No title

��������������������������������������������� ���������������������������������������������

����������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������� �������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� ������� ������������ ������ �� ������������ ���������� ��������� ������������� ����������� ������������������������������������������������������������������������������������� ���������� ����������� ����� ����������� ������ ������������ ����� ������������� ������� ������������ ������ �� ������������ ���������� ��������� ������������� ����������� ������� ��� ���������� �������� ��� ��������� ���������� ��������� ��������� �������� ���������� ����������� ����� ����������� ������ ������������ ����� ������������� ���������������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ���������� �������� ��� ��������� ���������� ��������� ��������� �������� �������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ������������ ������������ ������ ������� �������������� ������� ��������� ���������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������ ������� ��� ������������ ������������ ������ ������� �������������� ������� ��������� ����������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������ �����������������������������������������������������

����������������������������������

Doc. MUDr. Vladimír Zboøil, CSc. (nar.1955 v Brnì), vystudoval Lékaøskou fakultu Univerzity J. E. Purkynì v Brnì, kde promoval v roce 1980. Po složení atestace I. stupnì z vnitøního lékaøství v roce 1984 se zaèal vìnovat tomuto oboru pod vedením nestora brnìnské gastroenterologie doc. MUDr. K. Martínka, CSc. Díky svému uèiteli zamìøil pozornost od poèátku na idiopatické støevní zánìty. Po II. atestaci z oboru vnitøního lékaøství v r. 1988 pøešel na nové pracovištì – Interní gastroenterologickou kliniku Fakultní nemocnice v Brnì-Bohunicích – kde pracuje pod vedením prof. MUDr. P. Dítì, DrSc., dodnes. V poslední dobì absolvoval nìkolikamìsíèní stហna renomovaném gastroenterologickém pracovišti ve Vídni. Kandidátskou dizertaèní práci na téma Plazmaferéza v léèbì ulcerózní kolitidy obhájil v r. 1994. V r. 2003 se habilitoval prací Sekvenèní imunosuprese v terapii relapsù idiopatických støevních zánìtù. Publikoval více než 130 sdìlení z gastroenterologické oblasti v domácích i zahranièních odborných èasopisech. Je hlavním autorem monografie Kortikosteroidy v léèbì nespecifických støevních zánìtù, která vyšla v r. 2002. Dlouhodobì se podílí na aktivitách Èeské gastroenterologické a hepatologické spoleènosti Èeské lékaøské spoleènosti JEP.

MIKROFLÓRA TRÁVICÍHO TRAKTU klinické souvislosti Hlavní autor: Doc. MUDr. Vladimír Zboøil, CSc. Spoluatoøi: MUDr. Lucie Prokopová MUDr. Miluše Hertlová, CSc. Interní gastroenterologická klinika Fakultní menocnice Brno-Bohunice, Masarykova univerzita, Brno Recenze: Prof. MUDr. Václav Vacek, DrSc. © Grada Publishing, a.s., 2005 Cover Photo © profimedia.cz/CORBIS, 2005 Vydala Grada Publishing, a.s., U Prùhonu 22, Praha 7 jako svou 2196. publikaci Odpovìdná redaktorka Pavla Kováøová Ilustrace dodal autor Sazba a zlom Blažena Posekaná Poèet stran 156 Vydání první, Praha 2005 Vytiskly Tiskárny Havlíèkùv Brod, a. s., Husova 1881, Havlíèkùv Brod Publikace vznikla s podporou grantového projektu NR/8071-3. Autoøi dìkují firmám Ardeypharm, Beaufour Ipsen, Interchemia Praha s.r.o., Medicom, Merck, PRO.MED.CS, Rougier s.r.o., Sanofi-Syntélabo a SOLVAY, které podpoøily vydání této publikace. Názvy produktù, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami pøíslušných vlastníkù, což není zvláštním zpùsobem vyznaèeno. Postupy a pøíklady v této knize, rovnìž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vìdomím autorù. Z jejich praktického uplatnìní však pro autory ani pro nakladatelství nevyplývají žádné právní dùsledky. Všechna práva vyhrazena. Tato kniha ani její èást nesmí být žádným zpùsobem reprodukována, ukládána èi rozšiøována bez písemného souhlasu nakladatelství. ISBN 80-247-0584-2 (tištěná verze) ISBN 978-80-247-6210-4 (elektronická verze ve formátu PDF) © Grada Publishing, a.s. 2011

Obsah Seznam zkratek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Pøedmluva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1 Z historie bádání o mikroflóøe trávicího traktu (Vladimír Zboøil) . . . 11 2 Fyziologie mikroflóry trávicího traktu (Vladimír Zboøil, Lucie Prokopová) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Struktura fyziologické mikroflóry (Vladimír Zboøil) . . . . . . . 2.2 Funkce fyziologické mikroflóry . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Mikrobiální bariéra proti patogenùm a potenciálním patogenùm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Tvorba produktù mikroflóry a jejich vliv na prokrvení støevní mukózy a motilitu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Stimulace imunitního støevního systému . . . . . . . . . . 2.2.4 Redukce bakteriální translokace . . . . . . . . . . . . . . 2.2.5 Produkce vitaminù . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Vývoj a zmìny fyziologické mikroflóry v prùbìhu lidského života (Lucie Prokopová) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Vývoj mikroflóry trávicího traktu po narození . . . . . . . 2.3.2 Konstituce mikroflóry trávicího traktu v dospìlosti . . . . 2.3.3 Zmìny mikroflóry trávicího traktu ve vyšším vìku . . . . 3 Patologie mikroflóry trávicího traktu – obecné souvislosti, primárnì patogenní a oportunní infekce (Vladimír Zboøil) 3.1 Obecné souvislosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Patogenní infekce trávicího traktu . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Adherence (adhezivita) mikroorganizmu . . . . . 3.2.2 Invaze (prùnik) mikroorganizmu . . . . . . . . . 3.2.3 Produkce toxinù . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

4 Bakteriální translokace (Vladimír Zboøil) . . . . . . . . . . . . 4.1 Mechanizmus bakteriální translokace . . . . . . . . . . . . . 4.2 Modely bakteriální translokace . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Patofyziologie bakteriální translokace u nìkterých primárních patogenù . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . 17 . . 17 . . 23 . . 23 . . . .

. . . .

27 28 30 31

. . . .

. . . .

34 34 38 38

. . . . . .

. . . . . .

42 42 43 44 46 47

. . . . 55 . . . . 55 . . . . 57 . . . . 57

5 Mikroflóra trávicího traktu v nemoci (Vladimír Zboøil, Miluše Hertlová) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5.1 Imunodeficitní stavy (Vladimír Zboøil) . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.2

5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

5.8

5.1.1 Primární a sekundární imunodeficience . . . . . . . . . . . 5.1.2 Imunokompromitace a infekce . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Terapeutické možnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Infekèní onemocnìní trávicího traktu . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Novì diagnostikované infekce trávicího traktu . . . . . . . 5.2.2 Pseudomembranózní kolitida a Clostridium difficile . . . . . 5.2.3 Mykotické infekce digestivního traktu . . . . . . . . . . . . 5.2.4 Infekce patogenními E. coli . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5 Virové infekce digestivního traktu . . . . . . . . . . . . . . Idiopatické støevní zánìty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Syndrom dráždivého traèníku a jiná funkèní digestivní onemocnìní Kolorektální karcinom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moèové infekce a jejich vztah k mikroflóøe trávicího traktu (Miluše Hertlová) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jiná onemocnìní (Vladimír Zboøil) . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.1 Dermatologická onemocnìní . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.2 Autoimunní onemocnìní . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.3 Jaterní (porto-systémová) encefalopatie . . . . . . . . . . . Mikroflóra po chirurgických zákrocích na trávicím traktu . . . . .

