Нормальная микробиота человека и ее роль в поддержании гомеостаза

1.Введение

В настоящее время дефициты различных нутриентов являются крайне распространенным явлением. Жизнеугрожающие состояния вследствие недостаточности микро- или макронутриентов (к примеру, такие заболевания, как цинга или бери-бери) развиваются крайне редко, однако абсолютно неверным было бы при этом недооценивать влияние дефицита нутриентов на поддержание гомеостаза и обеспечение корректного функционирования всех органов и систем.

Более того, понятие «дефицит нутриента» становится намного более ёмким при понимании того факта, что количество какого-либо нутриента не обязательно должно выходить за пределы референсных значений, чтобы оказать негативное воздействие на здоровье человека и его качество жизни. А, учитывая, что мягкого полинутриентного дефицита достаточно, чтобы нарушить оптимальное функционирование метаболических путей, которые лежат у истоков развития дисфункций и заболеваний - восполнение и поддержание необходимых уровней нутриентов становится важнейшей задачей всех клиницистов и практикующих специалистов.

Существующие функциональные подходы к оценке и восстановлению дефицита питательных веществ значительно продвинулись за последние годы. Появилось большое количество методов лабораторного тестирования, в том числе ряд клинических, биохимических и иммунобиологических анализов, которые способны отражать множество паттернов информации о состоянии нашего тела, дисбалансов и качестве получаемых нутриентов. Следовательно, все чаще метаболическая коррекция и последующее наблюдение за пациентом основаны на модификации режима питания, приеме нутрицевтиков и протоколах перорального или внутривенного восполнения зарегистрированных дефицитов.

В связи с вышеописанными возможностями коррекции и диагностики различных состояний, краеугольным камнем становится такое понятие, как микробиота человека. И, хотя, в современной модели лечения часто упускается из вида или сводится к минимуму ее роль, важно помнить, что, сама микробиота является источником непрерывного синтеза многих эссенциальных нутриентов, особенно тех, дефициты которых в практике выявляются первыми.

2.Функциональные аспекты нормальной микробиоты кишечника

Микробиом кишечника, который получает питательные вещества из пищевых компонентов и эпителиальных клеток, сам по себе является органом с обширными метаболическими способностями и значительной функциональной пластичностью. Далее мы рассмотрим ряд основных функций нормальной микробиоты кишечника [1].

2.1 Метаболизм питательных веществ

Нормальная микрофлора кишечника в значительной степени получает питательные вещества из пищевых углеводов. Ферментация углеводов кишечными микроорганизмами (такими как Bacteroides, Roseburia, Bifidobacterium, Fecalibacterium и Enterobacteria) приводит к синтезу короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), таких как бутират, пропионат и ацетат, которые являются богатыми источниками энергии [2]. Часть из этих кислот обладает рядом полезных свойств, к примеру, бутират может предотвращать накопление токсичных побочных продуктов метаболизма, таких как D-лактат, а оксалат, который синтезируется в кишечнике в результате ферментации углеводов и бактериального метаболизма, противостоит таким организмам, как Oxalobacter formigenes, Lactobacillus и Bifidobacterium, тем самым снижая риск образования оксалатных камней в почках.

Микробиота кишечника также оказывает положительное влияние на метаболизм липидов, стимулируя активность липопротеинлипазы в адипоцитах. Bacteroides thetaiotaomicron, например, увеличивает эффективность гидролиза липидов за счет повышения экспрессии ко-липазы, которая необходима липазе поджелудочной железы для переваривания липидов [3].

Говоря о метаболизме белка, важные примеры включают превращение L-гистидина в гистамин бактериальным ферментом гистаминдекарбоксилазой и глутамата в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК) глутаматдекарбоксилазами.

Bacteroides enteralis и, в определенной степени, Bacteroides fragilis и E. coli, также обладают способностью деконъюгировать и дегидратировать желчные кислоты и превращать их в дезоксихолевую и литоколевую кислоты в толстой кишке4. Доказано, что нормальная микробиота кишечника обеспечивает организм энергией за счет увеличения концентрации пировиноградной, лимонной, фумаровой и яблочной кислот, которые являются индикаторами более высокого энергетического метаболизма [5].

2.2 Витамины группы В и витамин К

Кишечные бактерии являются важным источником эндогенного синтеза многих витаминов, но витаминов группы В и К – в значительно большей степени [1]. В категории витаминов группы В не всем уделяется одинаковое внимание. Недавние исследования наиболее акцентированы на витамине B2, фолиевой кислоте и B12. Логичным объяснением этого является то, что эти витамины статистически находятся в наибольшем дефиците в популяции и важны для поддержки правильной работы таких важных метаболических путей, как цикл Кребса и метилирование.

