MUDr. Vladimír Zbořil
Masarykova Univerzita, Fakultní nemocnice Brno-Bohunice, Interní-gastroenterologická klinika
Klíčová slova
trávicí ústrojí • mikroflóra • probiotika
Mikrobiální osídlení trávicího ústrojí patří ontogeneticky a fyziologicky k tzv. zevnímu prostřední organismu (milieu extérieur Claude Bernarda). Zvláštní postavení mikroflóry GIT (gastrointestinálního traktu) vyjádřil Kollath(1) zdánlivě nelogickým termínem „Innere Umwelt“. Mikrobiální systém GIT představuje vysoce vyváženou soustavu, jejímž základním rysem je rovnováha. Proto ji lze vhodně označit termínem mikrobiální ekosystém. Z didaktických důvodů je vhodné pojednat samostatně o struktuře a zvlášť o funkcích fyziologické mikroflóry GIT, i když se prolínají.
Mikrobiální struktura
trávicího ústrojí
Povrch lumina GIT je osídlen asi 1012 mikrobiálních zárodků, které patří k fyziologické homeostáze tohoto prostředí. Metabolická kapacita této mikrobiální masy převyšuje dokonce i jaterní parenchym člověka. Pod celkovým počtem mikroorganismů se skrývá asi 400–500 species a subspecies(2). Je velmi obtížné stanovit tzv. normální nebo fyziologickou mikroflóru GIT, protože z klinické praxe jsme zvyklí na termín patologická mikroflóra jako soubor cizorodých mikroorganismů, jež v tomto prostředí nemohou být za fyziologických podmínek vůbec přítomny. Součástí tzv. normální mikroflóry jsou však také malá množství mikroorganismů, jejichž počet je převažující mikroflórou kontrolován. Jestliže tento kontrolní mechanismus selže, vzniká oportunní infekce, např. kandidová, pseudomonádová, klostridiová aj. Zdroje oportunní infekce označujeme jako oportunní mikroflóru. Při masívní oportunní infekci spojené případně s imunokompromitací nemocného hrozí v další fázi superinfekce se systémovými projevy.
Lidská mikroflóra GIT se mění v průběhu vývoje jedince od jeho narození k dospělosti. Osídlování mikroorganismy probíhá v prvních dnech po narození zejména cestou orální, přičemž hlavním zdrojem je matka, konkrétně její mikroflóra kožní, ústní a nosní. Při porodu per vias naturales je místem kontaktu také mikroflóra porodních cest. Prvními zjistitelnými mikroorganismy novorozence jsou E. coli, enterokoky, laktobacily a stafylokoky(3). V prvních měsících života se mikroflóra vyvíjí zejména kontaminací mateřským mlékem nebo jeho náhradami(4). Konzumace mléka vede k růstu skupin Enterobacteriacae, Bacteroides a dominanci anaerobů. Poté následují dvě zásadní fáze formace mikroflóry kolonické a intestinální. Kolonická je provázena striktním růstem anaerobních bifidobaktérií ve stolici s jejich 90% predominancí, druhá je spojena se vzestupem počtů koliformních mikrobů, enterokoků a klostridií, zatímco bifidobaktérie stagnují(5). Pozoruhodný je pozitivní vliv kojení na příznivou strukturaci mikroflóry GIT, a tím i její funkce, což zřejmě souvisí s obsahem dalších substancí v mateřském mléce, jako jsou laktoferin, imunoglobuliny a jiné. Svědčí o tom klinické zkušenosti, podle kterých kojené děti lépe snášejí enterální infekce, septikémie a urogenitální infekce než jejich od kojení odstavení vrstevníci(4).
Kvalitativní rozložení mikroflóry GIT v jeho jednotlivých oddílech popsali Salfinger(6) a Simon a Gorbach(7) následovně:
Žaludek a duodenum: laktobacily, streptokoky, kvasinky
Jejunum a ileum: laktobacily, koliformní baktérie, streptokoky, bakteroidy, bifidobaktérie, fusobaktérie
Kolon: bakteroidy, bifidobaktérie, streptokoky, eubaktérie, fusobaktérie, koliformní baktérie, klostridia, veillonely, laktobacily, proteus, stafylokoky, pseudomonády, kvasinky
Kvantitativní rozložení mikroflóry GITje charakterizováno aborálním růstem mikroorganismů:
Žaludek a duodenum: 101–103/ml mikroorganismů
Jejunum a ileum: 104–108/ml mikroorganismů
Kolon: 1010–1012/ml mikroorganismů
Kvalitativní a kvantitativní změny těsně souvisí, což nejlépe vyjadřuje Tab. 1, ilustrující profilizaci mikrobiálního ekosystému GIT podle Simona a Gorbacha: (Tab. 1).
