Probiotyki w układzie pokarmowym – definicja i historia

Korzystne oddziaływanie na organizm człowieka bakterii wytwarzających kwas mlekowy pierwszy zauważył rosyjski mikrobiolog Ilja Miecznikow (1845-1916). Jest on autorem teorii, że spożywanie produktów zawierających „bakterie mlekowe” prowadzi do „wszczepienia” do przewodu pokarmowego pożytecznych drobnoustrojów zastępujących patogeny. W 1965 roku dla określenia ich wprowadzono wspólna nazwę probiotyk, od greckich słów pro biosis – dla życia.

W 1989 roku nową definicję sformułował Fuller, twierdząc iż probiotyki to żywe drobnoustroje, które dodawane do żywności mają korzystny wpływ na organizm człowieka poprzez utrzymanie właściwej flory bakteryjnej w przewodzie pokarmowym. Kolejna definicja powstała w 2001 roku w wyniku współpracy Schrezenmeira i de Vrese’a, wg. której probiotyk to preparat lub produkt, który zawiera wystarczającą ilość żywych, określonych drobnoustrojów, powodujących zmianę mikroflory w odpowiednich miejscach organizmu gospodarza ( poprzez implantację lub kolonizację) i wywołujący korzystny wpływ na jego zdrowie.

Wobec probiotyków Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) oraz Światowa Organizacja Rolnictwa (FAO) stawia wiele wymagań. I tak, by probiotyk mógł być uważany za mający dobroczynne działanie dla organizmu człowieka, musi :

– pochodzić z mikroflory człowieka,

– wykazywać brak patogennego, inwazyjnego lub karcynogennego działania,

– być odporny na działanie soków żołądkowych i kwasów żółciowych,

– posiadać ściśle określoną przynależność rodzajową i gatunkową potwierdzoną badaniami,

– zachowywać właściwości probiotyczne po procesie technologicznym oraz po określonym czasie przechowywania,

– posiadać właściwości powierzchniowe umożliwiające adherencję do komórek nabłonkowych,

– być zdolny do produkcji substancji o działaniu przeciwdrobnoustrojowym,

– wykazywać antagonizm wobec typowych antygenów przewodu pokarmowego,

– mieć potwierdzony korzystny wpływ na funkcjonowanie organizmu gospodarza.

Budowa i funkcje układu pokarmowego

Układ pokarmowy człowieka ma kształt rury o długości 8-9 metrów. Całkowita jego powierzchnia waha się od 250 do 400m2. Błony śluzowe przewodu pokarmowego stanowią główne miejsce kontaktu człowieka ze środowiskiem zewnętrznym, są więc jedną z najważniejszych dróg penetracji drobnoustrojów do organizmu.

Pokarm w układzie trawiennym przebywa długą drogę wędrując z jamy ustnej przez gardło i przełyk do żołądka, następnie trafia do jelita cienkiego składającego się z dwunastnicy, jelita czczego i krętego. Niestrawione resztki pokarmu przesuwane są przez jelito grube do odbytu. Jelito grube składa się z wyrostka robaczkowego, jelita ślepego, okrężnicy i odbytnicy. W procesie trawiennym ważną rolę odgrywają również gruczoły, wątroba wydzielając żółć oraz trzustka produkująca wiele enzymów.

Kolejne odcinki przewodu pokarmowego różnią się między sobą głównie budową nabłonka pokrywającego błonę śluzową. W jamie ustnej, gardle, przełyku i odbycie nabłonek zbudowany jest z grubej warstwy komórek tkanki łącznej pokrytej śluzem, a jego zadaniem jest ochrona przed czynnikami mechanicznymi, termicznymi i chemicznymi. Żołądek wyściełany jest przez nabłonek płaski jednowarstwowy, którego zadaniem jest wytwarzanie kwasu solnego, enzymów trawiennych i śluzu. Nabłonek jednowarstwowy sześcienny lub walcowaty wyściela ściany jelita cienkiego i grubego oraz powierzchnie kosmków jelitowych. Jego zadaniem jest stanowienie bariery ochronnej i wydzielanie wielu związków, składników pożywienia, komórek bakterii i innych.

Układ pokarmowy poza oczywistymi zadaniami, czyli trawieniem i wchłanianiem substancji pokarmowych, spełnia też funkcję ochronną organizmu. Jest miejscem kontaktu kilku układów powiązanych wzajemnymi zależnościami, m.in. układ immunologiczny jelit GALT oddziałuje z jelitowym układem nerwowym ENS, który jest odpowiedzialny za motoryczną, wydzielniczą i absorpcyjną czynność układu pokarmowego.

