Mikroorganizmy probiotyczne a układ odpornościowy

Jelito to część układu pokarmowego. Jego powierzchnię tworzą liczne pofałdowania, kosmki oraz mikrokosmki zwiększające jego obszar, który po „rozłożeniu” stanowiłby około 500m2 (skóra ma zaledwie 2m2).

Dr Jon Tilden wyjaśnia to następująco: „W trakcie przemiany materii dochodzi do wytwarzania się nowych komórek (anabolizm) oraz do śmierci i rozkładu starych (katabolizm). Produkty uboczne rozłożonej tkanki są toksyczne. W normalnych okolicznościach są wydalane z krwi do jelit z taką samą szybkością, z jaką powstają. Przy sprawnych jelitach są wydalane na zewnątrz. Osłabienie energetyczne organizmu powoduje, że część toksyn pozostaje we krwi, a wydalone do zanieczyszczonego jelita grubego zalegają, i częściowo są wchłaniane na powrót do krwiobiegu. Niesprawne jelito grube jest siedliskiem mikrobów i pasożytów). Idealne środowisko do nadmiernych procesów gnilnych stwarza też spowolniony metabolizm.

Prawdopodobieństwo, że przyczyną choroby będzie wprowadzenie do organizmu niekorzystnych substancji czy mikroorganizmów przez jelita, jest jednym z najwyższych.

Jelito dzieli się na jelito cienkie, w którym odbywa się aktywne trawienie i wchłanianie oraz jelito grube, gdzie treść jelitowa ulega zagęszczeniu, oraz wchłaniane są niektóre składniki pokarmowe.

Jelito jest skolonizowane przez różnego rodzaju bakterie. W żołądku i górnym odcinku jelit egzystuje mniejsza liczba mikroorganizmów niż w jego dolnej części. Najwyższa kolonizacja może występować w okrężnicy tj. 1011 – 1012 mikroorganizmów na 1ml treści jelitowej.

Nie ma jednego, wspólnego dla wszystkich, sposobu działania probiotyków.

Przykładowe mechanizmy to:

•  konkurencja o receptory lub przyleganie do komórek nabłonka jelitowego;
•  wytwarzanie substancji, które hamują wzrost bakterii chorobotwórczych;
•  współzawodnictwo z innymi mikroorganizmami o składniki odżywcze;
•  zakwaszanie treści jelitowej;
•  modyfikacja receptorów dla toksyn bakteryjnych na drodze enzymatycznej;
•  modulacja odpowiedzi immunologicznej poprzez m.in. stymulację fagocytozy,
•  pobudzanie syntezy przeciwcial i cytokin;
•  zwiększona synteza mucyn;
•  stabilizacja bariery jelitowej i zmniejszenie stanu zapalnego:
•  i wiele innych.

Tkanka limfatyczna związana z błoną śluzową układu pokarmowego to GALT. Przewód pokarmowy skolonizowany jest przez liczne drobnoustroje komensalne tworzące tzw. mikroflorę, szczególnie obfitą w jelitach. Drobnoustroje te, w większości bakterie, których całkowitą liczbę szacuje się na 1014 komórek, wchodzą w interakcje z błoną śluzową wyścielająca przewód pokarmowy i stanowiącą ważną linię obrony przeciwko patogenom pochodzącym ze środowiska zewnętrznego (bakterie, wirusy, grzyby, pasożyty). Organizm ludzki wykształcił złożony system tkanki limfatycznej związanej ze śluzówką jelita (GALT, Gut Associated Lymphoid Tissue), który ma na celu zwalczanie czynników zakaźnych i potencjalnie szkodliwych dostających się do przewodu pokarmowego. Układ ten obejmuje, w kompleksowym ujęciu, zarówno struktury limfatyczne związane bezpośrednio z błoną śluzową jelit, jak również kępki Peyera, grudki chłonne i krezkowe węzły chłonne. Znaczenie układu GALT dla prawidłowego funkcjonowania mechanizmów odpornościowych gospodarza podkreśla fakt, iż na ten właśnie układ przypada ponad 75% komórek limfatycznych całego układu odpornościowego, w tym około 50% limfocytów, a także wytwarzanie w jego obrębie ok. 80% wszystkich immunoglobulin, w szczególności przeciwciał klasy IgA, które są wydzielane na powierzchnię błon śluzowych i noszą nazwę wydzielniczych IgA (S-IgA). Przeciwciała te odpowiadają za wychwytywanie antygenów i uniemożliwienie im przejścia przez błony śluzowe do wnętrza organizmu.

