儿童肠道微生态系统的特点与疾病

专家笔谈 儿童肠道微生态系统的特点与疾病

四川大学华西第二医院儿科(四川成都610041)毛萌

中图分类号R725 文献标识码A 文章编号1000-3606(2005)10-679-04

自1890年Tissier教授发现双歧杆菌并命名以来,人们一直没有放弃对双歧杆菌的研究。既往的研究已经明确:人在出生后大约5~6h就有双歧杆菌定植于肠道内,1~2周后成为肠道的优势种群。双歧杆菌不但伴随人体终身,而且与人体肠道功能、免疫功能和营养代谢密切相关,是保证儿童正常生长发育所必需的。充分认识儿童肠道微生态系统形成的规律和特点,对在临床上正确诊断和处理腹泻相关性疾病很有帮助。

一、几个重要概念

(一)微生态学(microecolo gy):即微观生态学,是研究正常微生物群各个成员之间、正常微生态群与其宿主(动物、植物和人)之间相互关系的生命科学的分支,是细胞水平、分子水平的生态学。

(二)微生态制剂(microecolo g ics,microeco logical preparation):利用正常菌群成员或其促进物质制备成的活的微生物制品,以补充和充实微群落内涵,改变不正常的微群落成分,维持和调整微生态平衡,达到防治疾病促进健康的目的。

(三)益生菌或益生菌制品(probiotics):能改善肠道菌群平衡,有益地作用于宿主动物的活的微生物食品或饲料添加剂。益生菌应具备的条件:!制作过程中能保持活性并能工业化生产;∀在使用和保存或运输过程中能保持活性和稳定性;#在微生态竞争中能存活下来;∃能够为宿主提供有效的有益于健康的功能。

(四)益生元(prebiotics):是一类通过选择性地刺激一种或几种结肠内有益菌生长和/或活性,有益地作用于宿主、改善宿主健康的非消化性食物成分(non_di g estible food in g redients)。

(五)合生元(synbiotics):是指由益生菌和益生元混合的复合制剂。合生元既强调其含有通过宿主消化道屏障存活并定植而产生相当生理作用的活的微生物,又强调其内含有不被人类消化和利用的促进一种或几种生理性细菌生长、繁殖的物质。

二、肠道微生态系统的建立及其影响因素

(一)肠道微生态系统的建立:新生儿刚出生时其胎粪是无菌的,出生大约2h左右开始即可从肠道检出大肠杆菌、肠球菌、葡萄球菌等,其数量不断增加,24h大肠杆菌占优势,可达到108~1011/g(湿粪)。

细菌在生长过程中消耗肠道内的氧气,降低了局部氧化还原电势,从而为专性厌氧菌的建立和生存创造了必需的厌氧条件。专性厌氧菌特别是双歧杆菌发酵糖产生醋酸和乳酸,使肠道pH值迅速下降,促进了以双歧杆菌为首的厌氧菌的定植,且厌氧菌的数目逐渐增加成为优势菌,反过来又抑制需氧菌及兼性厌氧菌的生长,最终肠道菌群在种类和数量上逐渐趋于稳定。

肠道菌群的数量和种类基本稳定后,其功能也达到较佳状态,此状态叫做峰顶(climax),个体肠道从出生时的无菌环境发育到峰顶的过程叫做演替(succession),演替一般需3年左右的时间(见图1)。也有人认为2岁后儿童的肠道菌群即与成人相似[1]。演替过程受许多外界因素的影响,也受到自身生理变化的影响。

特定部位的正常微生物群在种类和数量结构正常时,与宿主间达成微生态平衡(eubiosis),发挥其有益于机体的作用。反之,由于某些原因破坏了正常菌群的结构,使其在种类和数量上发生变化,则正常微生物群与其宿主形成的统一体遭到破坏,出现微生态失调(d y sbiosis)。

(二)影响小儿肠道菌群发育的主要因素

图1出生后肠道微生态系统的建立(演替)

示意图

1.喂养方式:母乳喂养儿可较快建立以双歧杆菌为主的肠道正常微生态系统,且母乳喂养儿粪便中双歧杆菌的数量比人工喂养儿高10倍[2]。母乳中含有高度促进双歧杆菌生长的肽类。在肠道pH值下降的过程中,母乳的缓冲力较弱,肠道的酸性环境比较容易形成。人乳中乙型乳糖( _双糖)含量丰富,利于双歧杆菌、乳酸杆菌生长,产生B族维生素。人乳中尚含有促进双歧杆菌生长的因子%%%双歧因子,是人乳酪蛋白的低聚糖部分,含有N_乙酰_D葡萄糖胺的糖类,为双歧杆菌合成细胞壁所必需。双歧杆菌细胞表面可能具有双歧因子的受体,母乳中含有的白细胞、乳过氧化酶及乳铁蛋白等可抑制腐败性细菌的生长,乳铁蛋白在人乳中的含量为1~2m g/ml,对铁的结合力比血清中的转铁蛋白强100倍,对大肠杆菌也有抑制作用。母乳喂养的时间与肠道细菌定植的种类和量成明显正相关[3]。母乳中所含的低聚果糖不但可以促进双歧杆菌的生长,而且可以预防新生儿坏死性小肠结肠炎(NEC)。母乳作为母亲在子宫外与婴儿的联系纽带,其对婴儿的保护作用越来越受到人们的重视。