Układ pokarmowy człowieka ze względu na specyficzną budowę i wielokierunkowe funkcje jest doskonałym środowiskiem do rozwoju i bytowania różnorodnych mikroorganizmów tworzących tzw. mikroflorę. Jej skład zależny jest od wielu czynników, pH soku żołądkowego, perystaltyki jelit, sposobu odżywiania oraz przyjmowanych leków. W momencie porodu układ trawienny jest środowiskiem jałowym, a rodzaj pierwszych mikroorganizmów zasiedlających go zależy od rodzaju porodu, a następnie sposobu karmienia. W przypadku porodu siłami natury, pierwsze pojawiają się bakterie pochodzące z dróg rodnych matki, głównie beztlenowce. W przewodzie pokarmowym dziecka urodzonego za pomocą cesarskiego cięcia nie ma bakterii beztlenowych, dominują tu mikroorganizmy aerofilne. W trakcie życia osobniczego liczba mikroorganizmów w układzie trawiennym szybko wzrasta i w pierwszym tygodniu życia wynosi 10 9 komórek / ml treści jelitowej. W tym czasie dominującymi są bakterie z rodzaju: Staphylococcus, Streptococcus, pałeczki z rodziny Enterobacteriaceae oraz Pseudomonas aeruginosa. Następnie pojawiają się szczepy Clostridium perfringens, Eubacterium, Propionibacterium, Lactobacillus, Peptostreptococcus i inne.

Układ pokarmowy jest zasiedlony przez około 10 do 14 różnego rodzaju komórek bakteryjnych, które reprezentują około 500 szczepów, z których około połowy nie jesteśmy w stanie wyhodować. Tak więc florę bakteryjną układu pokarmowego można nazwać organem mikrobiologicznym znajdującym się wewnątrz organizmu gospodarza, a ich wzajemne zależności zdefiniować jako komensalizm.

Rodzaj mikroflory jest zależny również od właściwości fizycznych i chemicznych poszczególnych odcinków przewodu pokarmowego. Żołądek, ze względu na niskie pH treści żołądkowej, obecności soli kwasów żołądkowych oraz szybki przepływ trawionych substancji, charakteryzuje się stosunkowo małą ilością bytujących w nim bakterii. Ich ilość, jak i różnorodność zwiększa się wraz ze zbliżaniem do jelita cienkiego. W tym odcinku układu trawiennego dominują cztery główne grupy bakterii: Bacteroidetes 23%, Femicutes 64%, Proteobacteria 8% i Actinobacteria 3%. Największe znaczenie mają te gatunki bakterii, które tworzą tak zwane pożyteczne środowisko, poprzez obronę przed bakteriofagami i łagodzenie ostrych reakcji ze strony układu immunologicznego. Cechą charakterystyczną tych mikroorganizmów jest znaczna zmienność pod względem genetycznym, umożliwiająca odporność na zmieniające się warunki środowiska bytowania i adaptacji. Bakterie mikroflory bakteryjnej wykazują dużą zdolność szybkiego wzrostu i adhezji do ścian ścian jelita, czego wynikiem jest uniknięcie wypłukiwania komórek z organizmu.

Funkcje mikroflory układu pokarmowego

Powierzchnia śluzówki pokrywającej układ pokarmowy jest miejscem, w którym bytuje swoista flora bakteryjna. Ponad 90% wszystkich komórek występujących w organizmie zdrowego człowieka to komórki bakteryjne.

Bakterie wchodzące w skład pożytecznej mikroflory bakteryjnej współzawodnicząc o miejsce bytowania i pokarm uniemożliwiają rozwój bakterii chorobotwórczych. Dzięki temu zachodzi w organizmie swoista homeostaza. Zaobserwowano, że długotrwałe podawanie antybiotyków, np. w terapii zapalenia okrężnicy, zaburza równowagę mikrobiologiczną organizmu. Niemowlęta, u których stwierdzono zaburzenia w równowadze występowania szczepów rodzaju Bifidobacterium i Clostridium, są znacznie bardziej narażone na alergie i biegunki. W trakcie badań in vitro nad szczepem Lactobacillus acidophilus stwierdzono, iż wytwarza on substancje antybakteryjne hamujące wzrost Helicobacter pylori. Szczep Lactobacillus casei rhamnosus wytwarza substancje przeciwbakteryjne, jednocześnie hamując adhezję patogenów do komórek nabłonka jelita. Natomiast Lactobacillus rhamnosus jest w stanie syntetyzować związki antybakteryjne działające na komórki Gram-ujemne i Gram-dodatnie. Szczep Enterococcus spp. wykazuje działanie hamujące na rozwój i zasiedlanie bakterii z rodzaje Listeria.