6 Modulace mikroflóry trávicího traktu (Vladimír Zboøil, Lucie Prokopová) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Dietní vlivy (Vladimír Zboøil) . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Kojení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.2 Geografické vlivy . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.3 Dietní zvyklosti a podíl vlákniny ve stravì . . . . 6.1.4 Mikrobiologická problematika ve výživì . . . . 6.2 Antibiotika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Negativní vlivy antibiotik . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Pozitivní vlivy antibiotik . . . . . . . . . . . . . 6.3 Prebiotika (Lucie Prokopová) . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Definice prebiotik . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Charakteristika prebiotik . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Vláknina potravy . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.4 Laktulóza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.5 Jiné preparáty s potenciálem prebiotické aktivity 6.4 Probiotika, synbiotika, eubiotika (Vladimír Zboøil) . . . 6.4.1 Pøehled probiotik . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Jiné lékové a léèebné vlivy . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

64 65 66 69 69 69 71 75 76 82 91 94

. 96 104 104 104 104 108 117 117 117 118 119 120 122 122 124 132 132 133 133 135 138 140 141 148

Rejstøík . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Seznam zkratek

Seznam zkratek AAC AAD AIDS CFA CNF DNA EPEC ETEC EHEC EIEC Eps Ead GABA GALT G-CSF GIT HBD HNP IEL IFN IL IBD IBS LBP LEE MAC M-buòky MCT M-CSF MMDM NSA PAF PCR PET RNA SCFA SLT TDH Tir TLR

antibiotic associated colitis antibiotic associated diarrhoe aquired immunodeficiency syndrom colonising human adhesin cytotoxic necrotizing factor deoxiribonucleotid acid enteropathogenic E. coli enterotoxigenic E. coli enterohemorrhagic E. coli enteroinvasiv E. coli E. coli secreting protein entero-adeno virus gamma-amino-butyrate acid gastrointestinal associated lymphoid tissue granulocytes colony stimulating factor gastrointestinal tract human beta defensine human neurophile peptid intraepithelial lymphocyte interferon interleukin inflammatory bowel disease irritable bowel syndrome lipopolysacharid binding protein locus for enterocyty effacement Mycobacterium avium complex microfold (cells) midlle chain fatty acids macrophage colony stimulating factor Mund Magen Darm Mykose non-steroid antirheumatic’s platelet activating factor polymerase chain reaction plastid encoding protein ribonucleotid acid short chain fatty acids shiga-like toxin termostable direct haemolysin translocated intimin receptor toll-like receptor

7

8

Mikroflóra trávicího traktu

Pøedmluva

9

Pøedmluva Zájem o mikroflóru trávicího traktu probudila pøed sto lety osobnost I. I. Meènikova, nicménì dalších padesát let minulého století se jí vìnoval jen úzký okruh zájemcù sdružených pøedevším kolem A. Nissla. V posledním desetiletí jsme však svìdky nebývalého rùstu pozornosti, která je této problematice vìnována z hlediska patofyziologie, diagnostiky i léèby. Zájem se promítl také do laické veøejnosti jako móda probiotik. Domnívali jsme se proto, že by bylo vhodné utøídit souèasné poznatky o mikroflóøe trávicího traktu a jejich léèebném využití do pøehledného systému. Výsledek bychom nyní rádi nabídli lékaøské veøejnosti v takové podobì, aby v ní nalezla jak teoretická východiska, tak i praktické klinické závìry. Zda a nakolik se nám tento zámìr podaøil, posoudí ètenáøi sami. Chceme vyjádøit svùj dík všem našim spolupracovníkùm – internistùm, gastroenterologùm a mikrobiologùm za cenné pøipomínky a rady. Zvláštní dík patøí recenzentovi knihy panu prof. MUDr. V. Vackovi, DrSc. Zapracování jeho pøipomínek znamenalo mnohdy pøestrukturovat celé kapitoly, ale bez nich by naše kniha zùstala jen pokusem a torzem. V neposlední øadì chceme podìkovat kolektivu redaktorù nakladatelství Grada za trpìlivost, vstøícnost a profesionální pøístup v koneèné fázi zrodu této knížky. Vzniklou drobnou monografii bychom rádi vìnovali nestorovi èeské gastroenterologie panu prof. MUDr. Zdeòku Maøatkovi, DrSc., jako výraz úcty a obdivu k jeho osobnosti nejen z hlediska medicínského, ale také lidského.

Vladimír Zboøil za kolektiv autorù leden 2005

10

Mikroflóra trávicího traktu

Z historie bádání o mikroflóøe trávicího traktu

1

11

Z historie bádání o mikroflóøe trávicího traktu Vladimír Zboøil

Poznání o støevní mikroflóøe je spojeno hlavnì se jménem Roberta Kocha, Louise Pasteura, Theodora Eschericha, èasovì pak pøedevším s druhou polovinou 19. století. Starovìk Lékaøi ve starovìku si uvìdomovali úlohu trávicího traktu pro rozvoj øady nemocí, což se projevovalo jejich dùrazem na dietní návyky. V dílech Indické medicíny od Èaraky, Sušruty a Hárity je pro úplné uzdravení nemocných dùležitá strava, k níž patøí dvanáct druhù poživatin: obiloviny, luštìniny, maso, listová zelenina, ovoce, koøenová zelenina, opojné nápoje, voda, mléko a mléèné výrobky, cukrová tøtina, tzv. pøipravované potraviny (povidla, zavaøeniny, kompoty, hoøèice, marinády apod.) a pøísady (sùl, koøení, sirupy apod.). Dìlení pokraèuje dále i uvnitø jednotlivých skupin, napø. Sušruta ve svém spisu Sušrutahinta rozlišuje osm druhù poživatelných mlék a rùzné druhy vody podle zdroje. I po staletích je zøejmá racionalita tohoto dìlení, vycházejícího ze zkušeností. Pojetí diety bylo ve staroindickém lékaøství podle Hárity komplexní: „A hned po jídle se nemá pracovat ani milovat. To je nezdravé. A nemá se jíst jídlo ani pøíliš horké, ani pøíliš studené, nebo to škodí. Pøed jídlem se nemá pít a bìhem jídla støídmì. Lépe až po jídle…“ Tentýž autor pokraèuje ve verších: „Ztuèní, kdo po jídle tyje v sedì, kdo si lehne, sílí vùèihlednì, zvláštì na levém-li leží boku. Syt kdo se štve, nedožije roku“. Pozoruhodný je popis pøíèiny prùjmù v Èarakovì diagnostice [2]: „Náhlý prùjem zpùsobují špatné jídlo, špatná voda, malí èervíci a jedy. Trvá-li však prùjem déle, pak to bývá nemoc støevní, jaterní èi žaludeèní, nádor nebo velcí èervíci, cukrovka a podvýživa“.

