Иммунитет и микрофлора кишечника у детей

А.И. Хавкин, Московский НИИ педиатрии и детской хирургии МЗ РФ

Учение о роли симбионтной микробной флоры для организма человека связано с именем великого русского ученого, лауреата Нобелевской премии за 1908 год Ильи Ильича Мечникова. Еще в 1907 году он писал о том, что многочисленные ассоциации микробов, населяющих кишечник человека, в значительной мере определяют его духовное и физическое здоровье. И.И. Мечников доказал, что кожа и слизистые человека покрыты в виде перчатки биопленкой, состоящей из сотен видов микробов. В последние годы получены достоверные доказательства того, что интестинальная микрофлора выполняет важные физиологические функции.

Желудочнокишечный тракт (ЖКТ) человека колонизирован огромным количеством микроорганизмов (около 500 различных видов) общей массой 11,5 кг, которые по численности (1010) приближаются к суммарному количеству человеческих клеток, составляющего 1013. Нормальная микрофлора это качественное и количественное соотношение разнообразных микробов отдельных органов и систем, поддерживающее биохимическое, метаболическое и иммунное равновесие макроорганизма, необходимое для сохранения здоровья человека. В разных отделах ЖКТ количество бактерий различно. В ротовой полости в условиях кислой среды количество микроорганизмов невелико и составляет от 0 до 103 КОЕ на миллилитр содержимого, в то время как в нижних отделах ЖКТ количество микроорганизмов значительно выше. Основными факторами среды, ограничивающими размножение бактерий в верхних отделах ЖКТ, являются быстрое движение пищевых масс и секреция желчи и сока поджелудочной железы. Условия среды в толстой кишке диаметрально противоположны, поэтому в этом отделе ЖКТ количество бактерий достигает 1013 КОЕ на миллилитр.

Из нескольких сотен видов бактерий, населяющих кишечник, количественно преобладают бифидобактерии и бактероиды, доля которых составляет 25% и 30% соответственно по отношению к общему количеству анаэробных бактерий.

До рождения ребенка его желудочнокишечный тракт не населен бактериями. В момент рождения происходит быстрая колонизация кишечника ребенка бактериями, входящими в состав интестинальной и вагинальной флоры матери. В результате образуется сложное сообщество микроорганизмов, состоящее из бифидобактерий, лактобацилл, энтеробактерий, клостридий и грамположительных кокков. После этого состав микрофлоры подвергается изменениям в результате действия нескольких факторов окружающей среды, важнейшим из которых является питание ребенка.

Уже в 1900 году Tissier доказал, что у детей, находящихся на грудном вскармливании, основным компонентом кишечной микрофлоры являются бифидобактерии. Такая бифидодоминантная микрофлора выполняет защитные функции и способствует созреванию механизмов иммунного ответа ребенка. Напротив, у детей, находящихся на искусственном вскармливании, количество бифидобактерий в толстом кишечнике значительно меньше и видовой состав кишечной микрофлоры менее разнообразен.

Видовой состав бифидобактерий в кишечнике детей, находящихся только на грудном вскармливании, представлен Bifidobacterium breve, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium gallicum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium catenulatum. Штаммы Bifidobacterium lactis/animalis и Bifidobacterium dentium отсутст вуют, что полностью согласуется с нормальным видовым составом бифидобактерий в кишечнике грудных детей.

В то же время у детей, находящихся на искусственном вскармливании, состав кишечной микрофлоры более разнообразен и содержит одинаковые количества бифидобактерий и бактероидов.

Минорными компонентами кишечной микрофлоры у детей, находящихся на естественном вскармливании, являются лактобациллы и стрептококки, а у детей, находящихся на искусственном вскармливании — стафилококки, кишечная палочка и клостридии. При добавлении в рацион ребенка твердой пищи у детей, находящихся на естественном вскармливании, количество бифидобактерий в толстом кишечнике уменьшается. В возрасте 12 месяцев у детей состав и количество анаэробных микроорганизмов в толстом кишечнике приближается к таковому у взрослых людей.