2.抗生素的使用:长期使用广谱抗生素或在有腹泻时过度使用,就有可能发生由于菌群变化而引起的肠炎,如难辨梭状芽孢杆菌肠炎,这是因为抗生素在抑制病原菌的同时也抑制了正常肠道菌群,导致条件致病菌的过度生长。尤其是在肠道疾病时使用抗生素可加重肠道菌群失调,导致持续性和难治性腹泻,由此形成恶性循环[4]。

3.生活环境:包括分娩方式、母体菌群、居住地等均可影响肠道菌群的发育。有研究证实,在大城市医院中出生的婴儿比郊区小医院中出生的婴儿粪便中的双歧杆菌少;同一城市不同医院、甚至同一医院不同病房的婴儿粪便中双歧杆菌的检出率都有差别。分娩时及分娩后的阶段,婴儿生活的周围环境对于肠道菌群定植的质和量有很大影响。

三、儿童肠道微生态菌群的平衡与生理作用

在人体的肠道内有100多种数量达100兆以上的细菌生存着,其中有有益菌,也有有害菌。有益菌可促进消化,调节肠道蠕动,抑制有害菌生长,产生维生素C、B1、B2、B6等有益物质,促进食物残渣的排泄,中和肠道内的毒素以及防止产生致癌物质等。而有害菌可引发异常发酵,出现便秘、腹泻,阻碍营养物质的吸收,产生毒素等。肠道正常菌群对消化道有明显的有益作用。

(一)占位性保护:双歧杆菌等主要通过与肠道粘膜上皮细胞紧密结合而产生占位性保护作用,即形成细胞前保护层(肠粘膜屏障由三层保护层组成),可促进动物绒毛上皮细胞的增生,维持正常的肠蠕动。肠道菌群可以保护结肠上皮损伤从而降低各种肠道疾病的发病率。肠道存在保护结肠损伤的肠道菌群配体TLR等。在肠道受到感染或出现炎症反应,TLR的配体形成和表达对于消化道表面的防御功能是至关重要的影响因素[5]。

(二)营养代谢:在肠道内产生具有重要生理作用的有机酸,如醋酸、乳酸等,降低肠道内的p H值及氧化还原电位(Eh),有利于Ca2+、Fe2+及维生素D的吸收;能合成多种维生素,如硫胺素(V itB1)、核黄素(B2)、泛酸、叶酸、维生素B12及维生素K等。双歧杆菌的菌体含有较高的矿物质及微量元素,有利于人体的利用。

(三)拮抗作用:双歧杆菌能明显抑制肠道病原菌的生长繁殖,如伤寒杆菌、痢疾杆菌、致病性大肠杆菌、空肠弯曲菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等。这与其造成的肠道低p H及Eh有关。益生菌的临床随机性试验结果显示,它可降低NEC的发病率和死亡率[6]。

(四)增强人体免疫力:主要表现为激活人体免疫系统。!粘膜免疫和产生I g A抗体:I g A和SI g A 产生均受到肠道菌群的作用。肠道菌群有特异性IgA产生的增强作用。益生菌具有弱抗原作用。有研究发现,将半双歧杆菌直接静脉滴入大鼠,无脓毒血症发生,也未出现异常反应。肠道不仅是消化器官,而且还是人体最大的免疫器官。肠道益生菌可以活化肠系膜淋巴结、粘膜内和粘膜固有层等肠道相关淋巴组织%I g A抗体增加,诱导免疫细胞和吞噬细胞产生细胞因子,尔后通过淋巴细胞再循环,活化全身免疫系统;还通过细菌移位作用直接赋活全身性免疫。∀体液免疫和产生抗体:双歧杆菌胞壁肽聚糖引起免疫应答反应并产生免疫赋活作用已被肯定[1,4]。#促进T淋巴细胞的分化:双歧杆菌定植后促进脾脏和中性细胞内T淋巴细胞的增殖和分化;通过吞噬细胞诱导非特异性反应;阻止细菌移位,预防内源性感染的发生;降低内毒素的损害,预防脓毒症的发生。

四、肠道菌群与疾病由于正常肠道微生态菌群具有以上生理功能,其对维持肠道健康具有重要意义。当各种原因,如肠道内、外感染,喂养不当,抗生素的不合理使用等打破了正常肠道微生态系统的平衡时,必然引起疾病。