12

Mikroflóra trávicího traktu

Výèet sám o sobì je až zarážející z hlediska etiologické pøesnosti, evropská støedovìká medicína se s ním nemùže mìøit, nás však zajímají pojmy „malí a velcí èervíci“. V Atharvavédì [3] jsou viditelní a neviditelní èervíci považováni za pùvodce nemocí. Staroindiètí lékaøi zavedli termín kšullaka, doslova drobeèek, aby je rozlišili od skuteèných a viditelných èervù – cizopasníkù. Kšullaky se podle nich dostávají do tìla jeho otvory, odtud se rozšíøí krevním obìhem a zpùsobují rozmanité chorobné zmìny. Slunce a oheò kšullaky nièí. Pøesnìjší souvislosti mezi kšullakami, jednotlivými nakažlivými nemocemi a tehdejší pøevážnì rostlinnou léèbou známy nebyly, nicménì lékaøi zde urèitý vztah tušili. Odkud jejich tušení pochází, nevíme. Kšullaky jsou však první známou hypotézou o existenci mikroorganizmù; patogeneze jejich pùsobení je popsána zcela realisticky. Støedovìk a novovìk Podobný názor nalezneme až v díle G. Fracastora „De contagione et contagiosis morbis eorumque curatione“ (O nákaze, nakažlivých chorobách a jejich léèení), vydaném v Benátkách v roce 1546. Za pùvodce infekèních onemocnìní považujeme malá tìlíska „contagia“, pøenosná z èlovìka na èlovìka pøímým stykem nebo výmìšky, vzduchem i prostøednictvím vìcí [4]. Technickým pøedpokladem pro vznik mikrobiologie bylo sestrojení prvního dvouèoèkového mikroskopu v 90. letech 16. století holandskými brusièi brýlí – bratry Johannesem a Zachariasem Jansenovými. G. Galilei jej používal od roku 1609 [5], název pøístroje pochází z roku 1614 od øeckého uèence Demiscianose. Jako tvùrce mikroskopu je ve vìtšinì uèebnic uvádìn Antony van Leeuwenhoek [6], který v roce 1683 napsal londýnské uèené Královské spoleènosti své pozorování mikroorganizmù v povrchové vodì a v zubním hlenu. Jak velký byl vliv objevu mikroskopu, dosvìdèuje v 17. století vystoupení P. J. Fabreho na téma èervi a roztoèi, pùvodci vìtšiny nemocí. Založil tím v patologii smìr, oznaèovaný jako pathologia animata (živá patologie). Jeho názory našly øadu stoupencù, nicménì v jejich práci byl nedostatek empirického zkoumání nahrazovaný fantazií, takže mnozí z nich vidìli ve svých mikroskopech právì to, co vidìt chtìli [5]. V roce 1658 uveøejnil A. Kircher v díle „Scrutinium physico – medico pestis“ výsledky mikroskopického vyšetøování krve lidí nemocných malárií, pøièemž pozoroval choroboplodné zárodky animalcula (zvíøátka), které ovšem považoval za následek hnilobného procesu, nikoli jeho pùvodce [7]. Století 19. a 20. Systematiètìjší výzkum bakterií se uskuteèòoval v 18. a 19. století. Prvním, kdo praktická pozorování prohloubil a podal vìdecké zdùvodnìní patogenní role mikroorganizmù, byl francouzský chemik Louis Pasteur. Jeho výzkum bakterií

Z historie bádání o mikroflóøe trávicího traktu

13

byl podnícen potøebami francouzského národního hospodáøství (problematika vinného kvašení, choroba bource morušového, nález pùvodce slepièího moru), ale pøerostl do humánní medicíny. Pasteur nejen objevil mikrobiální pùvodce nemocí, ale zaèal pøipravovat živné pùdy pro pìstování mikrobù. Zjistil, že je možné mikroorganizmy oslabit a využít jich v ochranì pøed onemocnìním, jako tomu bylo v pøípadì oèkování proti vzteklinì, které bylo zahájeno v roce 1885. V letech 1860–1861 popsal anaerobiózu a poprvé použil termíny aeroby – anaeroby. V roce 1888 byl otevøen v Paøíži Pasteurùv ústav, který od svého poèátku patøí ke svìtovým centrùm v problematice mikrobiologie [8]. Základní objevy, ale i systém do moderní bakteriologie pøinesl nìmecký vìdec Robert Koch. Byl objevitelem mikrobiálních pùvodcù snìti slezinné (1876), tuberkulózy (1882) a cholery (1883). Koch stanovil základní principy lékaøské mikrobiologie stran pùvodcù nemocí: pùvodce musí být nalezen v každém pøípadì onemocnìní, je možné ho izolovat a pìstovat, pøi pøenosu na živoèicha je možné jej znovu získat. Koch ovšem ponìkud zjednodušoval vznik infekèních nemocí, když je chápal jako pouhý kontakt mezi mikro- a makroorganizmem [9]. V posledních letech 19. a na poèátku 20. století mikrobiologické objevy v humánní medicínì vrcholily, mimo jiné v roce 1880 objevil K. J. Eberth pùvodce bøišního tyfu – Salmonellu typhi a roku 1898 K. Shiga pùvodce bacilární dyzentézie – Shigellu dysenteriae. V letech 1876–1896 vypracoval P. Ehrlich metodiku barvení histologických preparátù, vytvoøil klasifikaci leukocytù a diferencoval rùzné formy leukémií. V roce 1884 H. Ch. Gram objevil metodu barvení bakterií za použití metylénové violeti, jódu a alkoholu, která má význam pro odlišení vzájemnì podobných bakterií grampozitivních a gramnegativních. V roce 1885 vyšla v Paøíži první komplexní uèebnice o infekèních nemocech od A. V. Cornila a V. Babese „Les bactéries et leur role dans étiologie, ¾ anatomie et ¾ histologie pathologiques des maladies infectienses“ (Bakterie a jejich úloha v etiologii, anatomii a patologické histologii infekèních nemocí). Tíž autoøi publikovali v Journal des connaissances médicales studii, v níž se poprvé uvažovalo o principu antibioterapie, založeném na vzájemném boji bakterií. V roce 1885 popsal Theodor Escherich [10] Bacterium Coli (Escherichia coli) (obr. 1). Tento okamžik bývá mnohdy symbolicky považován za poèátek studií o fyziologii mikroflóry trávicího traktu. V roce 1892 D. I. Ivanovskij pøi výzkumu mozaikové choroby dokázal filtrabilnost pùvodce této nemoci. Objevil tak novou infektologickou jednotku, které se v roce 1898 dostalo názvu virus. V letech 1898–1899 J. Honl a nezávisle na nìm R. Emmerich izolovali látku, kterou produkuje Bacterium pyocyaneum a jež má vzhledem k jiným bakteriím význam bakteriolyzinù. Objevitelé se domnívali, že úèinná látka je ferment

14

Mikroflóra trávicího traktu

a nazvali ji pyocyanáza. Tato ve skuteènosti antibiotická substance zasahovala pùvodce snìti slezinné, záškrtu, cholery a bøišního typu. V pøedváleèném Èeskoslovensku se z ní vyrábìl lék pod názvem Anginol. K dalšímu pokroku mikrobiologie, sérologie a imunologie pøispìl zásadním zpùsobem ruský vìdec a pracovník Pasteurova ústavu I. I. Meènikov objevem fagocytózy a vìdeckým zdùvodnìním podstaty imunitní reakce organizmu vùèi nìkterým nemocem. Jeho základní práce „Etiologie a profylaxe infekèních nemocí. Imunita“ byla vydána v roce 1899. Meènikov také první upozornil na možnost probiotické léèby, když konstatoval, že konzumace fermentovaných mléèných výrobkù zlepšuje zdravotní stav [11]. Proces stárnutí dával do souvislosti s chemickou intoxikací mikrobiální flórou tlustého støeva. Tuto teorii opíral o sledování zpùsobu života bulharských venkovanù. Tissier v roce 1905 [12] upozornil na význam bifidobakterií, když pozoroval významný rozdíl fekální mikroflóry kojencù a nekojených novorozencù. Významným badatelem na poli problematiky mikroflóry trávicího traktu byl po celý svùj život Alfred Nissle. V roce 1916 publikoval svou základní práci [13], která vedla k patentování nepatogenního probiotického kmene E. coli dne 1. bøezna 1917. V témže roce pøevzala farmaceutická firma G. Pohl Schönbaum v Gdaòsku bakterie obsahující kapsle pod názvem Mutaflor. Preparát nejprve našel použití v terapii digestivních infekcí, ale pozdìji také funkèních poruch typu chronické obstipace a tzv. dysbakterióz, terapii idiopatických støevních zánìtù, onkologické problematice a medicínské profylaxi. V roce 1922 objevil A. Fleming v rùzných organických látkách lidského tìla zásaditou bílkovinnou substanci, antibakteriální enzym lyzozym, který je faktorem pøirozené imunity. Krátce nato, v letech 1928–1929 popsal bakteriostatické vlastnosti látek, které produkuje plíseò Penicillium notatum [14]. První publikace z roku 1929 byla uveøejnìna v British Journal of Experimental Pathology. Jeho objevu bylo prakticky využito až za II. svìtové války, kdy v letech 1938–1944 H. W. Florey a E. B. Chain v Oxfordu zahájili výzkumy, které vedly v øíjnu 1943 k prùmyslové výrobì penicilinu. V roce 1935 se konal I. gastroenterologický kongres v Bruselu. G. Domagk objevil antibakteriální úèinky sulfonamidù, za což o ètyøi roky pozdìji obdržel Nobelovu cenu. V roce 1946 zaèíná J. Lederberg zkoumat sexualitu bakterií, aby posléze ve spolupráci s E. L. Tatumem objevil genetickou rekombinaci E. coli (v roce 1958 Nobelova cena). V prùbìhu dvacátých let vedly tyto objevy k takové explozi èinnosti na poli genetického inženýrství, že když se v roce 1974 konala v Asilomaru v USA I. mezinárodní konference o etických problémech molekulární biologie a genetického inženýrství, bylo vyhlášeno doèasné moratorium na všechny pokusy s rekombinací genetického materiálu.