Odbywająca się w zorganizowanych limfatycznych grudkach chłonnych błony śluzowej jelita związanych z układem GALT, prezentacja antygenów komórkom efektorowym układu odpornościowego kształtuje odpowiedź immunologiczną decydując o wywołaniu reakcji zapalnej bądź tolerancji względem określonego antygenu.

Jednymi z najistotniejszych elementów układu GALT są komórki nabłonkowe, które stanowią naturalną barierę ochronną organizmu przed patogenami i ich antygenami poprzez tworzenie ścisłych połączeń chroniących jelito przed inwazją drobnoustrojów patogennych. Komórki te indukują wytworzenie tolerancyjnego środowiska w przypadku obecności drobnoustrojów komensalnych, natomiast w przypadku reakcji zapalnej skierowanej przeciwko patogenom, pełnią rolę komórek prezentujących antygen aktywujących limfocyty zlokalizowane w blaszce właściwej jelita.

Funkcja ochronna enterocytów wzmacniana jest obecnością bakterii probiotycznych skutecznie konkurujących z drobnoustrojami chorobotwórczymi nie tylko o miejsca adhezji do nabłonka jelitowego, ale również o substancje odżywcze. Ponadto drobnoustroje probiotyczne wykazują zdolność stymulacji ekspresji i wydzielania mucyny przez komórki kubkowe nabłonka (goblet cells) co dodatkowo wpływa na podniesienie walorów ochronnych komórek nabłonkowych.

Powierzchnia śluzówki nabłonka wyścielającego układ pokarmowy jest miejscem bytowania swoistej flory bakteryjnej. Stwierdzono, że ponad 90% wszystkich komórek zdrowego człowieka to komórki bakteryjne. Obecność bakterii jest niezbędna do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania nie tylko układu odpornościowego związanego ze śluzówką, lecz także całego układu odpornościowego człowieka. Badania prowadzone na gryzoniach GF (germ-free – pozbawione mikroflory jelitowej) hodowanych w warunkach sterylnych wykazały, że mikroflora odgrywa ważną rolę w procesach fizjologicznych zachodzących w jelitach. Gnotobiotyczne myszy nie miały prawidłowo rozwiniętych kosmków, a enterocyty wykazywały budowę sześcienną zamiast walcowatej. Stwierdzono wydzielanie dużych ilości śluzu do światła jelita, co spowodowane było brakiem flory regulującej ten proces. Natomiast u myszy, którym przywrócono florę bakteryjną obserwowano stopniową odbudowę naturalnych warunków panujących w jelicie. Ponadto u myszy GF hodowanych w warunkach sterylnych stwierdzono występowanie wielu defektów immunologicznych.

Okazuje się, że wprowadzenie nawet pojedynczego szczepu Bacteroides fragilis (dokładnie bakteryjnego polisacharydu, który jest prezentowany poprzez komórki dendrytyczne) powodowało różnicowanie się i rozwój układu odpornościowego, a także korygowało defekty immunologiczne nie tylko w jelicie. Kolonizacja jelita szczepem Bacteroides thetaiotaomicron powodowała natomiast szybki wzrost poziomu S-IgA u gnotobiotycznych myszy. Istnieją przesłanki wskazujące, że musi istnieć mechanizm ułatwiający rozpoznawanie bakterii komensalnych i pozwalający na aktywację układu odpornościowego.