Z tohoto přehledu vyplývá, že je přítomna postupná přeměna mikrobiálního ekosystému GIT od převahy aerobů orálně k převaze anaerobů v oddílech aborálních. Jejich vzájemný poměr se mění následovně (Tab. 2).
Gibson a Roberfroid(8) nabízejí jiné schéma kvantia kvalitativní struktury mikroflóry GIT, jež ve zkrácené verzi uvádíme, mimo jiné abychom upozornili na složitost interpretace termínu fyziologická mikroflóra trávicího ústrojí (Tab. 3).
Autoři této tabulky rozlišují baktérie na potenciálně patogenní, tedy takové, které sice v trávicím ústrojí přítomny jsou, ale jejich množství je přísně regulováno, a pokud dojde k jejich přemnožení, stávají se zdrojem oportunní infekce buď přímo, nebo nepřímo působením svých toxinů. Z přehledu je patrné, že pouze u laktobacilů, bifidobaktérií a eubaktérií není znám stav, kdy by jejich kvantitativní nárůst vedl k patologickým projevům. Proto se tyto mikro-organismy staly základem tzv. probiotické terapie. Probiotika jsou živé mikrobiální směsi s příznivým efektem na balanci mikroekosystému GIT se všemi z toho vyplývajícími souvislostmi.
Složení mikrobiálního ekosystému úzce souvisí s jeho funkcemi.
===== Funkce mikroflóry =====
===== trávicího ústrojí =====
Postupný přechod dominance aerobů v orálních úsecích trávicí trubice k převaze anaerobů v distálním kolon představuje základní funkčně-strukturální změnu. Aeroby totiž pro celý mikroekosystém zajišťují scavanger effect tím, že s dominancí E. coli spotřebovávají kyslík v reakcích oxidativní fosforylace při energetickém metabolismu(9). Tím klesá aborálním směrem redoxpotenciál, což umožňuje růst anaerobů citlivých na přítomnost kyslíku. Takto je zajištěna vzájemná podmíněnost existence obou skupin mikroorganismů, neboť je zřejmé, že poškození aerobů vede následně k postižení anaerobní skupiny.
Základní funkce mikrobiálního ekosystému GIT lze shrnout následovně:
1. Mikrobiální bariéra proti patogenům a potenciálním patogenům
2. Tvorba produktů mikroflóry a jejich vliv na prokrvení mukózy a motilitu
3. Stimulace imunitního střevního systému
4. Redukce bakteriální translokace
5. Produkce vitamínů
Mikrobiální bariéra proti patogenům
a potenciálním patogenům
Někdy bývá označována jako kolonizační rezistence anaerobů a aerobů GIT vůči patogenům (salmonely, shigely, yersinie, vibria aj.) a potenciálním patogenům (klostridia, kandidy aj.). Jejich součástí je kontrola oportunní mikroflóry. Kolonizační rezistenci definoval van der Waaij(10) a je zajišťována následujícími mechanismy:
1. Obsazení potenciálních vazebných míst střevního epitelu – tzv. receptorová blokace. Z této skutečnosti vyplývá, že prudký pokles množství fyziologických mikroorganismů otevírá cestu patogenům a potenciálním patogenům.
2. Brzdění růstu a/nebo usmrcení cizích mikroorganismů prostřednictvím bakteriostatických a baktericidních látek (volné mastné kyseliny s krátkým řetězcem, dekonjugované žlučové kyseliny, lysolecitin, antibioticky aktivní látky).
3. Konkurence v zisku výživových látek, vitamínů a růstových faktorů .
4. Snížení pH při produkci přeměny glycidů vznikem volných mastných kyselin s krátkým řetězcem (propionové, máselné, octové, mravenčí).
5. Přímý antagonismus fyziologické mikroflóry vůči patogenům či potenciálním patogenům. In vitro byl tento mechanismus prokázán proti Shigella dysenteriae(11), baktériím tyfu, stafylokokům, vibriím nebo kandidám. Mimořádně zajímavý je antagonismus vůči patogenním kmenům E. coli, a to zejména:
1. EPEC (055,0111,0127) enteropatogenním E. coli,
2. ETEC (025,078,0128) enterotoxickým E. coli,
3. EHEC (0157,0111,022) enteroinvazívním E. coli, jejichž shigella-like verotoxin může působit krvavé průjmy a je dáván do možné souvislosti s hemolyticko-uremickým syndromem a trombocytopenickou purpurou. Pohled na problematiku EPEC se ovšem v posledních letech dále komplikoval objevem me-chanismů bakteriální translokace těchto mikroorganismů(12).