Z historie bádání o mikroflóøe trávicího traktu

15

V roce 1974 podává Parker první definici probiotik, která je roku 1991 revidována R. Fullerem do dnešní podoby [15]. V roce 1987 byla vytvoøena první genomová karta E. coli popsaná jako YACs (Yeast Artificial Chromosomes). Kompletní genomová analýza patogennního E. coli K-12 kmen MG1655 byla publikována v roce 1997 [16]. Skupina F. Blattnera pracovala na této analýze 15 let, a výsledkem byl genom obsahující 4 639 221 megabázových párù kódovaných pro 4288 genù. Autoøi zjistili, že jedna bakterie E. coli K-12 mùže produkovat asi 1900 rùzných proteinù. Genomovou analýzou dnes problematika mikrobiální flóry trávicího traktu vrcholí. Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

MILTNER, V. Lékaøství staré Indie. Avicenum,1990, s. 103–107. MILTNER, V. Lékaøství staré Indie. Avicenum, 1990, s. 138. MILTNER, V. Lékaøství staré Indie, Avicenum, 1990 s. 35–41. NIKLÍÈEK, L., ŠTEIN, K. Dìjiny medicíny v datech a faktech, Avicenum, 1985, s. 66 . NIKLÍÈEK, L., ŠTEIN, K. Dìjiny medicíny v datech a faktech, Avicenum, 1985, s. 73. VOTAVA, M. Lékaøská mikrobiologie obecná, Neptun, 200, 13. NIKLÍÈEK, L., ŠTEIN, K. Dìjiny medicíny v datech a faktech, Avicenum, 1985, s. 79. NIKLÍÈEK, L., ŠTEIN, K. Dìjiny medicíny v datech a faktech, Avicenum, 1985, s. 107. NIKLÍÈEK, L., ŠTEIN, K. Dìjiny medicíny v datech a faktech, Avicenum, 1985, s. 183. ESCHERICH, T. Die Darmabacterien des Neugeborenen und Saugling. Fortschr. Med.,1885, 3, p. 515–522, p. 547–554. METCHNIKOV, FF. The prolongation of life. London, William Heinemann, 1907. TISSIER, H. Reparation des microbes dans ¾ intestin du nourisson. Ann Inst Past, 1905,19, p. 109–115. NISSLE, A. Über die Grundlage einer neuen ursachlichen Bekanmpfung der pahtologischen Darmflora. Deutschte Med. Wschr., 1916, 42 : 1181–1184. NIKLÍÈEK, L., ŠTEIN, K. Dìjiny medicíny v datech a faktech, Avicenum, 1985, s. 250. FULLER, R. Probiotics in human medicine. Gut,1991 32, p. 439–442. BLATTNER, FR., PUNKETT, G., BLOCH, CA. et al. The complete genome sequence of Escherichia coli K-12. Science, 1997, 277, p. 1453–1474.

16

Mikroflóra trávicího traktu

Obr. 1 Titulní list Escherichovy práce o Bacterium coli commune (dnes Escherichia coli)

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

2

17

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu Vladimír Zboøil, Lucie Prokopová

2.1

Struktura fyziologické mikroflóry

Mikrobiální osídlení trávicího traktu patøí ontogeneticky a fyziologicky k tzv. zevnímu prostøedí organizmu („milieu extérieur“ Claude Bernard). Zvláštní postavení mikroflóry trávicího traktu vyjádøil Kollath [1] zdánlivì protichùdným termínem „Innere Umwelt“. Tento mikrobiální systém pøedstavuje specificky vyváženou soustavu, kterou lze vhodnì oznaèit jako mikrobiální ekosystém, nebo rovnováha je jednou z jejích základních vlastností. Z didaktického hlediska je vhodné pohovoøit jednotlivì o struktuøe mikroflóry trávicího traktu a samostatnì o její funkci, i když obì se nerozluènì doplòují. Povrch lumina trávicího traktu je osídlen 1012–14 mikrobiálních zárodkù, které patøí k fyziologické homeostáze tohoto prostøedí [2], pøièemž Savage [2] uvádí celkem až 1016 mikrobiálních elementù asociujících s epiteliálními buòkami lidského organizmu. Z nich asi 90 % tvoøí mikrobiální bunìèné elementy, jejichž vìtšina je zase lokalizována do oblasti tlustého støeva; 24hodinový obsah kolon èiní 220 g, z nich denní fekální odpad pøedstavuje 120 g a 5 % z toho je tvoøeno bakteriálními komponentami [3]. Metabolická kapacita bakteriální masy pøevyšuje dokonce jaterní parenchym èlovìka. Celkový poèet mikroorganizmù zahrnuje pøitom 400–500 mikrobiálních druhù [4, 5, 6, 7]. Je velmi obtížné stanovit tzv. normální fyziologickou mikroflóru trávicího traktu [8, 9, 10]. Má totiž pomìrnì širokou variabilitu nejen kvantitativní, ale zejména kvalitativní, liší se v jednotlivých geografických oblastech, je ovlivnitelná stravovacími návyky, vyvíjí se bìhem lidského života. Z klinického hlediska je normální fyziologická mikroflóra definovatelná jakou soubor mikroorganizmù, které mohou být pøítomny v digestivním traktu zdravého èlovìka. To však neznamená, že za urèitých okolností (napø. imukompromitace pacienta v dùsledku choroby èi léèby) se nemùže uplatnit jejich patogenní potenciál. Z klinického didaktického hlediska je vhodné rozlišit patogenní mikroflóru – mikroorganizmy, jež v tomto prostøedí za fyziologických okolností nesmí být pøítomny. Normální fyziologická mikroflóra je za fyziologických okolností v urèité kvantitativní rovnováze. Výrazem porušení této rovnováhy v dùsledku selhání kontrolních mechanizmù [10, 11] mùže být tzv. dysmikrobie, kdy kvalitativní struktura mikrobiálního ekosystému je zachována, ale kvantitativní

