Кроме того, при расщеплении полисахаридов и гликопротеидов внеклеточными гликозидазами микробного происхождения образуются моносахариды (глюкоза, галактоза и т.д.), при окислении которых в окружающую среду выделяется в виде тепла не менее 60% их свободной энергии [12, 13, 22, 25].
Другой важный эффект - стимуляция локального иммунитета, в первую очередь обусловленный усилением секреции ключевого звена системы местного иммунитета, а именно секреторного IgА [12, 16, 19, 25, 34, 38].
Низкомолекулярные метаболиты сахаролитической микрофлоры, в первую очередь КЖК, лактат и др., обладают заметным бактериостатическим эффектом [11, 25, 48, 51, 61]. Они способны ингибировать рост сальмонелл, дизентерийных шигелл, многих грибов. В то же время бактериостатический эффект не распространяется на резидентную микрофлору. С другой стороны, низкомолекулярные метаболиты, блокируя своими адгезинами рецепторы эпителиоцитов, препятствуют адгезии патогенной микрофлоры к эпителию и обладают способностью индуцировать хемотаксис бактерий [11-13]. Этот эффект, с одной стороны, дает возможность нормальной микрофлоре, не обладающей локомоторным аппаратом (например, бактероидам [57]), но ассоциированной с подвижными видами, заселять свои экологические ниши. С другой стороны, низкомолекулярные метаболиты и некоторые короткие пептиды играют роль репеллентов по отношению к ряду болезнетворных бактерий [12, 13, 25, 38].
Многие резидентные бактерии имеют специализированные лигандные структуры, обеспечивающие адгезию - адгезины. Бактериальные колонии и ассоциации также укрепляются за счет ионных, полярных и гидрофобных взаимодействий в гликопротеидном слое гликокаликса и оказываются резидентами, проявляя естественный антагонизм чужеродным агентам. Это обеспечивается путем контактных взаимодействий, представленных обычной адгезией бактериальных клеток к эпителию, где играют роль как неспецифические (физико-химические) факторы, так и специфические лиганд-рецепторные взаимодействия [12, 13, 25, 38].
Обсуждается вопрос о ключевом участии микрофлоры в обеспечении противовирусной защиты хозяина [12, 21, 38, 46, 48, 54]. Благодаря феномену молекулярной мимикрии и наличию рецепторов, приобретенных от эпителия хозяина, микрофлора приобретает способность перехвата и выведения вирусов, обладающих соответствующими лигандами [12].
Следует также подчеркнуть, что резидентные виды микрофлоры помогают эпителию поддерживать необходимые значения физико-химических параметров гомеостаза - редокс-потенциал, рН, реологические характеристики в контактной зоне [12, 21, 38, 56, 64].
По результатам экспериментальных данных, опубликованных в зарубежной литературе, активно обсуждается участие микрофлоры в обеспечении и контроле моторной активности кишечника, посредством продукции монокарбоновых (короткоцепочечных) жирных кислот [2, 20, 44, 46, 49, 61].
Системные функции микробиоты осуществляются путем реализации дистанционных и внутриклеточных взаимодействий [12, 13, 25, 64]. Дистанционные взаимодействия поддерживаются за счет обмена метаболитами, в основном низкомолекулярными и ''сигнальными молекулами'' ''микробиотного'' происхождения: монокарбоновыми и дикарбоновыми кислотами и их солями, циклическими нуклеотидами, оксикислотами, аминокислотами, аминами и др. Например, g-аминомасляная кислота (ГАМК) - антистрессорный медиатор, которая продуцируется в больших количествах бактериальной микрофлорой, образует единый пул с эндогенной фракцией ГАМК. Изменение уровня ГАМК у больных синдромом раздраженного кишечника (СРК), возможно, объясняет наличие низких порогов возбуждения, склонность к повышенной возбудимости и тревожности, пониженного порога болевой чувствительности у данной группы пациентов по сравнению со здоровыми субъектами [17, 18].
Микробиота является своего рода хранилищем микробных плазмидных и хромосомных генов [12, 25, 38, 64], обмениваясь генетическим материалом с клетками хозяина. Реализуются внутриклеточные взаимодействия путем эндоцитоза, фагоцитоза и др. При внутриклеточных взаимодействиях достигается эффект обмена клеточным материалом. В результате этого микробиота приобретает рецепторы и другие антигены, присущие хозяину и делающие ее ''своей'' для иммунной системы макроорганизма. Эпителиальные ткани в результате такого обмена приобретают бактериальные антигены [12, 47, 51].
