Ожирение и кишечная микрофлора.

Число людей с ожирением в последние десятилетия стремительно возрастает. Сегодня во всем мире более 300 млн. людей страдают ожирением (индекс массы тела [ИМТ] больше 30 кг/м²), еще 800 млн. имеют повышенный вес (ИМТ = 25-30 кг/м²). Распространенность и причинная связь с ожирением таких заболеваний как сахарный диабет 2-типа (СД2) и атеросклероз определяют актуальность и большой интерес врачей и исследователей к этой проблеме. Среди многих аспектов ожирения в последнее десятилетие особое внимание привлекает роль и значение изменения кишечной микрофлоры (КМ). Обусловлено это тем, что внедрение новых методов исследования значительно дополнили и расширили наши знания о КМ. С другой стороны, экспериментальные исслeдования демонстрируют патогенетическое значение КМ при ожирении животных. Сравнение групп грызунов, выращенных в стерильных условиях и не имеющих КМ, с животными, выращенных в обычной среде, соответственно, с типичной КМ, показало, что кормление высококалорийной пищей вызывает ожирение у вторых, но не у грызунов без КМ. Пересадка микроорганизмов из слепой кишки мышей с ожирением животным без КМ приводило у последних к ожирению, даже при уменьшении калорийности пищи [1]. Следовательно, наличие КМ, по крайней мере у грызунов, обязательное условие развития алиментарного ожирения.

Микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте у здорового человека существенно больше, чем в других биотопах организма (кожа, дыхательные пути, урогенитальная система). Наиболее плотно заселена толстая кишка. В 1 грамме содержимого толстой кишки определяют 1011−1012 бактериальных клеток. Бактерии составляют около 50-60% сухой массы фекалий. Исследования КМ у людей показали чрезвычайно широкий спектр индивидуальных различий, зависимость от особенностей питания, образа жизни, возраста, времени года, генетических особенностей организма. У здоровых людей в толстой кишке и фекалиях определяется 4 рода бактерий: Bacteroeidetes, Firmicutes, Actinobacteria и Proteobacteria, в свою очередь состоящие из многих групп, классов и видов микроорганизмов [2]. Есть также грибы и археи, но они составляют очень небольшой процент от общей мaccы KM (0,05% и 1% соответственно). Всего в кишечнике обитает около 1500 различных видов микроорганизмов. Абсолютное большинство из них анаэробны. Больше чем 90% микрофлоры дистального кишечника у здоровых людей составляют микроорганизмы рода Bacteroidetes и Firmicutes [3]. Firmicutes, являющийся крупнейшим бактериальным родом, включает в себя более 200 видов, преимущественно грамположительных бактерий, в том числе лактобациллы. Род Bacteroidetes представлен грамотрицательными бактериями. Род Actinobacterium тип состоит из грамположительных бактерий. Важнейшими представителями этого рода являются бифидумбактерии, растущие при потреблении пребиотиков, растительной клетчатки, и способныe стимулировать рост других видов микрофлоры [4]. Следует отметить, что бифидумбактерии представляют собой важную и сложную группу бактерий, присутствие которых часто связано с полезными для здоровья эффектами. Полагают, что количество бифидумбактерий в кишечнике отражает состояние и уровень здоровья организма хозяина. До 5% микрофлоры толстой кишки составляют аэробные микроорганизмы: эшерихии, энтерококки, стафилококки, различные виды условно–патогенных энтеробактерий (протей, энтеробактер, цитробактер, серрации и др.), неферментирующие бактерии (псевдомонады, ацинетобактер), дрожжеподобные грибы рода Сandida и др. Наиболее известный и изученный представитель КМ это кишечная палочка. Связано это не столько со значимостью, сколько с простотой культивирования этого микроорганизма и использования его в качестве модели при множестве экспериментальных исследований. 