18

*

Mikroflóra trávicího traktu

pomìry se zásadnì mìní. Dochází pøitom k nárùstu mikroorganizmù, které jsou v digestivním traktu dlouhodobì v menšinì (napø. kandidy, pseudomonády, klostridia, stafylokoky aj.). Pøerùstání této – fyziologicky menšinové – složky mikrobiálního systému trávicího traktu mùže vést k tzv. oportunní infekci. Takový mikroorganizmus se pak mùže stát zdrojem superinfekce [12], kdy na pùvodní infekci organizmu nasedá další nákaza. Této problematice je vìnována kapitola 3. Studie mikroflóry trávicího traktu, zejména kolonické mikroflóry in vitro, narážejí, jak upozoròuje Ballonque, na technické problémy [13]. Prvním je otázka odbìru, transportu a skladování (jako vhodné se jeví kryoprotektivní médium a skladování pøi –40 °C. Druhým problémem je identifikace bakteriálních druhù, která dnes vyžaduje pro maximální pøesnost genetické techniky. Tøetím a velmi dùležitým problémem je ovlivnitelnost enzymatické aktivity, pøedevším prokarcinogenních enzymù, podmínkami skladování; finálními jsou otázky statistického hodnocení v rùzných subpopulacích s odlišnými nutrièními zvyklostmi. Vidíme tedy, že stanovení fyziologické normy u mikroflóry trávicího traktu není zdaleka jednoduchou a doøešenou záležitostí. Struktura fyziologické mikroflóry není bìhem lidského života nemìnná, ale dochází postupnì k modulaci definitivního mikrobiálního osídlení trávicího traktu stejnì jako k dalším vìkovým zmìnám, jak o tom pojednává kapitola 2.3. Kvantitativní rozložení bakteriální mikroflóry trávicího traktu je charakterizováno aborálním rùstem mikroorganizmu [14, 15, 16]: • žaludek a duodenum101–103/ml mikroorganizmu; • jejunum a ileum104–108/ml mikroorganizmu; • kolon 1010–1012/ml mikroorganizmu. Kvalitativní zastoupení v jednotlivých oddílech [14, 15, 16]: • žaludek a duodenum – laktobacily, streptokoky, kvasinky; • jejunum a ileum – laktobacily, koliformní bakterie, streptokoky, bakteroidy, bifidobakterie, fusobakterie; • kolon – bakteroidy, bifidobakterie, streptokoky, eubakterie, fusobakterie, koliformní bakterie, klostridia, veillonely, laktobacily, proteus, stafylokoky, pseudomonády, kvasinky. Kvalitativní zmìny souvisejí s kvantitativními, což nejlépe naznaèuje následující tabulka 1.

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

19

Tab. 1 Profilizace mikroflóry trávicího traktu smìrem aborálním (podle Simona, Gorbacha) žaludek

jejunum

ileum

kolon

l0–103

0–105

103–109

1010–1012

koliformní bakterie

0–102

0–103

102–107

104–1010

streptokoky aerobní

0–103

0–104

102–106

105–1010

stafylokoky

0–102

0–103

102–105

104–109

laktobacily

0–103

0–104

102–105

106–1010

plísnì /kvasinky

0–102

0–102

102–104

104–106

ojedinìle

0–103

103–107 1010–1012

bifidobakterie

ojedinìle

0–104

103–108

streptokoky anaerobní

ojedinìle

0–103

102–106 1010–1012

klostridie

ojedinìle ojedinìle

eubakterie

ojedinìle ojedinìle ojedinìle 109–1012

celkové množství bakterií (ml) aeroby nebo fakultativní anaeroby

anaeroby bakteroidy

102–104

108–1011 106–1011

Z tohoto pøehledu vyplývá, že probíhá postupná promìna mikrobiálního ekosystému od pøevahy aerobù orálnì k pøevaze anaerobù v aborálních oddílech. Jejich vzájemný pomìr [16] ukazuje tabulka 2. Tab. 2 Pomìr anaerobù k aerobùm v trávicím traktu oddíl GIT tenké støevo

anaeroby : aeroby 1:1

orální kolon

100 : 1

aborální kolon

1000 : 1

G. Gibson a M. Roberfroid nabízejí jiné schéma kvantitativní a kvalitativní struktury mikroflóry trávicího traktu, jež zde ve zkratce citujeme [17], abychom ilustrovali složitost technických problémù pøi výzkumu mikroflóry gastrointestinálního traktu in vitro (tab. 3).

20

Mikroflóra trávicího traktu

Tab. 3 Schéma mikrobiálního spektra fyziologické mikroflóry trávicího traktu s ohledem na potenciální patogenní efekt (podle Gibsona a Roberfroida) prùmìrný kvantitativní výskyt v trávicím traktu (10X ml) 102 102 102 102 106 106 106 108 1010 1010 1010 1010 1010 1011

bakterie bakterie s patogenním s protektivními potenciálem vlivy Pseudomans aeruginosa Vibrionaceae stafylokoky klostridie veilonely enterobakterie enterobakterie E. coli E. coli laktobacily sulfbakterie anaerobní grampozitivní anaerobní grampozitivní koky koky metanogeny metanogeny eubakterie bifidobakterie bakteroidy bakteroidy

Pøi srovnání uvedených tabulek 1 a 3 je zøejmé, jak obtížné je stanovit kvantitativní mikrobiální pomìry v trávicím traktu a nakolik se jednotlivé práce mohou v údajích lišit. Zároveò tuto tabulku uvádíme jako doklad problematiènosti interpretace pojmu normální fyziologické mikroflóry. Autoøi druhé uvedené tabulky totiž uvádìjí mikroorganizmy, které se v trávicím traktu fyziologicky vyskytují, ale pøesto rozlišují bakterie na potenciálnì patogenní a protektivní. Potenciálnì patogenní jsou v jejich pojetí ty, které se mohou stát zdrojem oportunní infekce buï pøímo, nebo prostøednictvím svých toxinù, pokud kvantitativnì pøerùstají uvedené množství. Do druhé skupiny autoøi zaøadili mikroorganizmy, u nichž jsou známy protektivní vlivy, a jsou proto základem probiotik (viz kapitola 6.4). Z hlediska definice probiotik je toto pojetí užiteèné, ovšem z hlediska mikrobiologické fyziologie trávicího traktu zjednodušující. Nìkteré potenciální patogeny se totiž uplatòují zcela výjimeènì (napø. metanogeny pouze u vysokodávkovaných imunosupresí), a naopak potenciálnì patogenní vliv u imuno-

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

21

deficiencí mohou mít mikroorganizmy s tzv. protektivními vlivy [18, 19]. Tato problematika je velmi dobøe experimentálnì dokumentována na zvíøecích modelech tzv. knock-outovaných myší. Napøíklad myš s delecí genu pro IL-2 dostane kolitidu mezi 5.–9. týdnem života pouze tehdy, jestliže je jí implantována mikroflóra trávicího traktu [20]. Je-li gnotobiotická (chována ve sterilním prostøedí), zánìtlivé støevní onemocnìní u ní nepropukne. Velmi podobná situace je známa také u IL-10 knock-outované myši [21]. Pozoruhodná je skuteènost, že øada renomovaných publikací o mikroflóøe trávicího traktu zaèíná problematikou žaludku a dalších aborálních oddílù, pøestože dutina ústní jako poèátek trávicí trubice je bohatou zásobárnou mikrobiálních elementù. Proto považujeme za vhodné zmínit se také o jejich fyziologickém složení. Mirandi a Langrehr [22] uvádìjí toto složení fyziologické mikroflóry dutiny ústní a orofaryngu (tab. 4). Tab. 4 Fyziologické složení mikroflóry dutiny ústní a orofaryngu (podle Mirandy a Langrehra) mikroorganizmus anaeroby aeroby Streptococcus viridans Staphylococcus aureus Streptococcus pneumonia Haemophilus influenzae Candida albicans gramnegativní bakterie

poèet (ml) 107 105-7 103 103 103 103 0–103

výskyt (%) 100 100 100 > 40 > 40 > 40 > 40 >1

Složení mikrobiálního ekosystému trávicího traktu souvisí s jeho funkcí.