Системная стимуляция иммунитета - одна из важнейших функций микробиоты. Известно, что у безмикробных лабораторных животных иммунитет не только подавлен, но и происходит инволюция иммунокомпетентных органов [12, 16, 38, 46, 47]. Другая важнейшая функция - участие в поддержании ионного гомеостаза организма, поскольку всасывание эпителием монокарбоновых кислот тесно сопряжено с транспортом натрия [12, 17, 22, 61].
Еще один эффект обусловлен продуцированием вторичных метаболитов, т.е веществ стероидной природы - конъюгатов желчных кислот с образованием эстрогеноподобных субстанций, оказывающих влияние на дифференцировку и пролиферацию эпителиальных и некоторых других тканей, на экспрессию генов или изменяющих характер их действия [12, 25, 38, 47, 64].
Микробиота выполняет витаминосинтезирующую функцию (витамины группы В, К), является поставщиком коферментов (токоферолы, b-аланин, необходимый для синтеза пантотеновой кислоты, и т.д.) [19, 21, 38, 47, 54, 64].
Участие в регуляции газового состава кишечника и других полостей организма хозяина осуществляется функционированием метанообразующих бактерий, использующих водород для своего метаболизма. Известно, что водород создает восстановительную среду в просвете кишечника, а чрезмерное понижение окислительно-восстановительного потенциала приводит к блокированию ферредоксинсодержащих терминальных ферментов редокс-цепей анаэробов [57]. Газы диффундируют в кровоток, образуя нестабильные комплексы с гемоглобином, впоследствии высвобождаются в легких, влияя на регуляцию кислородного обмена [3, 5, 12, 13, 25].
Микробиота также принимает участие в детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов и метаболитов (амины, меркаптаны, фенолы, мутагенные стероиды и др.), с одной стороны, представляя собой массивный сорбент, выводя из организма токсичные продукты с кишечным содержимым, с другой - утилизируя их в реакциях метаболизма для своих нужд [12, 16, 19, 21, 38].
Итак, взаимоотношения хозяин-микробиота носят сложный характер, реализующийся на метаболическом, регуляторном, внутриклеточном и генетическом уровнях [12, 13, 25].
Участие микробиоты в формировании целого ряда функций (или их поддержания) доказано на моделях безмикробных животных. Экспериментальные данные [38] свидетельствуют, что у безмикробных животных истончена в кишечнике собственная пластинка (Lamina propria) за счет уменьшения числа клеточных элементов и сниженной гидратации тканей. Это приводит к уменьшению удельной и общей площади поверхности слизистой оболочки кишечной ткани, увеличению секреции желудочного сока, экскреции ионов натрия и общего количества белка в поджелудочной железе. Заметно снижены митотическая активность энтероцитов и скорость их миграции по микроворсинкам. У безмикробных животных на 25% по сравнению с физиологической нормой снижен основной обмен, нарушена перистальтика кишечника, всасывание воды, усвоение насыщенных жирных кислот, продукция витаминов групп В, К и др., печеночно-кишечная циркуляция желчных кислот, холестерина, желчных пигментов. У гнотобиотических животных отмечена ареактивность гладкой мускулатуры сосудов и кишечника к воздействию катехоламинов, имеет место мышечная гипотония. Вазодилатация обусловливает снижение ударного объема сердца и циркулирующей крови. Снижение гемопоэтической функции проявляется в падении числа лейкоцитов и лимфоцитов в крови. У подобных животных изменены функции гипофиза, надпочечников и поджелудочной железы, отмечена гипоплазия лимфоидной ткани, нарушены организация и созревание ретикулоэндотелиальной системы, понижены уровни комплемента, лизоцима, снижена фагоцитарная активность лейкоцитов.
Таким образом, микрофлора выполняет ряд важнейших функций как на местном, так и на системном уровнях, и можно сказать, что основная их часть осуществляется участием ее метаболитов в различных биологических процессах макроорганизма, в частности КЖК, которые обеспечивают многочисленные физиологические эффекты (табл. 3).
Нормальный состав кишечной микрофлоры может быть только при нормальном физиологическом состоянии организма. Как только в организме происходят патологические изменения, меняются состав и свойства кишечной микрофлоры, нарушаются ее локальные и системные функции [16, 19, 21, 25, 34, 38, 47, 64].
Приведем примеры изменения микробиоценоза кишечника при различной патологии ЖКТ.