W badaniach z ostatnich lat stwierdzono, że bakterie komensalne mają wpływ na przebieg procesów biochemicznych, chorób metabolicznych i zapalnych.

Sugeruje się, że u pacjentów z nieswoistym zapaleniem jelit (IBD – inflammatory bowel disease), zapaleniem stawów, czy u pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna chroniczny stan zapalny może być związany ze zmianami flory bakteryjnej występującej u tych pacjentów. Nie jest pewne, czy zmiany te są bezpośrednią przyczyną rozwoju tych schorzeń. Niemniej jednak w badaniach przeprowadzonych na modelu mysim IBD wykazano, że flora bakteryjna jest niezbędna do powstania tego schorzenia. Pożyteczna mikroflora przewodu pokarmowego współzawodnicząc o miejsce zasiedlenia, składniki pokarmowe, a także przez wytwarzanie m.in. bakteriocyn (np. przez bakterie kwasu mlekowego) uniemożliwia rozwój bakterii potencjalnie chorobotwórczych. Tworzy się w układzie pokarmowym swoistego rodzaju homeostaza. Podawanie antybiotyków doprowadza do zaburzenia tej równowagi.

Bakterie walczą z patogenami osobiście i tak np. ostre zapalenie okrężnicy wywoływane przez szczep Clostridium difficile jest związane z ciągłym podawaniem antybiotyków głównie wankomycyny. U niemowląt odchylenia od prawidłowego składu flory bakteryjnej (zmiany jakościowe i ilościowe szczepów rodzaju Bifidobacterium i Clostridium) mogą być przyczyną rozwoju alergii, a także występowania biegunek. Badania in vitro z wykorzystaniem szczepu Lactobacillus acidophilus La1 wykazały, że szczep wytwarza substancje antybakteryjne, które hamują wzrost Helicobacter pylori. Szczep Lactobacillus rhamnosus syntetyzuje związki antybakteryjne działające zarówno na bakterie Gram-ujemne jak i Gram-dodatnie. Natomiast szczep Lactobacillus casei rhamnosus wytwarza substancje przeciwbakteryjne, a także hamuje adhezję patogenów do komórek nabłonka jelita.

Bytujący w przewodzie pokarmowym człowieka szczep Enterococcus spp. wydziela bakteriocyny, działające hamująco na bakterie z rodzaju Listeria.

Mikroflora przewodu pokarmowego poprzez wytwarzanie licznych enzymów, metabolitów kwasów żółciowych, bilirubiny, cholesterolu, krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, uczestniczy w procesach trawiennych gospodarza.

Szczep Streptococcus thermophilus, który jest zdolny do syntezy enzymów rozkładających laktozę, może być użyteczny w profilaktyce zalecanej osobom cierpiącym na nietolerancję laktozy. Stwierdzono również udział mikroflory jelitowej w syntezie witaminy K i B mających pośrednio wpływ na układ odpornościowy.

Na odbudowanie korzystnej flory jelitowej potrzeba przynajmniej 6 miesięcy. Często konieczna jest nie tylko zmiana sposobu odżywiania, lecz także przyjmowanie co najmniej przez pół roku probiotyków, czyli produktów zawierający wystarczającą ilość mikroorganizmów, by – poprzez implantację lub kolonizację – odbudować mikroflorę gospodarza i w ten sposób wywrzeć korzystny wpływ na jego zdrowie.

Tę definicję prebiotyku sformułowali w 2001 r. Schrezenmeir i De Vrese, ale dobroczynny wpływ mikroflory jelitowej opisał już w 1907 Ilja Miecznikow, rosyjski mikrobiolog, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny w 1908. Wykazał on, że spożywanie jogurtów i kefirów korzystnie wpływa na zdrowie dzięki zawartym w nich bakteriom fermentacji mlekowej, oraz że wysoka koncentracja Lactobacillus w jelicie ma istotny wpływ na zdrowie i długowieczność człowieka, a także może być stosowana jako metoda bakteryjnej terapii zastępczej.

dr Katarzyna Karpińska, dietetyk