Mikroflóra trávicího traktu pøedstavuje komplexní, vyvážený mikrobiální ekosystém, který smìrem aborálním prodìlává specifické zmìny v pomìrném zastoupení aerobù a anaerobù. Jejich funkce se vzájemnì doplòují tím, že aeroby zajišují pro celý ekosystém scavanger effect. Kvalitativní rùzností pøedstavuje mikrobiální masa trávicího traktu až 90 % veškeré bunìèné populace souvisejicí s lidským organizmem s metabolickou kapacitou pøevyšující dokonce jaterní parenchym. Mikrobiální profil trávicího traktu je charakterizován absencí anaerobù v žaludku, a naopak jejich naprostou pøevahou v distálním kolon.

22

Mikroflóra trávicího traktu

Literatura 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

KOLLATH, W. Die „Innere Umwelt“, des Korpers als Krankheitsherd: Herd-Intoxikation und Dysbakterie. Hippokrates, 1948, 12, p. 417–421. SAVAGE, DC. Microbial ecology of the gastrointestinal tract. Ann Rev. Microbiol., 1977, 31, p. 107–133. STEPHEN, AM., CUMMINNS, JH. The microbial contribution to human fecal mass. J. Med. Microbiol., 1980, 13, p. 45–56. BROWN, JP. Role of bacterial flora in nutrition and health: A review of recent advances in bacteriological techniques, metabolism, and factors affecting flora composition. CRC Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 1977, 8, p. 229–336. LEE, A. Neglected Niches – The microbial ecology of the gastrointestinal Tract. In: MARSHALL KC, (Eds.) Advances In Microbial Ekology, 8, New York : Plenum Publ. Corp, 1985, p. 115–162. MOORE, WEC., HOLDEMAN, LV. Human fecal flora: the normal flora of 20 Japanse-Hawaiians. Appl. Microbiol., 1974, 27, p. 961–979. SIMON, GL., GORBACH, SL. Intestinal flora in health and disease. Gastroenterology,1984, 86, p. 174–193. HOOGKAMP-KORSTANJE, JAA., LINDNER, JGEM., MARCELIS, JH., et al. Composition and ecology of the human intestinal flora. Antonie van Leeuwenhoek, 1979, 45, p. 35–40. HILL, MJ., DRASAR, BS. The normal colonic bacterial flora. Gut, 1975, 16, p. 318–323. HART, AL., STAGG, AJ., FRAME, M., et al. Review article: the role of the gut flora in health and disease and its modification as therapy. Aliment. Pharmacol. Ther., 2002, 16, p. 1383–1393. KNOKE, NM., BERNHARDT, H. Mikookologie des Menschen: Mikroflora bei Gesunden und Kranken. Weinheim/Deerfield Brach : VCH Verlagsgesellschafr, Edition Medizin, 1986. BODEY, GP., ANAISSIE, EJ. Chronic systemic candidiasis. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis.,1989, 8, p. 855–857. BALLONGUE, J. Technical problems related to in vitro study of colonic flora. Scan. J. Gastroenterol.,1997, 32, Suppl 222, p. 14–16. SALFINGER, M. Moglichkeiten und Grenzen des kulturellen Nachweises eines bakteriellen Darminfektes. Therapeut Umschau, 1980, 7, p. 181–186. SIMON, GL., GORBACH, SL. Intestinal microflora. Med. Clin. North. Am., 1982, 66, p. 557–574 HAENEL, H., BENDING, J. Intestinal flora in health and disease. Prog. Food Nutr. Sci., 1975, 1, p. 21–64. GIBSON, GR., ROBERFROID, MB. Dietary manipulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics. J. Nutr., 1995, 125, p. 1401–1412.

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu 18. 19. 20. 21. 22.

2.2

23

Immunocompromised host society consensus panel. Design, analysis and reporting of chemical trials on the empirical antibiotic management of the neutropenic patient. J. Infect. Dis., 1990, 161, p. 397–401. ŠEVÈÍK, P. Sepse v intenzivní péèi. Osveta, 1993, s. 109–111. KUNDIG, TM., SCHORLE, H., BACHMANN, MF. Immune response in interleukin-2-deficient mice. Science, 1993, 262, p. 1059–1061. ŽBÁNKOVÁ, Š., KMENT, M., PÁCHA, J. Experimentální zvíøecí modely nespecifických støevních zánìtù (IBD). Èeská a Slovenská gastroenterologie a hepatologie, 2002, 6, s. 230–239. MIRANDA, DR., LANGREHR, D. The control of gram-negative bacterial infection in the ICU. In: LEDINGHAM, JmcA. (Eds) Recent advances in critical care medicine, 3. Churchill Livingstone, 1988, 135.

Funkce fyziologické mikroflóry

Postupný pøechod dominance aerobù v orálních úsecích trávicí trubice k pøevaze anaerobù v distálním kolon pøedstavuje základní funkènì strukturální zmìnu. Aeroby totiž pro celý mikroekosystém zajišují scavenger effect tím, že s dominancí E. coli spotøebovávají kyslík v reakcích oxidativní fosforylace pøi energetickém metabolizmu [1]. Tím klesá smìrem aborálním redoxpotenciál, což umožòuje rùst anaerobù, které jsou jinak citlivé na pøítomnost kyslíku, protože nejsou dostateènì vybaveny enzymy k eliminaci kyslíkových radikálù (kataláza, superoxiddismutáza aj.). Takto je zajištìna vzájemná podmínìnost existence obou skupin mikroorganizmù, nebo je zøejmé, že poškození aerobù vede následnì k postižení anaerobní skupiny. Základní funkce støevního mikrobiálního ekosystému lze shrnout do pìti skupin: • mikrobiální bariéra proti patogenùm a potenciálním patogenùm; • tvorba produktù mikroflóry a jejich vlivy na prokrvení støevní mukózy a motilitu; • stimulace imunitního støevního systému; • redukce bakteriální translokace; • produkce vitaminù.

2.2.1 Mikrobiální bariéra proti patogenùm a potenciálním patogenùm Bývá nìkdy také oznaèována jako kolonizaèní rezistence anaerobù a aerobù gastrointestinálního traktu vùèi patogenùm (salmonely, shigely, yersinie, campylobakter, vibria atd.) a potenciálním patogenùm (helikobakter, klostridia, kandidy atd.). Jejich souèástí je také kontrola oportunní mikroflóry (proteus,

24

Mikroflóra trávicího traktu

pseudomonády, enterobakterie, stafylokoky, streptokoky, sulfbakterie atd.). Kolonizaèní rezistenci definoval van der Waaij [2, 3]. Je zajišována následujícími mechanizmy: a) obsazení potenciálních vazebných míst støevní výstelky – tzv. receptorová blokace; b) brzdìní rùstu a/nebo usmrcení cizích mikroorganizmù; c) konkurence v získávání látek, vitaminù a rùstových faktorù; d) snížení støevního pH; e) pøímý antagonizmus fyziologické mikroflóry vùèi mikroflóøe patogenní a potenciálnì patogenní. a) Obsazení potenciálních vazebných míst støevního epitelu – tzv. receptorová blokace [4, 5] Z této skuteènosti vyplývá, že prudký pokles množství fyziologických mikroorganizmù otevírá cestu patogenùm a potenciálním patogenùm. Tento mechanizmus je ovšem v detailech složitìjší, nebo patogenní mikroorganizmy mohou být – zjednodušenì øeèeno – invazivní a neinvazivní (tab. 5). Tab. 5 Rozdìlení patogenních mikroorganizmù trávicího traktu (upraveno podle Hotze) neinvazivní mikroorganizmy cholera neinvazivní E. coli (EPEC, ETEC, EHEC) salmonely

invazivní mikroorganizmy rotaviry noroviry tuberkulóza salmonely yersinie shigely invazivní E. coli (EIEC) améby