По результатам изучения КЖК в кале при СРК с преобладанием запора и диареи (СРК-З и СРК-Д), нами установлены противоположные изменения в родовом составе кишечной микрофлоры при различных типах нарушения моторики кишечника. Так, при СРК-З происходит активизация родов аэробных бактерий, в частности обладающих протеолитической активностью (так как кишечные палочки, фекальные стрептококки рассматриваются как сильнейшие протеолитики). При СРК-Д наблюдается повышение активности анаэробных микроорганизмов родов бактероидов, пропионибактерий, клостридий и т.д. Это связано с переключением метаболизма колоноцитов с цикла Кребса на активацию гексозомонофосфатного шунтирования (ГМШ), что при СРК-З приводит к увеличению продукции токсичных форм кислорода и "аэробизации" среды, способствующих активизации аэробных микроорганизмов; при СРК-Д - к активации анаэробного типа гликолиза, приводящего к угнетению жизнедеятельности облигатных анаэробов за счет блокирования терминальных ферредоксинсодержащих ферментов и активизации условно-патогенных штаммов анаэробов, в частности бактероидов [2, 3].
При неспецифическом язвенном колите (НЯК) по результатам изучения КЖК также отмечается усиление активности анаэробных микроорганизмов, однако при этом превалируют роды клостридий, фузобактерий, эубактерий, причем штаммы, обладающие гемолитической активностью [20, 47, 48, 54]. Однако надо отметить, что изменение качественного состава КЖК [10], характеризующего родовой состав микрофлоры кишечника, находится в четкой зависимости от локализации воспаления, активности патологического процесса и степени тяжести заболевания. Объясняется это тем, что в различных отделах толстой кишки доминируют различные популяции микроорганизмов, утилизация и абсорбция данных кислот в различных отделах толстой кишки происходит по-разному, и кроме того, с повышением кровоточивости происходит нарастание активности гемолитической флоры [61, 58, 62, 63].
У больных с повышенным риском камнеобразования в желчном пузыре и при желчно-каменной болезни (ЖКБ) по результатам изучения КЖК в кале нами выявлено изменение качественного состава микрофлоры, выражающееся в повышении активности тех родов микроорганизмов, которые задействованы в 7-a-дегидроксилировании желчных кислот, а именно аэробных микроорганизмов (в частности E. coli и т.д.) и анаэробов: некоторых штаммов родов бактероидов, клостридий, эубактерий. Причем эти изменения носили стойкий характер вне зависимости от типа нарушений моторно-эвакуаторной функции кишечника [3].
С другой стороны, микрофлора не может не участвовать в поддержании функциональных расстройств или патологического процесса.
Например, в экспериментах in vitro Т.Yajima (1985 г.) [44] установил влияние аппликации пропионовой, масляной, валериановой кислот на возникновение сокращений изолированных сегментов толстой кишки. Наши результаты изучения содержания КЖК в кале у больных с различными вариантами СРК [2, 3] подтверждают данную концепцию, а именно: увеличение или уменьшение концентраций кислот, продуцируемых микрофлорой, четко соотносится с типом моторно-эвакуторных расстройств кишечника при данной патологии.
Приведем другой пример. В последнее время большое значение уделяется роли индигенной микрофлоры в качестве одной из причин поддержания патологического процесса при НЯК. Объясняется это тем, что в результате нарушения муцинообразования и т.п. просветные микробные агенты и/или продукты их жизнедеятельности получают доступ к слизистой оболочке через нарушенный слизистый барьер, где они активируют кишечные воспалительные клетки, которые секретируют цитокины, метаболиты арахидоновой кислоты, протеазы, оксид азота и токсические кислородные радикалы, закрепляя воспалительный ответ. При этом нарушенное регулирование местного и системного звеньев иммунной системы приводит к активации самоподдерживающегося воспалительного каскада. Этот каскад может вовлекать некоторые или все провоспалительные и противовоспалительные медиаторы. Увеличение всасывания бактериальных агентов, нарушение симбионтных отношений между микрофлорой и организмом оказывают стимулирующий эффект на иммунную систему, поддерживают и усиливают воспаление.
Как было указано, микрофлора продуцирует огромное количество метаболитов, в том числе эндогенных нейротрансмиттеров (аммиак, меркаптаны, коротко- и среднецепочечные кислоты и т.д.) не только полезных, но и потенциально опасных для макроорганизма. Так, при заболеваниях печени, в частности при развитии портосистемного шунтирования (цирроз печени), они не метаболизируются гепатоцитами в связи с их функциональной несостоятельностью и, проникая в центральный кровоток, оказывают токсическое влияние на астроглию, вызывая клинические признаки печеночной энцефалопатии.