Микрофлора взрослого человека представлена анаэробами и состоит из бактероидов, бифидобактерий, эубактерий, клостридий, стрептококков, кишечной палочки и лактобацилл.

Преобладание бифидобактерий в составе интестинальной микрофлоры детей, находящихся на грудном вскармливании, объясняется наличием в грудном молоке определенных компонентов, однако механизм этого явления до конца не известен. Считается, что бифидогенный эффект могут оказывать такие компоненты молока, как молочная сыворотка, нуклеотиды и лактоферрин. Кроме того, доказано, что бифидогенными веществами являются олигосахариды грудного молока, которые представляют собой вторую по количеству углеводную фракцию молока после лактозы. Олигосахариды грудного молока не расщепляются ферментами верхних отделов ЖКТ и достигают толстого кишечника в неизменном виде. Там они выполняют функции пребиотиков, т.е. являются субстратом для роста бифидобактерий, способствуя образованию мягкого переваренного стула, похожего на стул детей на грудном вскармливании.

Типичный бифидодоминантный состав кишечной микрофлоры детей, находящихся на естественном вскармливании, связан с рядом положительных эффектов, основным из которых является повышенная резистентность организма ребенка к кишечным инфекциям. С этим эффектом может быть связано несколько свойств бифидобактерий. Вопервых, бифидобактерии способны секретировать вещества, ингибирующие рост патогенных микроорганизмов. Кроме того, бифидобактерии создают кислую среду в толстом кишечнике путем продукции ацетата и молочной кислоты. Бифидобактерии выполняют также функцию модуляции механизмов иммунного ответа ребенка. Исследования с применением пробиотиков показали, что в результате применения смесей для искусственного вскармливания с добавлением бифидобактерий повышается резистентность детей к инфекционным заболеваниям. Недавно проведенное исследование показало, что у детей с атопическими заболеваниями в возрасте 12 месяцев преобладающими микроорганизмами в составе кишечной микрофлоры являются клостридии, а количество бифидобактерий у таких детей значительно ниже, чем у их сверстников, не страдающих атопическими заболеваниями. Все эти исследования показывают, что существует связь между составом кишечной микрофлоры и зрелостью иммунного ответа детей.

Микрофлора кишечника человека выполняет несколько основных функций, включая процессы метаболической адаптации. Одной из них является ферментация нерасщепленных ранее компонентов пищи, главным образом углеводов, таких как крахмал, олиго и полисахариды. Конечные продукты, образующиеся в результате процесса ферментации, оказывают различное влияние на состояние здоровья человека.

Например, в результате деятельности отдельных бактерий образуются токсические вещества — продукты распада протеинов, в то время как при ферментации некоторых углеводов образуются продукты, положительно влияющие на метаболизм, такие как молочная кислота и короткоцепочечные жирные кислоты.

Короткоцепочечные жирные кислоты выполняют трофическую функцию и используются клетками слизистой оболочки кишечника, как дополнительный источник энергии. Таким образом улучшается функционирование защитного барьера слизистой оболочки кишечника [18]. Более того, определенные углеводы способны селективно стимулировать рост полезных для здоровья человека бактерий в толстом кишечнике.

Микрофлора кишечника защищает человека от колонизации экзогенными патогенными микроорганизмами и подавляет рост уже имеющихся в кишечнике патогенных микроорганизмов. Механизм этого явления заключается в конкуренции микрофлоры за питательные вещества и участки связывания, а также в выработке нормальной микрофлорой определенных ингибирующих рост патогенов субстанций. Более того, бактерии, населяющие толстый кишечник участвуют в реализации иммунологических защитных механизмов.

При токсической или антигенной атаке энтероциты путем определенных активирующих сигналов стимулируют экспрессию генов, отвечающих за транскрипцию и трансляцию молекул цитокинов (табл. 4). Кроме того, происходит выброс факторов роста, необходимых для стимуляции пролиферации и дифференцировки поврежденного участка слизистой оболочки.

Реализация иммуномодулирующего эффекта кишечной микрофлоры обусловлена влиянием на дифференцировку Т-супрессоров в Пейеровых бляшках.