КМ питается за счет остатков непереваренной и не усвоенной в кишке пищи, в первую очередь, баластных веществ, устойчивых к пищеварительным ферментам крахмалов, определенных полисахаридов, а также вторичных растительных продуктов и белков, синтезированных в тонкой кишке. Источником питания КМ также является муцин, секретируемый стенкой толстой кишки. Совокупность этих питательных продуктов имеет решающее значение для видового состава КМ.
Количественные и качественные отклонения КМ, понимаемые как патологический синдром, получивший различные наименования: дисбактериоз, дисбиотические нарушения, синдром избыточного бактериального роста, могут иметь значение в патогенезе различных заболеваний, в первую очередь, функциональных и органических заболеваниях кишечника. Продуцируя токсины и канцерогены КМ может также способствовать развитию сепсиса, злокачественных заболеваний, недостаточности различных органов и систем. 
При ожирении выявлены типичные изменения КМ: увеличение количества микробов рода Firmicutes и уменьшение количества микробов рода Bacteroeidetes, что особенно наглядно демонстрируется исследованиями грызунов. У мышей с ожирением микробы рода Firmicutes составляют 80 % всей КМ (у контрольных животных 60 %), а число микробов рода Bacteroeidetes уменьшается наполовину (с 40 до 20 %), по сравнению с мышами с нормальным весом [5]. Аналогичное увеличение соотношения Firmicutes/Bacteroeidetes наблюдалось в различных группах людей с ожирением [6, 7]. 
Гипотеза специфической модуляции КМ вследствии ожирения была также подтверждена исследованиями отдельных видов микроорганизмов. В частности найдено, что при ожирении уменьшается количество бифидумбактерий [8], но растет число Staphylococcus aureus [9]. Противоречивые результаты получены при исследовании лактобацилл. Сообщалось об увеличении количества лактобацилл при ожирении [10]. Другими исследователями установлено, что потеря веса за счет ограничения калорийности пищи и физической активности у подростков увеличивает число лактобацилл в толстой кишке [11]. Лактобациллы являются одним из видов микробов рода Firmicutes, число которых согласно большинству опубликованных исследований при ожирении существенно увеличено. 
Следует подчеркнуть, что не все исследователи находили описанные выше изменения КМ при ожирении. Применение такого нового метода исследования как анализ секвенированных бактериальных генов 16S рРНК показало, что изменения КМ при ожирении у человека не столь уж однозначны. В ряде работ вовсе не было найдено различий КМ у лиц с ожирением и нормальным весом [12]. Однако даже в этих исследованиях находили отличия КМ при ожирении. Оказалось, что КМ у лиц с ожирением продуцирует больше энергетического субстрата (бутирата) по сравнению с КМ худых людей [13]. Также установлено, что при ожирении в кишечнике определяется достоверно больше генов, характерных для бактерий, синтезирующих короткоцепочные жирные кислоты [13]. Это согласуется с наблюдениями, показавшими различия в уровне микробных метаболитов в моче при сравнении лиц, страдающих ожирением, и без него [14]. Таким образом, при всей противоречивости данных можно заключить, что КМ при ожирении претерпевает определенные и, вероятно, специфические изменения. 
Проблема соотношения ожирения и состава КМ существенно осложняется известным фактом влияния характера питания на различные микроорганизмы желудочно-кишечного тракта. Одним из факторов развития ожирения как известно является избыточное питание, в первую очередь, за счет жирной пищи. Поэтому особый интерес представляют данные о влиянии пищи, обогащенной жирами, на состав КМ. Кормление животных подобной пищей даже в случае сохранения низкого веса приводило к типичным для ожирения изменениям КМ: к снижению содержания в просвете толстой кишки Bacteroidetes и увеличению  численности Firmicutes [15]. При этом увеличивалось также число микроорганизмов, ответственных за переработку сахара в кишечнике [15]. Примечательно, что животные с подобными изменениями КМ были способны усваивать больше жиров из кишечника. Увеличение Firmicutes в кишечнике при кормлении жиром мышей находили на протяжении многих месяцев [14]. Также сообщается, что кормление грызунов пищей с высоким содержанием жиров ассоциировалось с увеличением семейства Lachnospiraceae и классов Bacteroides и Mucispirillum, в то время как обезжиренная пища было связана с увеличением семейства Allobaculum [16]. Подобное влияние на КМ пищи с высоким содержанием жиров найдено также у человека. Увеличение потребления калорий от 2400 до 3400 ккал / сут как у людей с ожирением, так и без него, приводили к быстрым изменениям КМ: в фекалиях наблюдалось 20%-ное увеличение количества Firmicutes и соответствующее уменьшение Bacteroidetes [12].