===== Tvorba produktů mikroflóry a jejich vliv =====
===== na prokrvení =====
===== střevní mukózy a motilitu =====
Volné mastné kyseliny s krátkým řetězcem, zejména kyseliny propionová, octová a máselná, produkované aeroby i anaeroby, a kyselina mléčná, produkovaná hlavně laktobacily a bifidobaktériemi, jsou resorbovány pasívní difúzí střevní mukózou a slouží podle von Roedigera(13) ke krytí 40–50 % energetické potřeby kolonocytů. Současně zvyšují kolonické prokrvení mukózy, stimulují motilitu a zvyšují sodíkovou a chloridovou absorpci v distálním kolon.
Stimulace imunitního
střevního systému
Fyziologická střevní mikroflóra provádí tzv. konstantní trénink imunitního systému trávicího ústrojí, který jednak vytváří bariéru invazi cizích zárodků a jednak vede k paraimunitě, tedy zvýšení specifické i nespecifické imunitní odpovědi. Děje se tak zvyšováním fagocytární schopnosti makrofágů, stimulací IgA produkujících plazmocytů lamina propria mucosae a zvýšením produkce IL-6. Teorie podporují von Moreauovy pokusy(14) u gnotobiotických myší, které po implantaci fyziologické mikroflóry byly podstatně odolnější vůči kontaktu s patogeny. Součástí této imunitní odezvy je existence tzv. společného slizničního imunitního systému, který zajišťuje informační komunikaci sliznic celého organismu.
===== Redukce =====
===== bakteriální translokace =====
Fyziologický mikroekosystém trávicího ústrojí zabraňuje intraluminálním zárodkům v proniknutí stěnou a vytvoření systémové infekce. Dnes jsou známy dva modely bakteriální translokace, a to metotrexátový a při biliární obstrukci. Mao jasně prokázal v experimentálním modelu metotrexátové enterokolitidy blokaci bakteriální translokace působením laktobacilů(15). Riziko bakteriální translokace stoupá u imunokompromitovaných nemocných mj. právě v souvislosti s alterací jejich fyziologické mikroflóry GIT.
Produkce vitamínů
Fyziologické kmeny E. coli, v menší míře anaeroby a možná jiné mikroorganismy trávicího ústrojí se mohou podílet na tvorbě vitamínů B12(16) a K1, 2. Časté, jakož i dlouhodobé užívání antibiotik může vést k narušení syntézy těchto vitamínů a jejich nedostatku.
Současné znalosti o fyziologii mikrobiálního ekosystému trávicího ústrojí nás vedou k daleko širšímu pohledu na patognomické souvislosti řady nemocí, a to zdaleka nejen trávicího ústrojí. Praktickým projevem jejich klinické aplikace jsou nové přístupy v dietetice, antibiotické a antiinfekční terapii a zejména uplatnění probiotik a prebiotik.
===== Probiotika =====
Jsou živé mikrobiální suplementy s po-zitivními vlivy na mikrobiální ekosystém trávicího ústrojí se všemi funkčními souvislostmi, jak byly výše uvedeny.
Prebiotika
Jsou nestravitelné potravinové součásti s pozitivním efektem na selektivní stimulaci, růst a aktivitu limitovaných baktérií tlustého střeva.
===== Historie probiotické terapie =====
Je poměrně stará, neboť již Mečnikov (1907) upozorňoval na skutečnost, že konzumace fermentovaných mléčných produktů má pozitivní vliv na celkový zdravotní stav jejich konzumentů a připisoval jej vlivu na fyziologickou mikroflóru. Tissier v roce 1905 zjistil zvýšenou přítomnost bifidobaktérií ve stolici kojených dětí. Později Neut (1980) prokázal, že u kojených dětí převládá Bifidobacterium bifidum, zatímco u dětí krmených mléčnými náhražkami Bifidobacterium longum. Z cíleně připravených probiotických léků má dlouhou terapeutickou tradici bakteriální suplementace fyziologickým kmenem E. coli (Nissleův kmen E. coli z roku 1917).
Přehled probiotické terapie
Panichi(17) na základě literárních referencí publikoval přehled mikroorganismů, které byly bezpečně a s prokazatelným efektem použity v probiotické praxi.
