнительный термин MAIF – микроорганизм-ассоциированная интегральная функция, параметр, являющийся конечным этапом каскадных реакций взаимодействия хозяина и его микрофлоры. Согласно этому определению MAIF является финальным событием последовательных или одновременно протекающих простых ферментных реакций, связанных с активностью различных аблигатных микроорганизмов или их комплексов. Например, колонизационная резистентность, согласно данному определению, является типичной MAIF. Она реализуется за счет таких MAC, как продуцирование конкретными микроорганизмами, присутствующими в соответствующем биотопе, разнообразных антибиотиков, органических кислот, блокаторов рецепторов и т.д. Число уже известных MAIF достаточно велико, что объясняется многообразием существующих функций микрофлоры. Выделим основные 4 группы положительных функций кишечной микрофлоры.

1. Ферментопродуцирующая функция

Бактериальные протеазы гидролизуют белки и пептиды, последние под действием бактероидов гидролизуются до аминокислот и пептидных остатков. Нормофлора осуществляет метаболизм азот- и углеродсодержащих соединений за счет микробных ферментов, например, метаболизм мочевины в кишечнике происходит за счет микробных уреаз. Микрофлора кишечника также участвует в деградации липидов и в их синтезе, принимает участие в рециркуляции желчных кислот и активно влияет на холестериновый и билирубиновый метаболизм. Бифидо- и лактобактерии, бактероиды, эубактерии способствуют всасыванию кальция, витамина Д, железа. Лактобактерии нейтрализуют действие фенольных ферментов, поддерживающих разрастания раковых клеток в кишечнике, препятствуя тем самым развитию рака молочной железы и толстого кишечника.

2. Защитная функция

Нормальная микрофлора кишечника в процессе эволюции приобрела исключительно важную роль в формировании колонизационной резистентности организма. Одним из главных механизмов защиты от колонизации условно-патогенными и патогенными бактериями является присутствие в организме достаточного количества собственной полезной микрофлоры, к которой, в первую очередь, относятся лакто- и бифидобактерии. Очень важным фактором защиты является то, что представители нормофлоры продуцируют бактериоцины, лизоцим и другие антибиотико-подобные вещества, обуславливающие антагонистическую активность этих бактерий. Представители нормофлоры в кишечнике конкурируют с патогенной флорой за аргинин, треонин, аспарагиновую кислоту, серин, за область обитания - экологические ниши.

В случае снижения колонизационной резистентности увеличивается число и расширяется спектр потенциально патогенных микроорганизмов, их транслокация через стенку кишечника или других полых органов, что может сопровождаться возникновением эндогенной инфекции или суперинфекции различной локализации. Так, на примере безмикробных и обычных животных продемонстрировано, что инфекционный процесс при сальмонеллезе реализуется у безмикробных животных при микробной нагрузке 10 – 100 микробных клеток. У обычных животных для клинического проявления сходной инфекции требуется инфицирующая доза, содержащая несколько десятков или даже сотен миллионов бактерий.

3. Синтетическая функция

Бифидобактерии синтезируют витамины группы В, в частности, никотиновую, фолиевую кислоты, тиамин, биотин, цианкобаламин, а так же аминокислоты и белки обеспечивающие их всасывание. Лактобактерии образуют молочную кислоту, продуцируют лизоцим, леколин, низин, ацидофилин и др. Кишечная палочка способствует синтезу иммуноглобулинов, что препятствует развитию инфекций, вырабатывает канцеролитические вещества. Продуцируя молочную кислоту бифидо- и лактобактерии создают в кишечнике кислую среду, подавляя гнилостную флору и способствуя всасыванию кальция, витамина Д и железа. Большое значение имеет продуцирование анаэробами летучих жирных кислот, которые принимают участие в рециркуляции и абсорбции ионов натрия, калия, хлора, воды, а также кальция, магния и цинка. Кишечная нормофлора способна разлагать белки до конечных продуктов распада (индол, фенол, скатол), утилизировать непереваренные пищевые субстраты, образуя органические кислоты, аминокислоты и другие соединения, которые нормализуют обмен веществ в организме.

Нормальная микрофлора, прежде всего кишечника, оказывает выраженное детоксицирующее действие как в отношении соединений, попадающих извне, так и образующихся в организме хозяина. Процесс детоксикации с участием нормальной микрофлоры идет по нескольким направлением: биотрансформация с образованием нетоксичных конечных продуктов, микробная трансформация, сопровождающаяся образованием метаболитов, подвергающихся быстрой деструкции в печени, изменение полярности соединений таким образом, что изменяется скорость их экскреции в окружающую среду или транслокации в кровяное русло.

Как “естественный биосорбент” нормальная микрофлора способна также аккумулировать значительное количество различных токсичных продуктов, включая металлы, фенолы, яды растительного, животного и микробного происхождения, другие ксенобиотики. Все процессы детоксикации с вовлечением нормальной микрофлоры идут преимущественно в условиях анаэробиоза за счет гидролитических и восстановительных реакций.

Микрофлора кишечника, в конечном счете, поддерживает водный, электролитный и кислотно-щелочной балансы в организме.

4. Иммунногенная функция

Нормальная микрофлора способствует пролиферации плазматических клеток. Бифидобактерии стимулируют синтез антител к овальбумину, а лактобактерии повышают активность фагоцитов и лимфоцитов. Повышение численности бифидо- и лактобактерии при их недостатке приводит к положительному эффекту в уменьшении воспалительных процессов слизистой кишечника и увеличении В-лимфоцитов в периферической крови. Иммуностимулирующий эффект под воздействием нормофлоры проявляется усилением фагоцитарной активности макрофагов, моноцитов, синтезом цитокинов, стимуляцией клеточных иммунных механизмов защиты.

Таким образом, можно выделить участие микрофлоры хозяина в регуляции газового состава, морфогенезе тканей, водно-солевом, энергетическом и другом обмене, обеспечении колонизационной резистентности, кишечно-печеночной рециркуляции органических и неорганических соединений, детоксикации эндо- и экзогенных субстанций и других анатомических и физиологических проявлениях.