Соотношение между Firmicutes и Bacteroidetes динамично отражает вес человека и смещается в сторону Bacteroidetes, если ожирение уменьшается. На сегодняшний день самым эффективным средством для лечения ожирения является желудочно-кишечное шунтирование. Оказалось, что после этой операции существенно изменяется состав КМ. Наряду со снижением веса находили уменьшение относительного числа микробов рода Firmicutes, существенно повышенного до оперативного вмешательства. Повышенное количество микроорганизмов вида Prevotellaceae до операции снижалось после нее до уровня здоровых людей без повышения веса, тогда как другие бактерии, такие как вид энтеробактерий Akkermansia, увеличивался. Снижение веса после бариатрической операции у лиц с ожирением сопровождалось уменьшением количества бифидумбактерий в фекалиях [18]. В другом клиническом исследовании показано увеличение количество фекальной E. coli спустя 3 и 6 месяцев после желудочно-кишечного шунтирования. 
У животных после операции шунтирования отмечалось увеличение доли Enterobacter hormaechei на 200 - и 42,8 раза спустя 2 и 8 недель соответственно [19]. Так как E. coli и Enterobacter hormaechei принадлежат к семейству энтеробактерий, их пропорциональное увеличение может быть прямым следствием операции желудочно-кишечного шунтирования. 
Снижение веса при ограничении калорийности пищи также сопровождалось изменениями КМ. У 12 больных с ожирением при снижении веса до нормального уровня за счет ограничения калорийности пищи спустя 52 недели отношение Firmicutes к Bacteroidetes снижалось до уровня, характерного для здоровых людей без ожирения [6]. У подростков с ожирением 10 недельное ограничение калорийности пищи в сочетании с физическими упражнениями, приводившее к снижению веса более чем на 4 кг, в фекалиях наблюдалось значительное увеличение Bacteroidetes [11]. Эта же группа исследователей установила положительную корреляцию отношения Bacteroides / Prevotella с весом человека [20]. В другом исследование нашли, что уменьшение веса при ожирении за счет диетических ограничений и повышения физической активности привело к уменьшению количества Bifidobacterium bifidum и Bifidobacterium breve при одновременном увеличении количества Bifidobacterium catenulatum [11].
Таким образом, ожирение сопровождается типичными изменениями КМ. Употребление высококалорийной пищи (наиболее значимого фактора патогенеза ожирения) вызывает сдвиги КМ, аналогичные наблюдаемым при ожирении. Тем самым однозначно обозначить причину изменений КМ у лиц с повышенным весом - избыточное питание или ожирение - весьма сложно. Проблема причинно-следственной связи изменений КМ и ожирения остается нерешенной. Влияние КМ на метаболические процессы несомненно. Наличие микроорганизмов в кишечнике необходимое условие развития ожирения. Есть все основания полагать, что изменения КМ могут быть частично ответственны за развитие ожирения. С другой стороны, ожирение влияет на КМ. Количественный и качественный состав КМ человека помимо прочего определяется генетическими особенностями. Наряду с этим несомненна генетическая предрасположенность к ожирению. Поэтому можно предположить, что определенные генетические изменения способствуют как развитию ожирения, так и сдвигам видового состава КМ. 