Saccharomyces boulardii
Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus plantarum
Lactobacillus GG
Lactobacillus casei spp. rhamnosus
Lactobacillus brevis
Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus
Streptococcus salivarius spp. thermophilus
Bifidobacterium bifidum
Bifidobacterium infants
Enterococcus faecium
Lactococcus lactis spp. lactis
Lactococcus spp. cremoris
Je pozoruhodné, že Panichi neuvádí již výše zmíněný fyziologický Nissleův kmen E. coli z roku 1917, o němž autor publikoval první práci v Deutsche Medizinische Wochenschrift již 28. 8.1916. Ten je součástí preparátu Mutaflor cps. 20 mg, 100 mg a Mutaflor susp. Nissle jej s úspěchem vyzkoušel nejprve u nemocných s průjmy. V současnosti je indikační oblast rozšířena na poruchy střevní flóry zejména v tlustém střevě, vznikající vedle infekčních průjmů také u zácpy, nadýmání, syndromu dráždivého tračníku, ulcerózní kolitidy, Crohnovy nemoci, pouchitidy a při poškození mikroflóry antibiotiky, sulfonamidy, chemoterapií a radioterapií. Další indikační skupinu představují ovšem také mimostřevní onemocnění, jejichž patogeneze souvisí s bakteriální stimulací imunitního systému, společným slizničním imunitním systémem a bakteriální translokací, jak byly výše zmiňovány. S Mutaflorem byly učiněny pozitivní zkušenosti s těmito extraintestinálními chorobami:
Kožní choroby jako atopický ekzém a ichtyoformní dermatózy (Larsson, Gronau)
Recidivující uroinfekce, zejména jsou–li způsobeny tzv. uropatogenní E. coli (Roerig, Ulrich)
Migrény, atrofické artritidy
Studována je protektivní role Mutafloru v prevenci kolorektálního karcinomu a také v jeho adjuvantní léčbě (Kepp, Herrmann, Grosskopf). V České republice dosud není Mutaflor registrován, ale v rámci klinické studie s ním zkušenosti učinili Pelech(18) a spol. v udržovací léčbě neaktivní idiopatické proktokolitidy.
Fyziologické kmeny E. coli jsou také součástí preparátu Colinfant New Born plv. sus. (Dyntec CZ), který je na našem trhu dostupný. Základní indikací jsou novorozenecké průjmy.
===== Indikace probiotické terapie =====
Přestože, jak bylo uvedeno u Mutafloru, existují diskutovatelné či spekulativní indikace k probiotické léčbě, v současnosti jsou uznávány 4 základní indikační oblasti.
Střevní infekce a dysmikrobie
Idiopatické střevní záněty
Jaterní encefalopatie
Karcinogeneze
Střevní infekce a dysmikrobie
Zychowicz (1974) prokázal efektivitu probiotik při infekcích salmonelou a shigelou u 43–67 % léčených, Isolauri (1991) úspěšně léčil děti trpící chronickými průjmy po dobu 4–45 měsíců probiotiky. Pákistánská studie Razy (1995) referovala ústup pseudomembranózní kolitidy při léčbě Lactobacillus acidophilus a bulgaricus. Saccharomyces boulardi účinkoval v prevenci Clostridium difficile indukovaných průjmů.
===== Idiopatické střevní záněty =====
Fabia (1993) si povšiml signifikantního snížení přítomnosti laktobacilů v mukóze nemocných s ulcerózní kolitidou, podobně registroval Favier (1997) pokles fekální koncentrace bifidobaktérií při Crohnově nemoci. Campieri a Gionchetti v roce 1999(19) otevřeli otázku použití probiotických směsí (použili 4 kmeny laktobacilů, 3 bifidobaktérií a 1 streptokokový) v terapii idiopatických střevních zánětů zatím s diskutovatelnými výsledky. Podobná studie probíhá s preventivním účinkem Mutafloru v udržení remise Crohnovy nemoci. Zkušenosti Pelechovy a spol.(18) jsme již zmiňovali.
Jaterní encefalopatie
Jaterní encefalopatie jako soubor neurologických příznaků souvisí se zvýšenou hladinou amoniaku, který je produkován působením bakteriálních ureáz z urey v trávicím ústrojí. Laktobacily snižují aktivitu bakteriálních ureáz, a tím vedou k poklesu hyperamonémie (Gorbach, 1990).
===== Karcinogeneze =====
Dieta s orální suplementací lidského Lactobacillus acidophilus, který je rezistentní ke žlučovým kyselinám, vede k redukci bakteriálních enzymů beta-glukuronidázy, oxidoreduktázy a nitroreduktázy, které působí změny prokarcinogenů v karcinogeny. Navíc laktobacily přímo snižují hladiny chemického karcinogenu 1,2 dimetylhydralazinu (MacFarlane, 1999(20) ).