O zjednodušení hovoøíme ze dvou dùvodù. Pøedevším invazivita je soubor procesù (schopnost vstoupit do organizmu hostitele, množit se v nìm, šíøit a pøekonávat jeho obranné mechanizmy), a dále invazivita nìkterých mikroorganizmù (napø. salmonel, E. coli) není vyhranìná, ale mùže se mìnit, pøedevším pod vlivem stavu makroorganizmù (handicap pøedstavuje napø. stav imunokompromitace organizmu pøi imunosupresivní a cytostatické terapii). Velká èást úèinku mikrobiálních druhù se pøitom realizuje vlivem jejich toxinù [6]. b) Brzdìní rùstu a/nebo usmrcení cizích mikroorganizmù

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

25

Dìje se produkcí bakteriostatických a baktericidních látek, jako jsou volné mastné kyseliny s krátkým øetìzcem, dekonjugované žluèové kyseliny, lysolecithin, antibioticky aktivní látky [7, 8, 9, 10, 11]. K tìmto látkám patøí také tzv. defenziny, což jsou endogenní antibioticky pùsobící peptidy o molekulové váze 3000–4000 Daltonù. Tyto látky produkují prakticky všechny buòky povrchu kùže a sliznic, pøicházející do styku s vnìjším prostøedním. U èlovìka dnes známe 9 defenzinù ze skupiny HBD-3 (Human Beta Defensine). Ve sliznici lidského tenkého a tlustého støeva lze však pozorovat i další – tedy HBD-1, HBD-2 a HD-5, HD-6 (Human Defensine) nebo HNP 1–4 (Human Neutrophil Peptid). Úloha defenzinù je zèásti zøejmá – totiž jejich antimikrobiální efektivita, která je u HBD-3 známa proti grampozitivním bakteriím (pøedevším Staphylococcus aureus), gramnegativním bakteriím (pøedevším E. coli a salmonelám), dále proti Mycobacteriu tuberculosis, kandidám, herpetickým virùm, a dokonce prvokùm jako je Giardia intestinalis. Další role defenzinù nejsou pøíliš známé, ale protože rùzné typy se s rùznou intenzitou vyskytují u nìkterých chorob trávicího traktu (ulcerózní kolitida, Crohnova nemoc, polypózní syndromy a kolorektální karcinom atd.), lze pøedpokládat jejich zásah do imunologických mechanizmù patogeneze tìchto nemocí [12]. c) Konkurence v získávání výživových látek, vitaminù a rùstových faktorù [7, 8] Zde je tøeba se zastavit u problematiky metabolizmu bakterií trávicího traktu [13]. Pøevaha støevních bakterií je sacharolytická. Velká èást jednoduchých cukrù je ovšem resorbována v oblasti tenkého støeva, takže do tlustého støeva z cukrù s nižší molekulární váhou pøecházejí rafinóza, stachyóza, laktulóza a alkoholové cukry – sorbitol a xylitol. Bakterie trávicího traktu produkují polysacharidázy, glukosidázy, proteázy a peptidázy, kterými destruují polyméry na malé oligoméry a jejich složky – cukry a aminokyseliny. Støevní mikrobiální elementy jsou schopny tyto substance enzymovì zmìnit na: • volné mastné kyseliny s krátkým øetìzcem (SCFA); • hydroxy a dikarboxylové organické kyseliny; • vodík, kyslièník uhlièitý; • další – neutrální, kyselé a zásadité produkty. Dominujícím metabolizmem, s pøevahou v oblasti kolonické, je tedy fermentativní pøemìna cukrù. V ní jsou rozhodující skupinou bakterií bifidobakterie (B . longum, B. angulatum, B. pseudolongum, B. ovatus a B. thetaiotaomicron) a bakteroidy. V menší míøe probíhá také metabolizmus proteinù ve formì proteolýzy, metabolizace aminokyselin a aromatických aminokyselin. Tyto pochody jsou realizovány pøedevším kmeny clostridium a opìt bifidobakteriemi a bakteroidy. Studie fekálních proteázových aktivit ukázaly, že v nich pøevažují

26

Mikroflóra trávicího traktu

primárnì smìsi serinu, cysteinu a metaloproteáz, zatímco v oblasti tenkého støeva pøevažují pankreatické proteázy (trypsin, chymotrypsin, elastáza) serinového typu. d) Snížení støevního pH Pøi produkci pøemìny glycidù vznikem volných mastných kyselin s krátkým øetìzcem (propionové, máselné, mléèné, octové) [10, 11]. e) Pøímý antagonizmus fyziologické mikroflóry vùèi mikroflóøe patogenní èi potenciálnì patogenní In vitro byl tento mechanizmus prokázán proti Shigella dysenteriae [14], Salmonella typhimurium a stafylokokùm [15], novìji také proti vibriím [16] nebo Candida albicans [17]. Tyto úèinky dokumentuje obr. 2. Mimoøádnì zajímavý je antagonizmus vùèi patogenním kmenùm E. coli, a to zejména: • EPEC (napø. 055, 0111, 0127) enteropatogenním E. coli, • ETEC (napø. 025, 078, 0128) enterotoxickým E. coli, • EHEC (napø. 0157, 0111, 022) enterohemoragickým – invazivním E. coli, jejichž shigella-like verotoxin mùže pùsobit krvavé prùjmy a je dáván do možné souvislosti s hemolyticko-uremickým syndromem a trombocytopenickou purpurou nebo idiopatickými støevními zánìty [18, 19]. Pohled na EPEC se ovšem v posledních letech zmìnil, když byly objeveny možné mechanizmy bakteriální translokace patogenních E. coli, což však není pøedmìtem tohoto sdìlení [20], ale kapitoly 5.2.

a

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

b

27

28

Mikroflóra trávicího traktu

Obr. 2a, b Antagonistický vliv koliformních bakterií na Shigella flexneri in vitro (pøevzato z publikace: U. Sonnenborn, R. Greinwald: Beziehungen zwischen Wirtsorganizmus und Darmflora. Schattauer, 1991) a – bakteriostatický vliv Klebsiella sp.; b – bakteriostatický vliv E. coli

2.2.2 Tvorba produktù mikroflóry a jejich vliv na prokrvení støevní mukózy a motilitu Volné mastné kyseliny s krátkým øetìzcem, zejména kyselina propionová, octová a máselná, produkované aeroby i anaeroby a kyselina mléèná, produkovaná hlavnì laktobacily a bifidobakteriemi, jsou resorbovány pasivní difuzí støevní mukózou [21], a slouží podle von Roedigera [22] ke krytí 40–50 % energetické potøeby kolonocytù. Souèasnì zvyšují kolonické prokrvení mukózy [23], stimulují motilitu [24] a zvyšují sodíkovou a chloridovou absorpci v distálním kolon [25]. Pro zjednodušení je komplex tìchto úèinkù vyjádøen pøehlednì na obr. 3.

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

29

Obr. 3 Schéma vlivu produktù fyziologické mikroflóry na digestivní motilitu a vaskularizaci

2.2.3 Stimulace imunitního støevního systému Organizmus je vybaven mechanickými, chemickými a imunologickými bariérami, které v místech kontaktu brání nekontrolovatelnému prùniku antigenních a mitogenních podnìtù do vnitøního prostøedí organizmu. K hlavním bariérám a kontaktním místùm patøí sliznièní povrchy zažívacího, dýchacího a urogenitálního traktu. Jejich styèná plocha se zevním prostøedím èiní pøibližnì 300 m2, což je stokrát více, než kolik èiní kožní povrch tìla. Imunitní systém sliznice støevní [26] stejnì jako dalších sliznic zajišuje tøi základní úkoly: • bariéru proti patogenním mikroorganizmùm; • bariéru proti imunogenùm; • nereaktivnost organizmu vùèi tìm složkám potravy, které se do nìj dostaly v imunogenní podobì. K základním rysùm sliznièního imunitního systému patøí pøevaha protilátek tøídy IgA, pøednostní osídlování sliznic a exkreèních žláz buòkami, které pocházejí z lymfatických foliklù støevních (tzv. homing) a koneènì transport polymerních imunoglobulinù do sekretu prostøednictvím epitelových bunìk. Lymfoidní tkáò støeva (GALT – gut associated lymphoid tissue) je systém, který bìhem života zpracuje informace asi ze 100–200 tun potravy a je perma-