Нормальная бактериальная флора является симбиотом по отношению к хозяину. Поэтому не стоит забывать и о той роли, которую она играет в производстве прочих витаминов группы В (помимо В2, фолиевой кислоты и В12). К ним относятся тиамин, рибофлавин, ниацин, пантотеновая кислота, пиридоксин, биотин, фолиевая кислота и кобаламин [6]. Производство витамина К также в значительной степени зависит от нормальной бактериальной флоры. K1 (филлохинон) получают в основном из растений, особенно листовых. Эндогенно он может быть преобразован в K2 (менахинон). К2 синтезируется нормальной бактериальной флорой толстой кишки человека. Таким образом, в настоящее время множество практикующих специалистов высоко оценивают важность мониторинга статуса витамина К как одного из косвенных методов оценки функциональности нормальной бактериальной флоры.

2.3 Конъюгированная линолевая кислота (CLA)

Конъюгированная линолевая кислота (CLA) давно известна и широко используется практикующими специалистами. Применение этого нутрицевтика также набрало широкую популярность среди желающих избавиться от лишнего веса.

Однако, на самом деле область применения CLA значительно шире. В частности, помимо того, что это одно из вспомогательных средств при снижении веса, оно также обладает доказанным противовоспалительным действием и способствует гомеостазу слизистых оболочек. Это делает CLA доступной для использования почти во всех клинических направлениях. Более того, актуальные научные данные доказали наличие противоракового, антидиабетического, антиатеросклеротического, антиостеопоротического и иммуностимулирующего действия.

Нормальная микрофлора препятствует пути метаболизма линолевой кислоты (ЛК), который может приводить к образованию провоспалительной арахидоновой кислоты (АК) (которая является прекурсором провоспалительных простагландинов 2 серии). Тем не менее, на начальных стадиях синтеза арахидоновой кислоты, есть интересная реакция, когда, с помощью ее предшественников - гамма-линолевой и дигомо-гамма-линолевой кислот осуществляется активация противоспалительных простагландинов 1 серии. Конечно, в идеальных условиях, мы хотели бы видеть увеличение простагландинов 1 серии, без повышения простагландинов 2 серии, при синтезе АК. В этом нам будет крайне полезна здоровая микрофлора, которая способствует образованию конъюгированной линолевой кислоты, что, в свою очередь, будет обеспечивать синтез противовоспалительных простагландинов 1 серии [7,10].

2.4 Микробиота и нервная система человека

Говоря про влияние микробиоты на нервную систему человека, в последнее время все большее внимание уделяется такой «оси», как сигнальный путь «мозг-кишечник» (The gut-brain axis - BGA). Равнонаправленный в обе стороны характер этого сигнального пути обеспечивает как передачу сигнала от мозга к кишечнику (он поступает от блуждающего нерва и нейроэндокринной системы), так и от кишечника к мозгу через нормальную микрофлору, взаимодействующую с нервными корешками и производящую нейротрансмиттеры [8,9].

Большое внимание следует уделить роли нормальной микрофлоры в продукции нейротрансмиттеров. В литературе упоминается несколько нейротрансмиттеров, продуцируемых бактериями. К ним, в частности, относятся гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), серотонин, катехоламины и ацетилхолин [10]. Иными словами, все основные нейротрансмиттеры продуцируются нормальной микрофлорой на постоянной основе. На этом фоне и, с учетом того, что многие проявления, такие как существенные изменения настроения, депрессия и/или тревога частично или полностью обусловлены недостатком нейротрансмиттеров, клиницисты должны как минимум исследовать состояние нормальной бактериальной флоры как одного из важнейших источников нейротрансмиттеров.

При этом, биомодулирующая активность микробиома не ограничивается энтеральной нервной системой, так как также отмечаются некоторые внекишечные изменения. Высвобождение вышеупомянутых нейротрансмиттеров в просвет кишечника влияет на поведение и функцию мозга и частично объясняет, почему психобиотики (подтип пробиотиков) имеют клиническую пользу для пациентов, страдающих расстройствами настроения, тревогой и когнитивными нарушениями [11]. Таким образом, больным с неврологическими аберрациями в значительной степени необходима компенсация всех имеющихся дисбалансов микрофлоры.

2.5 Фенольные соединения

Глобально существует множество патологических состояний и дисфункциий, при которых фенольные соединения (ФС) продемонстрировали положительный клинический эффект. При этом превалирующими всегда являлись антиоксидантные и противовоспалительные свойства, однако, существенными также являются антиканцерогенные и противомикробные [12]. Чтобы максимизировать терапевтический потенциал ФС, нормальная бактериальная флора должна осуществлять процесс их биотрансформации. Полифенолы, которые обычно остаются неактивными в рационе, биотрансформируются в активные соединения после удаления части сахара микробиотой кишечника. Биоактивность фенольных соединений также сильно зависит от кишечной абсорбции, особенно учитывая тот факт, что многие из них попадают в организм в виде неабсорбируемых предшественников13. Исходные растительные соединения не проявляют такой же степени антиоксидантной, противовоспалительной, антиканцерогенной или противомикробной активности, как ФС, подвергшиеся биотрансформации [14]. Ярким примером этого может служить популярная куркума и ее ФС - куркумин. Порошок куркумы, хотя и полезен, но не обладает таким же терапевтическим потенциалом, как куркумин. После микробного метаболизма образуются соединения дигидрокуркумин и тетрагидрокуркумин [15,16]. Их терапевтическая ценность в разы выше, чем у порошка куркумы или куркумина.

