Микробиота. Как бактерии кишечника влияют на заболевания

После небольшого перерыва в связи с майскими выходными продолжаем серию статей про микробиоту кишечника. Мы с Атласом уже рассказали, как работает микробиота и какие бактерии живут в кишечниках россиян. Сегодня делимся информацией, как некоторые заболевания тесно связаны со здоровьем кишечника.

Автор иллюстраций Rentonorama

Бактерии вокруг нас

Обычаи поддержания чистоты тела и дома существовали почти во все времена (исключение составляет Средневековье, но мы помним, к чему привела в итоге антисанитария той эпохи). И это было не случайным. Во многих культурах понятие физической чистоты связано со здоровьем и красотой, хотя о существовании микроорганизмов узнали лишь в 17 веке, а слово Bacterium появилось в 19 веке. Кажется, люди интуитивно понимали, что человеку нужно поддерживать чистоту, просто не знали, какой механизм за этим скрывается.

Мы принимаем душ, чистим зубы, моем посуду, полы — все это для того, чтобы избежать вредного действия бактерий, будь то неприятный запах или развитие инфекции. Сегодня мы знаем, что мыть руки перед едой нужно, чтобы избавиться от патогенных организмов и снизить вероятность заболеваний.

Ученые пришли к выводу, что бактерии — важная часть нашей жизни. Но не так давно выяснилось, что чрезмерная чистота тоже вредит: иммунная система слабеет, если реже сталкивается с разными видами бактерий, а горячая вода разрушает защитный жировой слой кожи и ее микробиом, из-за чего она хуже справляется со своими функциями. Они поддерживают функции наших органов, но в тоже время могут и навредить.

Про них мы сейчас и расскажем. Сейчас достаточно исследований, чтобы оценить, как микробиота кишечника связана с сахарным диабетом 2 типа, атеросклерозом, ожирением, язвенным колитом и болезнью Крона.

Ожирение

Ожирение — состояние, при котором количество жировой ткани в теле человека превышает норму. Оценивают количество лишнего веса по индексу массы тела человека. Признак лишнего веса — индекс 25, а ожирения — 30. Проверить свой ИМТ можно с помощью калькулятора. ИМТ подходит не всем. Например, при мускулистом телосложении он тоже будет высоким, поэтому, чтобы оценить полную картину, дополнительно могут измерять талию.

Главной причиной набора веса считается потребление калорий, которые не расходуются организмом, а запасаются в виде жировой ткани. Ожирение может приводить к метаболическому синдрому, атеросклерозу, диабету 2 типа, высокому кровяному давлению, некоторым видам рака и другим опасным заболеваниям и состояниям.

Это выяснилось из нескольких наблюдений. Микробиота участвует в метаболизме веществ. Во-вторых, если пересадить микробиоту толстой мышки другой, которая выросла в стерильной среде без бактерий, вторая начнет стремительно набирать вес. Во-первых, микробиота худых людей отличается от людей с ожирением. Также если пересадить микробиоту полного человека стерильной мышке, она тоже будет набирать вес.

В этом нам, вероятно, помогают бактерии отдела Firmicutes. Есть данные, что диета с высоким содержанием углеводов способствует развитию такого типа микробиома, при котором организм получает больше энергии из еды, что повышает риск ожирения и нарушения метаболизма.

Но, как мы писали в прошлой статье, исследования дают смешанные результаты. Они расщепляют пищевые волокна и добывают из еды больше энергии, чем остальные, что может повышать риск ожирения. Иногда у людей с ожирением выше представленность другого отдела, который связан с западным типом питания.

Предполагается, что при диетах с высоким содержанием жиров происходит распад бактериальных клеток, и в кровь попадает большое количество липополисахаридов (останков мертвых бактерий), что приводит к слабому воспалению и увеличивает риск ожирения.

При этом разнообразие положительно коррелировало с потреблением клетчатки в рационе. Исследование с участием близнецов показало, что менее разнообразный микробиом связан с набором лишнего веса, и наоборот, разнообразный состав бактерий снижает вероятность ожирения.

Про первую мы писали в прошлой статье, а вторая интересна тем, что она из всех других родов наиболее часто передается по наследству. Еще есть несколько бактерий, которые защищают человека от ожирения — Akkermansia muciniphila и Christensenella.

В основном эту процедуру делают в зарубежных клиниках, так как в России ее пока проводят в экспериментальном режиме. Сегодня для борьбы с ожирением и лишним весом пациенту могут предложить пересадку микробиоты.

Сахарный диабет 2 типа

Диабет 2 типа — хроническое заболевание, при котором организм не может справиться с поступающей глюкозой. Когда глюкоза попадает в кровоток, гормон инсулин помогает перенести ее в клетки, а остатки запасает в виде гликогена. При сахарном диабете 2 типа развивается устойчивость к инсулину: организм перестает на него реагировать и глюкоза не доходит до клеток, а остается в кровотоке.

Один из главных факторов развития сахарного диабета 2 типа — ожирение. Избыточное количество глюкозы в крови может приводить к повреждению нервов, почек, глаз, высокому кровяному давлению, атеросклерозу и другим болезням сердца и сосудов. Предполагается, что клетки брюшного жира высвобождают провоспалительные вещества, из-за которых организм становится менее чувствительным к инсулину.