Функции КМ весьма разнообразны, часть из них эссециальна для организма хозяина. Важнейшими являются иммуномодуляция [21], обеспечение витаминами (тиамином, рибофлавином, пиридоксином, B12, K), обеспечение слизистой оболочки кишечника энергетическим субстратом – бутиратом [22], стимуляция перистальтики кишечника, продукция короткоцепочных жирных кислот (бутират, уксусная кислота, пропионовая кислота) [23], обезвреживание ксенобиотиков [24]. КМ весьма активно участвует в метаболических процессах хозяина. Наряду с указанными выше производству витаминов, короткоцепочных жирных кислот, к метаболическим функциям микрофлоры кишечника относится синтез аминокислот, лактата, этанола, сукцината, формиата, капроата, изобутиратов, изовалериановой кислоты, а также биотрансформация желчных кислот. Последние, как и короткоцепочные жирные кислоты, влияют на уровень холестерина и метаболизм глюкозы [25]. 
Важное значение имеет пищеварительная функция КМ [22]. Микроорганизмы участвует в переваривании остатков пищи, поступающей в толстую кишку. За счет КМ увеличивается примерно на 10 % количество усваеваемой организмом человека энергии. Причем у лиц с ожирением пищеварительная деятельность КМ выше, чем без ожирения. Найдено, что КМ людей с ожирением содержит повышенное количество ферментов, расщепляющих крахмал и другие полисахариды. Это ведет к увеличению усвоения энергии из употребленной пищи и способствует дальнейшему повышению веса. Наконец, КМ определяет состояние кишечного барьера. Установлено, что определенные изменения КМ при ожирении приводят к нарушению барьерной функции кишечника. В результате из просвета кишки в организм проникает повышенное количество микроорганизмов и способствуют развитию хронического слабо выраженного воспаления жировой ткани, которое,  в свою очередь, известно как патогенетический фактор ожирения [26]. Следовательно, при ожирении меняется определенным образом не только видовой состав КМ, но и ее физиологические свойства. КМ при ожирении характеризуется повышенной пищеварительной активностью, способностью экстрагировать из пищи большее количество энергии, а также повышать проницаемость кишечного барьера.
При всей сложности вопроса взаимосвязи КМ и ожирения совокупность полученных данных, особенно результатов экспериментальных исследований, обосновывают положение, что изменения КМ могут способствовать развитию ожирения. Это оправдывает поиск методов влияния на КМ с целью лечения ожирения. Изучается несколько возможных направлений. Попытки модифицировать питание с целью изменения КМ и влиять на ожирение пока не принесли желаемых результатов. Опубликованные работы о влиянии различных диет и компонентов пищи на КМ столь противоречивы, что их систематизация и разработка схем воздействия на микрофлору кишечника с помощью специфически действующих диет чрезвычайно сложно. Гораздо больше данных накоплено о применении пребиотиков, пробиотиков, а также синбиотиков и полифенолов, за счет которых достигаются целенаправленные изменения КМ.
Пробиотики это препараты, содержащие живые бактерии – естественные представители нормальной микрофлоры кишечника. Большинство ныне используемых пробиотиков содержат штаммы бифидо – и лактобактерий. Реже применяются препараты кишечной палочки, дрожей (Saccharomyces). Гипотезa о положительном влиянии пробиотиков обоснована лауреатом нобелевской премии Ильей Ильичем Мечниковым, который еще в 1901 году описал положительное действие на иммунную систему ежедневного употребления йогуртов, содержащих бактерии, продуцирующих молочную кислоту. Несмотря на интенсивные исследования механизм действия пробиотиков остается неясным. При регулярном применении пробиотиков достигается улучшение состава КМ. Полагают, что пробиотические бактерии продуцируют бактериоцины, угнетающих рост конкурирующих микроорганизмов. Пробиотики стимулируют компоненты иммунной системы, представленных в слизистой кишечника. Последнее обусловливает продукцию секреторных иммуноглобулинов А, выделяющихся в просвет кишечника и прикрепляющихся к слизистой стенке, что усиливает иммунную устойчивость организма. Пробиотики ингибируют продукцию интерлейкина (ИЛ)-6, ИЛ-8 и повышают продукцию ИЛ-10, снижают активность нуклеарного фактора NF-κB, ФНОα, интерферона-гамма. Положительное влияние пробиотиков при ожирении также связывается с угнетающим действием на повышенную проницаемость кишечного барьера, предупреждением апоптоза интестинальных эпителиальных клеток, повышением экспрессии муцина, уменьшением транслокации микроорганизмов и эндотоксемии [27], и в итоге, уменьшением выраженности  субклинического воспаления жировой ткани, известного фактора патогенеза ожирения. 
