Mikroflora jelitowa - funkcje i działanie

Często zapominamy, że nasz organizm nie należy wyłącznie do nas. Jest przecież domem dla niezliczonych ilości mikroskopijnych stworzeń. Duża część z nich żyje w naszych jelitach. Co tam robi?

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” oznacza 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 zróżnicowanych gatunkowo ekosystemów. W jej skład wchodzi ponad 1000 odmiennych gatunków i 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, ich obecność nie wywołuje odpowiedizi zapalnej. Istnieje wiele wewnętrznych mechanizmów, które zapobiegają ich zbyt intensywnemu namnażaniu się oraz niepożądanemu opuszczeniu 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 białka 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 (co stanowi ok. 10% całej komunikacji) oraz jelita → mózg (ok. 90%). Czynią to za pomocą kilku 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”. Oś ta łączy układ pokarmowy z nerwowym i 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 jelit. Układ ten nieustannie komunikuje się z OUN poprzez nerw błędny, który działa jak most sygnałowy, transportując 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 oraz na liczbę kolonocytów, spełniając funkcję troficzną mikrobioty. Odpowiadają za utrzymanie stanu równowagi w reakcjach pro- i przeciwzapalnych, dzięki przekazywaniu sygnałów poprzez zespół receptorów wolnych kwasów tłuszczowych. Wytwarzanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych przez mikroflorę jelitową jest zależne od podaży odpowiednich substratów, a więc od naszego sposobu odżywiania. 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 hormon – kortyzol. Regulując wydzielanie cytokin przeciw- i prozapalnych wpływa na komórki układu odpornościowego oraz na 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, a także bezpośredni – przez cząsteczki sygnałowe.

Czynniki wpływające na mikroflorę

Istnieje kilka wewnętrznych i zewnętrznych czynników, wpływających na skład i funkcjonowanie mikroflory jelit. Typowe zmiany polegają na redukcji liczebności drobnoustrojów oraz zmniejszeniu ich bioróżnorodności. Jednym z czynników wewnętrznych jest odczyn soku 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 silnemu 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 do 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).