Процесс дифференцировки, определяющий в дальнейшем характер иммунного ответа, зависит не только от антигенпрезентирующей системы (HLA), но и от количества, структуры антигена, времени его экспозиции, микроокружения. Повышенный синтез Th1 субпопуляции CD4+, определяющей противоинфекционный иммунный ответ, обусловлен медиаторами межклеточного взаимодействия IL2, IL12 и IFNg. Последний, в свою очередь, блокирует продукцию субпопуляции Th2, ответственной за развитие атопической аллергии. Реализация дифференцировки в сторону Th2 обусловливает благодаря IL4 (блокирует синтез Th1), IL13 и IL5 созревание, активацию и увеличение числа эозинофилов, а также повышение уровня IgE. Субпопуляция Th3, индуцируемая Lactobacillus rhamnosus, синтезирует фактор роста опухоли TGFb, препятствующий развитию атопии, и противовоспалительный IL10, который переключает дифференцировку с Th2 на Th1 иммунный ответ. Т. е. согласно «гигиенической теории» развития атопической аллергии Дэвида Сарчана, пробиотики играют «компенсаторную» роль инфекционного фактора, способствуя реализации Th1 иммунного ответа и предотвращая развитие атопии.

Как уже было отмечено ранее, на 9295% микрофлора кишечника состоит из облигатных анаэробов. Состав кишечной микрофлоры достаточно индивидуален и формируется в первые дни жизни ребенка. Важнейшим фактором формирования нормальной микрофлоры является естественное вскармливание, т.к. женское молоко содержит ряд веществпребиотиков, которые способствуют заселению кишечника определенными видами микроорганизмов в определенных количествах. Даже незначительное неблагополучие в первые дни жизни ребенка, особенно патологические состояния желудочнокишечного тракта, способны вызвать тяжелые, трудно корректируемые в дальнейшем нарушения биоценоза кишечника. Особый ущерб микрофлоре кишечника в этот период может нанести нерациональная антибиотикотерапия.

Нарушение микробного равновесия в кишечнике именуется дисбактериозом или дисбиозом кишечника. Основные причины дисбактериоза кишечника это позднее прикладывание к груди, нерациональное питание ребенка (особенно, в первые месяцы жизни), функциональные нарушения желудочнокишечного тракта, заболевания желудочнокишечного тракта, особенно связанные с синдромом мальабсорбции (лактазная недостаточность, целиакия, муковисцидоз и др.), антибиотикотерапия (особенно в первые дни жизни) и особенности иммунной системы.

Дисбактериоз кишечника является синдромом, всегда вторичным состоянием. Согласно определению в отраслевом стандарте «дисбактериоз кишечника это клиниколабораторный синдром, возникающий при ряде заболеваний и клинических ситуаций, характеризующийся симптомами поражения кишечника, изменением качественного и/или количественного состава нормальной микрофлоры, а также транслокацией ее различных видов в несвойственные биотопы и их избыточным ростом». Первопричина дисбактериоза кишечника изменение внутренней среды кишки, нарушение пищеварительных процессов, повреждающее действие на кишечную стенку, мальабсорбция. Через дисбактериоз кишечника замыкается патогенетический порочный круг, разорвать который необходимо как для успешного лечения основного заболевания, так и ликвидации его последствий.

Сегодня предложены следующие методы диагностики дисбактериоза кишечника: бактериологический анализ (определение состава фекальной микрофлоры, отражающей микробный состав лишь дистальных отделов кишечника наиболее доступный метод, однако недостаточно точный); биохимический экспрессметод определения протеолитической активности супернатантов фекалий; высоковольтный электрофорез на бумаге по обнаружению bаспартилглицина, bаспартиллизина, bаланина, 5аминовалериановой и gаминомасляной кислот и др.; ионная хроматография (определение биогенных аминов, желчных и карбоновых кислот, ароматических соединений); газожидкостная хроматография (обнаружение в фекалиях летучих жирных кислот уксусной, валериановой, капроновой, изомасляной и др.); исследовании микрофлоры в биоптате тощей кишки, полученном в ходе эндоскопического исследования наиболее точный метод, однако в силу технических сложностей не может быть повседневным.