Пребиотики – неперевариваемые компоненты пищевых продуктов, влияющих на рост и активность множества бактерий кишечника, что положительно сказывается на здоровье хозяина. Большинство пребиотиков являются углеводами: олигосахариды, инулин, лактулоза, фруктаны, олигофруктозы и др. Пребиотики встречаются во многих растительных продуктах (особенно много их в цикории, топинамбуре, козлобороднике), а также вырабатываются промышленным путем (напр., лактулоза производится из лактозы). В неизменном виде пребиотики поступают в толстую кишку, где подвергаются бактериальной ферментации с образованием метаболитов, стимулирующих рост и развитие эн¬догенных бактерий. Пребиотики стимулируют рост бифидо- и лактобактерий, снижают рН содержимого кишечника, регулируют физиологическую леятельность кишечника, продукцию короткоцепочных жирных кислот, угнетают образование ФНОα, ИЛ-8, лейкотриенов [27]. Сочетание пре– и про¬биотиков (препарат синбиотик) обеспечивает бо¬лее высокий и длительный положительный ответ, чем если они используются раздельно. 
Проведенные экспериментальные и клинические исследования демонстрируют возможность лечения ожирения путем влияния на КМ. Применение пробиотического штамма Lactobacillus paracasei, изолированного из тонкой кишки человека, уменьшало накопление жира у мышей даже при кормлении пищей с  высоким содержанием жиров. Примечательно, что у этих животных уровень FIAF (fasting-induced adipose factor, также известный как angiopoietin-like 4 protein)  в циркулирующей крови был повышен. FIAF, угнетая активность липопротеинлипазы, снижает отложение жира. Пробиотические молочнокислые бактерии  L. rhamnosus GG и L. paracasei F19, в меньшей степени Bifidobacterium animalis, стимулировали экспрессию генов FIAF через 6 ч после введения, в то время как синантропный Bacteroides этим эффектом не обладал [28].
Неспособность Bacteroides, бифидобактерий и  анаэробных бактерий стимулировать продукцию FIAF свидетельствует о необходимости дифференцированного применения пробиотиков при ожирении. Этот вывод подтверждается сопоставлением эффекта применения четырех штаммов бифидобактерий человеческого происхождения в крысиной модели ожирения, вызванного перекармливанием [29]. По сравнению с крысами, получавших высокожировуюю пищу без пробиотических добавок, добавление одного из штаммов бифидобактерий приводило к снижению масса тела, другого шамма - к повышению массы тела, а два других штамма бифидобактерий не влияли на массу тела. Интересно, что все штаммы бифидобактерий показали улучшение таких показателей жирового обмена как уровень липидов и холестерина в крови, снижение содержания в гепатоцитах триглиеридов и холестерина. Добавление бифидобактерий в рацион не влияло на уровень глюкозы и инсулина в крови. Следовательно, эффекты пробиотиков при ожирении могут быть штаммоспецифическими. 
Исследования у людей подтвердили экспериментальные результаты эффективности пробиотиков при ожирении. Применение Lactobacillus gasseri в качестве добавки к йогурту в течение 12 недель у 87 взрослых пациентов с ожирением приводило к достоверному снижению количества висцеральной и подкожной жировой клетчатки области, ИМТ, окружности талии [30]. Применение лактобацилл также положительно влияет на чувствительность к инсулину. В двойном слепом рандомизированном исследовании, проведенном у 45 мужчин с СД2 с использованием метода эугликемического гиперинсулинемического клампа, показано, что в группе лиц, получавших лактобациллы в течение 4-х недель сохраняется или нормализуется чувствительность к инсулину, в то время как в группе, получавших плацебо, она снижается [31]. Использование Lactobacillus GG rhamnsus в перинатальный период у 159 пар мать/ребенок сдерживало чрезмерное увеличения веса ребенка в течение 10-летнего последующего наблюдения [32].