Этот отдел как раз главный по переработке клетчатки и производству масляной кислоты. Согласно исследованиям, микробиота людей с диабетом 2 типа содержит меньшую представленность родов отдела Firmicutes. Также в микробиоте людей с диабетом 2 типа обнаружено больше патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, таких как Bacteroides caccae, Clostridium hathewayi, Clostridium ramosum, Clostridium symbiosum, Eggerthella lenta и Escherichia coli (кишечная палочка).

Мета-анализ 9 крупных исследований показал, что риск был на 33% ниже у придерживающихся именно цельнозерновой диеты. Что интересно, не все виды клетчатки снижают риск диабета 2 типа. У тех, кто потреблял преимущественно овощи и фрукты, риск не менялся.

Объяснить, почему именно нерастворимые виды клетчатки снижают риск диабета сложно. Фрукты и овощи содержат в основном водорастворимые виды клетчатки, в то время как злаки — нерастворимые. Возможно это связано с тем, что овощи и фрукты содержат гораздо больше простых сахаров, чем злаки.

В нескольких исследованиях отмечается положительная связь между белковой диетой и риском развития диабета 2 типа. Есть еще одно интересное предположение. И, кажется, это так. Ученые предположили, что нерастворимая клетчатка может влиять на всасываемость белка в организме. Исследование на людях с ожирением с измерением различных биомаркеров в кале и моче показало, что животный белок хуже всасывается в тонком кишечнике при добавлении в диету злаковых волокон.

Атеросклероз

Атеросклероз — состояние, при котором в сосудах образуются отложения холестерина. Эти бляшки препятствуют нормальному поступлению крови к мозгу и сердцу, что может приводить к ишемической болезни сердца и инсульту.

Микробиота может влиять на уровни этих веществ, тем самым повышая или понижая риск развития атеросклероза. Одна из главных причин атеросклероза — высокие уровни холестерина и триглицеридов в крови, к которым приводит диета богатая насыщенными жирами.

Некоторые бактерии могут синтезировать желчные кислоты, которые всасываются кишечником и через рецепторы влияют на метаболизм глюкозы и жиров. Механизмы, опять же, неясны (вы, наверное, поняли, что самое слабое место исследований — найти причинно-следственную связь), но есть несколько интересных предположений.

Также согласно исследованиям бактерия Akkermansia muciniphila улучшает барьерную функцию кишечника и влияет на защищенность от атеросклероза. Сравнение микробиома здоровых людей и людей с атеросклерозом, показало, что у первых выше представленность бактерий Roseburia и Eubacterium (подробнее о бактериях читайте в предыдущей статье), а представленность Collinsella — ниже.

Ruminococcus gnavus — бактерия, которая связана с воспалениями кишечника и низким разнообразием микробиоты, тоже была выше среди группы людей с атеросклерозом. В другом исследовании отмечается, что у людей с атеросклерозом выше представленность таких патогенных бактерий, как Escherichia coli, Klebsiella spp и Enterobacter aerogenes. Отмечается, что микробиота людей с атеросклерозом менее сбалансирована и разнообразна в сравнении со здоровой группой.

Воспалительные заболевания кишечника

Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) — хронические воспаления желудочно-кишечного тракта, к которым относится болезнь Крона и язвенный колит. При этих заболеваниях клетки иммунной системы атакуют здоровые ткани кишечника, что приводит к воспалению, кровотечению и образованию язв. Синдром раздраженного кишечника не относится к этой группе заболеваний.

Воспалительные заболевания кишечника могут приводить к другим опасным состояниям, например раку толстой кишки. Главное отличие между заболеваниями в том, что язвенный колит развивается только в кишечнике, тогда как болезнь Крона может проявиться в любом органе желудочно-кишечного тракта.

Например, масляная кислота может регулировать клетки иммунитета Т-киллеры и запускать антибактериальных функций макрофагов, что защищает от образования язв. Бактерии кишечника производят метаболиты, которые участвуют в иммунных реакциях и формировании среды. Согласно исследованиям образцы кала пациентов с ВЗК содержали меньше масляной кислоты, а микробиота — меньше бактерий, которые ее производят.

В кишечнике людей с ВЗК наблюдается избыток желчных кислот, которые участвуют в иммунном ответе организма. Ученые также отмечают, что у людей с ВЗК представленность бактерий Roseburia hominis, Dorea formicigenerans и Ruminococcus obeum меньше, и в целом их микробиота менее разнообразная в сравнении со здоровой популяцией. Это может быть одной из причин, почему клетки иммунитета начинают разрушать здоровые ткани организма. При этом менее разнообразная микробиота не может производить достаточное количество многих других важных метаболитов.

Также в данный момент активно изучается применение пересадки микробиоты для лечения воспалительных заболеваний кишечника. Для лечения язвенного колита и болезни Крона могут использовать пробиотические бактерии, которые поддерживают баланс микробиоты, укрепляют защитные функции слизистого слоя и замедляют отмирание клеток кишечника.

В следующей статье мы подробнее расскажем, как заботиться о бактериях: чем их кормить, от чего оберегать и зачем заниматься спортом.