С сожалением приходится констатировать слабость позиций традиционных клинических представлений о микрофлоре кишечника. И прежде всего изза неполной информация о микробиоценозе: из всех видов микробов, населяющих кишечник, анализируется всего 1015 микробов фекалий; не учитывается мукозная и тонкокишечная микробная флора; возникают трудности в трактовке результатов (широкие колебания и быстрая изменчивость состава микрофлоры толстой кишки).

Коррекция микроэкологических нарушений базируется на следующих принципах: во-первых, лечение основного заболевания, затем коррекция дисбиотических нарушений и, наконец, коррекция осложнений.

С этой целью проводят целенаправленное воздействие на микрофлору с селективным уничтожением (антибиотиками, бактериофагами) нежелательных микроорганизмов и заселением кишечника недостающими представителями флоры, а также общее воздействие на микрофлору с целью создания таких условий в кишечнике, которые были бы неблагоприятны для нежелательных микроорганизмов, но благоприятствовали заселению недостающими.

Необходимо отметить несовершенство традиционной терапии дисбактериоза, связанное с недостатками антибактериальной терапии (подавлением микробиоценоза, ростом резистентных форм), терапии пробиотиками (трудность подбора и неадекватность доз препаратов целям их применения) и фаготерапии (узкая специфичность фагов, быстрое появление фагорезистентных штаммов).

В последнее время показана перспективность использования пребиотиков ингредиентов пищи, которые способствуют избирательной стимуляции роста и метаболической активности бактерий, обитающих в толстой кишке. Для нормализации кишечной микрофлоры используют пробиотики живые микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения положительное воздействие на физиологические и метаболические функции, а также биохимические и иммунные реакции организма хозяина через оптимизацию его микроэкологического статуса.

Установлено несколько путей, посредством которых пробиотики реализуют лечебный эффект:

1. Изменение иммуногенности чужеродных белков путем протеолиза. Протеазы пробиотиков разрушают казеин коровьего молока. При этом изменяются его иммуногенные свойства. Следует обратить внимание на тот факт, что казеин усиливает продукцию медиатора межклеточного взаимодействия IL4 и gинтерферона у детей, сенсибилизированных к коровьему молоку. Однако казеин, расщепленный Lactobacillus rhamnosus, снижает продукцию IL4 и не влияет на высвобождение gинтерферона. Это свидетельствует о возможности пробиотиков к ингибированию синтеза IgE и активации эозинофилов.
2. Снижение секреции медиаторов воспаления в кишечнике. Например, назначение Lactobacillus rhamnosus (ATCC 53103) снижает уровень фактора некроза опухолиальфа (TNFa) в кале у больных, страдающих атопическим дерматитом и аллергией к коровьему молоку.
3. Снижение интестинальной проницаемости.
4. Направление антигена к Пейеровым бляшкам, где интерферон способствует их захвату, а именно в них генерируются IgAпродуцирующие клетки. Вероятно, лактобактерии, повышающие синтез интерферона, способствуют этому процессу. В то же время повышение системного и секреторного IgA показано при оральном введении лактобацилл. Прием Lactobacillus casei и Lactobacillus bulgaricus снижает фагоцитарную активность у детей с пищевой аллергией. У неаллергиков пробиотики усиливают фагоцитарную активность.

Исследования, посвященные оценке эффективности пробиотиков при аллергии, выявили снижение риска развития атопической экземы к первому году жизни у детей из группы риска по сравнению с группой плацебо. При этом уровень общего и специфических IgE не различался. Отмечено снижение риска развития атопической экземы в течение первых двух лет жизни у детей, матери которых получали пробиотики по сравнению с группой плацебо. Отмечено повышение количества в молоке фактора роста опухоли ТGFb2. Использование пробиотических препаратов привело к снижению индекса SCORAD (индекс тяжести поражения кожи при атопическом дерматите), снижению уровня фактора некроза опухоли TNFa, уровня эозинофильного протеина Х и повышению уровня IL10.
Сегодня существует большое число препаратов, содержащих бифидо и лактобактерии. Однако практический опыт показывает, что наибольший эффект достигается при использовании комплексных средств, которые содержат сразу несколько видов бактерий.