V závěru tohoto sdělení uvádíme přehled mikrobiologické terapie, jak ji definoval Holzhutter (1995). Někdy bývá celá skupina označována jako probiotická. Probiotika jsou však pouze jednou jejich částí (Tab. 4).
e-mail: vzboril@fnbrno.cz
Literatura
1. KOLLATH, W. Die „Innnere Umwelt“, des Korpers als Krankheitsherd: Herd-Intoxikation und Dysbakterie. Hippokrates, 1948, 12, p. 417–421.
2. SAVAGE, DC. Microbial Ecology of the Gastrointestinal Tract. Ann Rev Microbiol, 1977, 31, p. 107–133.
3. PATTE, C., TANCREDE, C., RAIBAUD, P., DUCLUZEAZE, R. Prémiere étapes de la colonisation bactérienne du tube digestif. Du nouveau-né. Ann Microbiol (Inst Pastéur), 1979, 130A, p. 69–84.
4. STARK, PL., LEE, A. The microbial ecology of the large bowel of breast-fed and formula-fed infants during the first year of life. J Med Microbiol, 1982, 15, p. 189–203.
5. RAIBAUD, P. Factors controlling the bacterial colonitazion of the neonatal intestine. In HANSON, LA., (Ed.), Biology of Human Milk. Nestlé Nutrition Workshop Series, Vol. 15, Vevey/New York : Nestec Ltd./Raven Press, 1988, p. 205–219.
6. SALFINGER, M. Moglichkeiten und Grenzen des kulturellen Nachweises eines bakteriellen Darminfektest. Theraput Umschau, 1980, 37, p. 181–186.
7. SIMON, GL., GORBACH, SL. Intestinal Flora in Health and Disease. Gastroenterology 1984, 86, p. 174–193.
8. GIBSON, GR., ROBERFROID, MB. Dietary manipulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics. J Nutr, 1995, 125, p. 1401–1412.
9. INGLEDEW, WJ., POOLE, RK. The Respiratory Chains of Escherichia coli. Microbiol Rev, 1984, 48, p. 222–271.
10. VAN DER WAAIJ, D. The ecology of the human intestine and its consequences for overgrowth by pathogens such as Clostridium difficile. Ann Rev Microbiol, 1988, 43, p. 69–87.
11. MAIER, BR., HENTGES, DJ. Experimental Shigella infections in laboratory animals. I. Antagonism by human normal flora components in gnobiotic mice. Infect Immun, 1972, 6, p. 168–173.
12. FARTHING, JGM. Gut infections. Eur J Gastroent Hep, 1999, 11, p. 17–20.
13. ROEDIGER, WEW. Role of anaerobic bacteria in the metabolic welfare of the colonic mucosa in man. Gut, 1980, 21, p. 793–798.
14. MOREAU, MC., DUCLUZEAU, R., GUY-GRAND, D., MULLER, MC. Increase in the population of duoodenal immunoglobulin a plasmocytes in axenic mice associated with different living or dead bacterial strains of intestinal origin. Infect Immun, 1978, 21, p. 532–539.
15. MAO, Y., NOBAEK, S., ADAWI, D., MOLIN, G., JEPPSON, B. Comparision of the effects of different strains of Lactobacillus in reducing bacterial translocation in methotrexate-induced enterocolitis in rats. Dig Surg, 1997, 14, p. 284–291.
16. ALBERT, MJ., MATHAN, VI., BAKER, SJ. Vitamin B12 synthesis by human small intestine bacteria. Nature, 1980, 283, p. 781–782.
17. PANICHI, G. Probiotics in human health. Colonization of the gastrointestinal tract, nutritive and therapeutic aspects. In CORAZZIARI, E., (Ed.), Chronic gastrointestinal disorders. Messaggi, Milano, 1999, p. 473–481.
18. PELECH, T., FRIČ, P., FIXA, B., KOMÁRKOVÁ, O. Srovnání Mutafloru a mesalazinu v udržovací léčbě neaktivní idiopatické proktokolitidy. Praktický lékař, 1998, 78, p. 556–558.
19. CAMPIERI, M., GIONCHETTI, P. Probiotics in inflammatory bowel disease: new insight to pathogenesis or possible therapeutic alternative? Gastroenterology, 1999, 116, p. 1246–1249.
20. MACFARLANE, GT., CUMMINGS, JH. Probiotics and prebiotics: can regulating the activities of intestinal bacteria benefit health? Br Med J, 1999, 318, p. 999–1003.