30

Mikroflóra trávicího traktu

nentnì osídlen fyziologickou a intermitentnì i nefyziologickou mikroflórou. Vývoj GALT probíhá hlavnì v èasném postnatálním období a tvoøí ji: • organizovaná lymfoidní tkáò; • volné intraepitelové lymfocyty (IEL); • lymfocyty lamina propria. • Organizovaná lymfoidní tkáò Je kryta epitelovou vrstvou, která však obsahuje zvláštní tzv. M buòky (microfold cells), jimž chybí kartáèový lem, a naopak jsou v úzkém kontaktu s buòkami lymfatických foliklù. M buòky mohutnì pohlcují antigeny, které patrnì translokují do prostøedí foliklù, èímž indukují sliznièní imunitní reakci. Pøitom však M buòky nejsou vybaveny znaky hlavního histokompatibilního komplexu II. tøídy, jinak øeèeno, informace pouze pøenášejí bez dalšího imunologického zpracování. • Volné intraepitelové lymfocyty (IEL) Jsou vmezeøeny mezi epiteliemi klkù. Vìtšinou se jedná o T lymfocyty, pøevážnì CD4 (T helper) nebo CD8 (T supressor) vzácnì CD5 (které patøí k B lymfocytùm). Na thymu není závislých 50–60 % T lymfocytù, tj. vyvíjejí se extrathymovì. IEL produkují lymfokiny hrající zøejmì rozhodující úlohu v antimikrobiální ochranì sliznic. Souèasnì jsou tyto T lymfocyty schopny reagovat s autoantigeny (napø. heat shock proteins). Poslední klíèovou úlohou IEL je orální tolerance. Jedná se o øízený útlum reakce na antigenní složky potravy, který ne zcela jasným mechanizmem brání, aby vznikla neúmìrná reakce na imunogenní podnìty potravy, napø. v podobì potravinové alergie. IEL v prùbìhu ontogenetického vývoje jedince prodìlávají význaèné zmìny ve svém složení, hlavnì v závislosti na vývoji støevní mikroflóry. • Lymfocyty lamina propria Jedná se pøevážnì o CD4 (T helper) lymfocyty, a to podle produkovaných lymfokinù ze subpopulace Th1. Ménì pøítomny jsou v lamina propria mucosae také B lymfocyty, produkující IgA, ménì IgM a nejménì IgG imunoglobuliny. Pouze u nemocných se selektivním deficitem IgA pøevažuje produkce IgM. Imunitní reakce na sliznici trávicího traktu nevedou pouze k odpovìdi lokální, ale také v cirkulaci a na sliznicím vzdálených systémech (tzv. spoleèný sliznièní imunitní systém). Buòky, pøedevším ve støevní sliznici, po kontaktu s antigeny migrují lymfatickou cestou do krevního øeèištì, a odtud do všech sliznic a endokrinních žláz (tzv. homing). Nìkteré z recirkulujících bunìk se tedy vracejí zpìt i na pùvodní místa nebo místa reagující zánìtem na sliznicích. Tento dìj je fyziologický a probìhne pøestupem lymfocytu z cirkulace do tkánì pouze na základì aktivaèního signálu hlavnì prostøednictvím cytokinù. Zpìt do stìny

Fyziologie mikroflóry trávicího traktu

31

støevní se dostávají pøedevším aktivované T lymfocyty a malé, pamìové T lymfocyty. Pomocí specifických vazebných míst (integrin alfa-4-beta-7) pro adheziny organizovaných lymfocytù a epitelií sliznic se pak mùže realizovat kaskáda aktivace urèitých lymfocytù, a tedy pøíslušná imunitní odpovìï. Imunogerulaèní pochody jsou významnì modulovány odpovìdí subpopulací CD4 (T helper) lymfocytárních subpopulací, která vede k produkci rùzných cytokinù (obr. 4).

Obr. 4 Schéma CD4 subpopulací T lymfocytù a jejich produktù v lidské støevní sliznici Fyziologická støevní mikroflóra provádí tzv. konstantní trénink imunitního systému trávicího traktu, který tvoøí jednak bariéru invazi cizích zárodkù, a jednak vede k tzv. paraimunitì, tedy ke zvýšení specifické i nespecifické imunitní odpovìdi. Dìje se tak zvyšováním fagocytární schopnosti makrofágù [27], stimulací IgA produkujících plazmocytù lamina propria mucosae a zvýšením produkce IL-6 [28, 29]. Teorii zde podporují von Moreauovy pokusy [30, 16] u gnotobiotických myší, které byly po implantaci fyziologické mikroflóry podstatnì odolnìjší vùèi patogenùm.

2.2.4 Redukce bakteriální translokace Fyziologický mikroekosystém zažívacího traktu zabraòuje intraluminálním zárodkùm v proniknutí stìnou a vytvoøení systémové infekce. Pojem bakteriální translokace trávicího traktu definoval Berg [31], který jej zároveò ovìøil v experimentu [31, 32] již pøed dvaceti lety, a to jako pøestup bakterií a/nebo jejich komponent z lumina trávicího traktu do lymfatického systému s potenciální možností systémového prùniku do rùzných tkání organizmu. Tentýž autor [33] prokázal také schopnost E. coli bakteriální translokaci redukovat. Dnes jsou známy dva modely bakteriální translokace, a to metotrexatový a pøi biliární

32

Mikroflóra trávicího traktu

obstrukci [34]. Mao jasnì prokázal v experimentálním modelu metotrexátové enterokolitidy blokaci bakteriální translokace pùsobením laktobacilù [35]. Riziko bakteriální translokace stoupá u imunokompromitovaných nemocných, mj. právì v souvislosti s alterací jejich fyziologické trávicí mikroflóry [36]. Problematice je vìnována kapitola 4.

2.2.5 Produkce vitaminù Fyziologické kmeny E. coli, v menší míøe anaeroby a možná také jiné bakterie trávicího traktu se mohou podílet na tvorbì vitaminù B12 [37], K1 a K2 [38]. Èasté, jakož i dlouhodobé užívání antibiotik mùže vést k narušení syntézy tìchto vitaminù a jejich nedostatku. Závìrem mùžeme konstatovat, že naše souèasné znalosti o fyziologických funkcích mikrobiálního ekosystému trávicího traktu jsou sice v poèátcích, nicménì i tyto znalosti nás vedou k daleko širšímu pohledu na patognomické souvislosti øady nemocí, a to zdaleka nejen trávicího ústrojí. Pøed námi je praktická aplikace tìchto teoretických znalostí napø. v pøístupech k antibiotické terapii, dietním režimùm a uplatnìní eubiotik, prebiotik a probiotik. Základní fyziologické funkce mikroflóry trávicího traktu lze charakterizovat následovnì: 1. mikrobiální bariéra proti patogenùm a potenciálním patogenùm, 2. tvorba produktù mikroflóry a jejich pozitivní vlivy na motilitu a prokrvení støevní stìny, 3. stimulace imunitního støevního systému a tím i tzv. spoleèného sliznièního imunitního systému, 4. redukce bakteriální translokace, 5. produkce vitaminù. Znalost tìchto skuteèností otevírá cestu úèelné manipulaci mikrobiální flórou trávicího traktu s rozsáhlými imunologickými souvislostmi v organizmu jako celku.

Literatura 1. 2.

INGLEDEW, WJ., POOLE, RK. The respiratory chains of Escherichia coli. Microbiol. Rev., 1984, 48, p. 222–271.

Toto je pouze náhled elektronické knihy. Zakoupení její plné verze je možné v elektronickém obchodě společnosti eReading.