Mikroflora przewodu pokarmowego wytwarzając enzymy, metabolizując kwasy żółciowe, bilirubiny, cholesterol oraz krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe odgrywa znaczącą rolę w procesach trawiennych zachodzących w organizmie gospodarza. Szczep Streptococcus thermophilus, dzięki zdolności do syntezowania enzymów rozkładających laktozę, odgrywać może kluczową rolę w profilaktyce i leczeniu nietolerancji laktozy.

Najczęściej stosowane probiotyki to bakterie kwasu mlekowego (LAB-lactic acid bacteria), np. szczepy Lactobacillus i Bifidobacterium. Badania wykazały, że są one w stanie pobudzać endogenne mechanizmy obronne człowieka, wpływać na stabilność mikroflory jelita, działają na odpowiedź humoralną i komórkową, pobudzając tym samym układ immunologiczny gospodarza oraz wpływają na szczelność bariery jelitowej. Dobroczynny wpływ tej ostatniej cechy probiotyków wykorzystywany jest w terapii atopowego zapalenia skóry. Probiotyki stymulują wrodzoną odporność gospodarza na patogeny, jak również powodują hamowanie reakcji nadwrażliwości na antygeny, np. pokarmowe. Stwierdzono, że podawanie Lactobacillus casei i Lactobacillus acidophilus znacznie podnosi odporność fagocytarną makrofagów, która odgrywa kluczowa rolę w procesie usuwania przez komórki związków toksycznych.

Oddziaływanie fizjologicznej flory bakteryjnej w organizmie jest wielokierunkowe i bardzo zróżnicowane. Zalicza się do niego między innymi:

  • zapobieganie kolonizacji przewodu pokarmowego przez drobnoustroje patogenne,
  • stymulowanie aktywności układu immunologicznego gospodarza,
  • wytwarzanie przez bakterie jelitowe substancji hamujących lub eliminujących patogenne drobnoustroje, np. kwasy organiczne, nadtlenek wodoru, bakteriocyny,
  • hamowanie wzrostu bakterii patogennych poprzez stwarzanie niekorzystnych warunków środowiska (kwaśne pH) i stymulowanie perystaltyki jelit,
  • wytwarzanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych ( m.in. octowego, propionowego, masłowego), będących materiałem energetycznym dla nabłonka jelita grubego,
  • działanie cytoprotekcyjne, pobudzające procesy regeneracji nabłonka jelit, dzięki wytwarzaniu argininy, cysteiny i glutaminy,
  • uczestniczenie w procesie trawienia pokarmów zawierających laktozę, oligosacharydy i niektóre rodzaje błonnika,
  • działanie antykarcerogenne poprzez hamowanie procesów gnilnych, w wyniku których wytwarzane są nitroazaminy,
  • ułatwianie wchłaniania wapnia,
  • obniżanie poziomu cholesterolu we krwi poprzez przetwarzanie go w sterole,
  • wytwarzanie witamin B1, B2, B12 i K.

Drobnoustroje występujące w składzie mikroflory przewodu pokarmowego

Miejsce występowaniaDrobnoustroje
ŻołądekLactobacillus spp.
Jelito cienkie:

dwunastnica

jelito czcze

jelito kręte

Lactobacillus spp.

Streptococcus spp.

Escherichia coli

Bacteroides spp.

Enterococcus spp.

 

Jelito grube

Bakterie beztlenowe

Bacteroides fragilis

Fusobacterium spp.

Bifidobacterium bifidum i inne gatunki

Lactobacillus spp.

Clostridium perfringens

Clostridium septicum

Eubacterium spp.

Actinomyces spp.

Prevotella spp.

Peptostreptococcus spp.

Finegoldia magna

Micromonas micros

Peptococcus niger

Veillonalla spp.

Bakterie tlenowe i względnie beztlenowe

Enterobacter spp.

Escherichia coli

Klebsiella spp.

Proteus spp.

Pseudomonas spp.

Enterococcus faecalis

Staphylococcus spp.

Bacillus spp.

Organizm ludzki jest miejscem bytowania wielu różnorodnych typów bakterii wchodzących w szereg reakcji, zarówno pomiędzy sobą, jak i organizmem gospodarza. Dostarczanie w trakcie profilaktyki, bądż terapii wielu schorzeń probiotyków może mieć duże znaczenie. Należy jednak zawsze pamiętać o doborze właściwych szczepów i zadbać o długoterminowość stosowania, ze zwróceniem jednak uwagi na możliwość powodowania antybiotykoodporności u pacjenta.