ФС также оказывают влияние на баланс микробиоты кишечника. Так, постоянное потребление ФС приводит профиль микроорганизмов в более сбалансированное состояние [13,15,16]. Это объясняется противомикробной природой многих ФС. Напротив, пренебрежение этими соединениями и их недостаток в организме способствует развитию дисбиотических состояний, характеризующихся повышенным уровнем условно-патогенных и патогенных микроорганизмов.

3.Выводы

Актуальные и современные исследования доказывают, что роль кишечного микробиома в поддержании гомеостаза и всех метаболических процессов организма неоспорима.

Поддержание нормальной микробиоты играет огромную роль в поддержании иммунитета, оказывает прямое антиоксидантное действие и способно предотвратить развитие бесчисленного количества патологических состояний и заболеваний. Задаваясь вопросом: «Можно ли предотвратить распространенные дефициты питательных веществ при помощи поддержания/восстановления нормальной микробиоты и способствовать укреплению организма в целом?», можно с уверенностью дать на него положительный ответ, более того, как показала практика и актуальные научные исследования - не только предотвратить, но и скорректировать уже имеющиеся, а также скомпенсировать нарушения работы всех органов и систем и укрепить общее здоровье организма.

Если вы хотите усиливать свою клиническую практику и принимать решения на основе доказательной и интегративной логики — присоединяйтесь к нашим соцсетям:

Телеграм-канал https://t.me/+iEZmfESRxgM0ZWIy

Сообщество в VK https://vk.com/preventage1

Канал в MAX https://max.ru/preventagecom

Список литературы:

1. The Original Internist. 2017;24(4):161-163 Can the most common nutrient deficiencies be prevented by the normal bacterial flora?
2. Sonnenburg JL, Xu J, Leip DD, Chen CH, Westover BP, Weatherford J, Buhler JD, Gordon JI. Glycan foraging in vivo by an intestine-adapted bacterial symbiont. Science. 2005;307:1955–1959.
3. Macfarlane S, Macfarlane GT. Regulation of short-chain fatty acid production. Proc Nutr Soc. 2003;62:67–72.
4. Samuel BS, Shaito A, Motoike T, Rey FE, Backhed F, Manchester JK, Hammer RE, Williams SC, Crowley J, Yanagisawa M, et al. Effects of the gut microbiota on host adiposity are modulated by the short-chain fatty-acid binding G protein-coupled receptor, Gpr41. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105:16767–16772.
5. Sidhu H, Hoppe B, Hesse A, Tenbrock K, Brömme S, Rietschel E, Peck AB. Absence of Oxalobacter formigenes in cystic fibrosis patients: a risk factor for hyperoxaluria. Lancet. 1998;352:1026–1029.
6. Velagapudi VR, Hezaveh R, Reigstad CS, Gopalacharyulu P, Yetukuri L, Islam S, Felin J, Perkins R, Borén J, Oresic M, et al. The gut microbiota modulates host energy and lipid metabolism in mice. J Lipid Res. 2010;51:1101–1112.
7. Winter J, Moore LH, Dowell VR, Bokkenheuser VD. C-ring cleavage of flavonoids by human intestinal bacteria. Appl Environ Microbiol. 1989;55:1203–1208.
8. Couteau D, McCartney AL, Gibson GR, Williamson G, Faulds CB. Isolation and characterization of human colonic bacteria able to hydrolyse chlorogenic acid. J Appl Microbiol. 2001;90:873–881.
9. Kidney Blood Press Res. 2014;39(2-3):114-23 What would you like to eat, Mr CKD Microbiota? A Mediterranean Diet, please!
10. Eur J Cancer Prev. 1997 Mar;6 Suppl 1;S43-5. Intestinal flora and endogenous vitamin synthesis.
11. Curr Opin Biotechnol. 2013 Apr;24(2):160-8. Bacteria as vitamin suppliers to their host: a gut microbiota perspective.
12. Biomed J 2014;37:112-9. Anti-cancer activities of 0-6 polyunsaturated fatty acids.
13. J Phys and Pharm 2011, 62, 6, 591-599. Stress and the gut: pathophysiology, clinical consequences, diagnostic approach and treatment options.
14. Proc Nutr Soc. 2014 Nov;73(4):477-89. Gut microbiota, the pharmabiotics they produce and host health.
15. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1306 (2013) 1-17. Probiotics, prebiotics, and the host microbiome: the science of translation. Molecules. 2015 Sep 18;20(9):17429-68. Metabolic and Microbial Modulation of the Large Intestine Ecosystem by Non-Absorbed Diet Phenolic Compounds: A Review.
16. Food Funct. 2015 Aug 5;6(8):2424-39. The relationship between phenolic compounds from diet and microbiota: impact on human health.