Исследование показателей метаболизма также демонстрирует положительное влияние пробиотиков. В рандомизированном, плацебоконтролированном исследовании 30 мужчин показано, что добавление в пищу Lactobacillus Plantarum в течении 6 недель приводит к достоверному снижению в крови уровня липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) и фибриногена [33]. В группе 36 курильщиков применение Lactobacillus Plantarum в течении 6 недель уменьшало уровень фибриногена на 21%, ИЛ-6 - на 41%, маркеров липидного окислительного стресса - на 31% [34]. Авторы предположили, что этот положительный эффект может быть связан с производством пропионовой кислоты путем бактериальной ферментации растительных волокон [34]. Аналогичные результаты дало 3-х недельное применение пробиотических лактобактерий из козьего молока: достоверно снижался уровень ЛПНП и маркеров липидного окислительного стресса [35]. В целом, эти данные подтверждают, что модуляция микрофлоры кишечника у человека положительно влияют на параметры метаболизма и вес организма. 
Тем не менее, клинических исследований, демонстрирующих эффективность использования пробиотиков при ожирении, с достаточным числом наблюдаемых пациентов, с позиций доказательной медицины методически верных, нет. Убедительные результаты, полученные в эксперименте, подтвердить у человека пока не удалось. На таком же этапе находится применение трансплантации фекалий у человека. Эта методика эффективна при лечении диареи, обусловленной Clostridium difficile, и была с положительным результатом апробирована у небольшого числа больных ожирением [36]. 
Другим интересным направлением целенаправленного влияния на КМ с целью ожирения является использование растительных препаратов. В частности, берберин оказывает противодиабетическое действие и снижает вес у больных СД2, как полагают, за счет антимикробной активности. Берберин действует местно в желудочно-кишечном тракте и плохо всасывается. Соответственно он может модулировать КМ без системного антибактериального эффекта [37]. Лечебное действие куркумина частично также обясняется влияние на КМ [38]. Аналогичные свойства проявляет расвератрол, содержащийся в красном вине. В небольшой группе исследованных лиц с ожирением регулярное употребление красного вина в количестве 250-300 мл в день уменьшало в кишечном содержимом отношение Firmicutes к Bacteroidetes до уровня, характерного для здоровых людей без ожирения. Расвератрол, кроме того, активирует сиртуины, обладающие противовоспалительными свойствами и увеличивающие продолжительность жизни грызунов. Расвератрол также подавляет активность провоспалительных внутриклеточных киназ, повышая тем самым чувствительность тканей к инсулину [39].
Обобщая представленные результаты, можно сделать вывод, что КМ является фактором, влияющим на метаболические процессы в организме хозяина, и что изменения КМ могут способствовать развитию ожирения. С другой стороны, ожирение несомненно фактор, определяющий качественный состав микроорганизмов кишечника. Типичным для ожирения является увеличение численности бактерий рода Firmicutes и снижение содержания в кишечнике  бактерий рода Bacteroidetes. Признав изменения КМ патогенетическим фактором ожирения следует искать методы терапевтического воздействия на КМ с целью лечения ожирения и его последствий. Центральное место подобных воздействие принадлежит диетическим факторам. Хотя влиянии пищи на КМ играет определяющую роль мы тем не менее пока на знаем каким образом диетой целенаправленно менять КМ. Более перспективно на сегодняшний день применение пробиотиков, пребиотиков, синбиотиков, определенных добавок к пище. Их эффективность хорошо доказана в экспериментальных условиях. Первые, небольшие исследования людей подтверждают лечебное влияние этих веществ на КМ и последующее действие на метаболические процессы. Необходимы дальнейшие исследования с целью разработки дифференцированных схем воздействия на КМ и достижения таким путем улучшения метаболизма и снижения избыточного веса больных.

Метки: ожирение

Печать

Количество просмотров материалов
304798