ООО "ПРОПИОНИКС"

ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ и БИОПРОДУКТЫ из БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА РОССИИ +7(966) 348-80-35, +7(915) 001-93-94 .............

Главная \ 3. Пробиотики \ Микробиом, иммунитет и пробиотики

Микробиом, иммунитет и пробиотики

КИШЕЧНАЯ МИКРОФЛОРА, ИММУНИТЕТ И ПРОБИОТИКИ

иммунитет и микробиом человека

МИКРОБИОТА КИШЕЧНИКА И ИММУНИТЕТ

Иммунитет - основные понятия.

Об иммунитете написано многое, но важно запомнить, что понятие «иммунитет» неразрывно с понятием «иммунная система», «органы иммунной системы» и «клетки иммунной системы».

Иммунитет (лат. immunitas — освобождение, избавление от чего-либо) — это способность иммунной системы избавлять организм от генетически чужеродных объектов.

Иммунная система — система органов, существующая у позвоночных животных и объединяющая органы и ткани, которые защищают организм от заболеваний, идентифицируя и уничтожая опухолевые клетки и патогены.

К органам иммунной системы относятся: красный костный мозг, тимус, селезёнка, лимфатические узлы.

Иммунная система представлена лимфоидными клетками, мононуклеарными фагоцитами и гранулоцитами. Главным элементом иммунной системы являются лимфоидные клетки.

Микробиом и иммунитет

В последнее десятилетие исследователи усердно изучали виляние бактерий на иммунную систему в пищеварительном отделе — доме для большинства бактерий-симбионтов человека и прочих млекопитающих. Удалось установить, что дисбаланс между дружественными и откровенно патогенными бактериями приводит к резкому повышению количества иммунных клеток, ответственных за воспалительную реакцию.

Сегодня уже нет сомнений, что благоприятное воздействие на структуру и функции кишечной микрофлоры и, соответственно, на секрецию ей факторов, регулирующих множество воспалительных и метаболических путей, может стать эффективным способом увеличения продолжительности жизни и улучшения самочувствия человека.

Кишечная микрофлора вырабатывает особые молекулы, помогающие делению и дифференциации регуляторных T-клеток (а регуляторные Т-клетки играют важную роль в контроле воспаления и аутоиммунных реакций). Выявлена сильная взаимосвязь между диетой и составом микрофлоры, и между составом микрофлоры и заболеваемостью, а также уровнем воспаления (см. рис.1)

Влияние микрофлоры на иммунитет и воспаление - Рисунок с сайта biomolecula.ru

Рис. 1 - Влияние микрофлоры на иммунитет и воспаление

Во-первых, кишечная микробиота продуцирует короткоцепочечные жирные кислоты (short-chain fatty acid, SCFA), которые способствуют делению и поддержанию регуляторных Т-клеток. SCFA также стимулируют выработку слизи бокаловидными клетками; усиливают целостность эпителиального барьера.

Во-вторых, нормальная микрофлора вытесняет патогенные бактерии, не давая им размножаться.

В-третьих, сегментированные филаментные бактерии способствуют развитию T-хелперов 17, участвующих в защите от внеклеточных патогенов.

Одновременно накапливались данные о том, что влияние бактерий-симбионтов не ограничивается лишь кишечником, а может распространяться и на другие органы. Бактерии способны активировать белковые комплексы, запускающие воспалительные реакции при вторжении различных патогенов в различные части организма. Тем самым стимулируется созревание белков иммунного ответа, которые подают сигналы иммунным клеткам о том, что им нужно отправляться в ТЕ или ИНЫЕ органы.

Более подробно ознакомиться с нюансами взаимодействия комменсальной кишечной микробиоты с хозяином можно в обзорных статьях:

1. Роль микробиоты в иммунитете и воспалении

2. Роль кишечной микробиоты и метаболитов в гомеостазе кишечника и заболеваниях человека

В вышеуказанных статьях затрагиваются вопросы иммуностимулирующей и иммуносупрессивной функции кишечного микробиома в зависимости от конкретных ситуаций.

Дополнительная информация:

РОЛЬ КИШЕЧНИКА В ИММУННОЙ ЗАЩИТЕ ОРГАНИЗМА

ФУНКЦИИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ КИШЕЧНИКА

Нормальная микробная флора является одним из первых барьеров на пути бактерий, попадающих в кишечник. Она стимулирует гуморальное и клеточное звено местной иммунной защиты организма. При взаимодействии с Toll-подобными рецепторами запускается синтез различного типа цитокинов. В содержимом кишечника увеличивается уровень секреторного LgA и определяется наличие различного типа цитокинов, обеспечивающих местную иммунную защиту, в формировании которой существенную роль играет нормальная микрофлора [Бондаренко В.М., Лиходед В.Г., 2009].

Именно микрофлора кишечного тракта (кишечный микробиом) принимает активное участие в созревании клеток иммунной системы, 70-80% из которых находятся в кишечнике, а также обеспечивает барьерную функцию от патогенных микроорганизмов и стимулирует ответную иммунную реакцию... Помимо продукции незаменимых аминокислот, органических кислот, различных витаминов и ферментов, кишечные бактерии (пробиотики) синтезируют интерфероностимулирующие и иммуномодулирующие вещества. Известно, что в желудочно-кишечном тракте сосредоточено более 2/3 всех иммунных клеток организма человека.

Основной функцией иммунной системы кишечника является защита от проникновения бактерий в кровь. Вторая важная функция – это непосредственое устранение патогенных бактерий, вызывающих различные заболевания.

Все это обеспечивается двумя механизмами: врождённым иммунитетом (наследуется ребенком от матери, люди с рождения имеют в крови антитела) и приобретённым иммунитетом (появляется после попадания в кровь чужеродных белков, например, после перенесения инфекционного заболевания).

Виды иммунитета

Приобретенный иммунитет может быть: 1. Активный: формируется за счет антител, образовавшихся после перенесенного заболевания; возникает после проведения профилактической вакцинации (введение ослабленных или убитых микроорганизмов, или их измененных токсинов, с целью формирования иммунного ответа). 2. Пассивный: иммунитет у плода и новорожденного ребенка, которому были переданы материнские антитела внутриутробно, или при грудном вскармливании; возникает после того, как была сделана прививка готовых иммуноглобулинов против конкретного заболевания.

Рис. 2 - Виды иммунитета

При контакте с болезнетворными микроорганизмами (патогенами) происходит стимуляция иммунной защиты организма. Микрофлора кишечника (или по другому, кишечный микробиом) воздействуют на специфические скопления лимфоидной ткани. Благодаря этому происходит стимуляция гуморального и клеточного иммунного ответа. Иммунный ответ - это сложная многокомпонентная, кооперативная реакция иммунной системы организма, индуцированная антигеном, уже распознанным как чужеродный, и направленная на его элиминацию. Явление иммунного ответа лежит в основе иммунитета (подробнее об иммунном ответе см. здесь→)

СПЕЦИФИЧЕСКИЙ ИММУНИТЕТ

1. ГУМОРАЛЬНЫЙ ИММУНИТЕТ

Гуморальным иммунитетом называется та часть иммунной системы, которая осуществляет свою функцию в жидких средах человеческого тела. Здесь действуют специфические антитела, также называемые иммуноглобулинами, - белковые молекулы, которые продуцируются и высвобождаются плазматическими клетками и действуют в кровяном и лимфатическом потоках. Т.е. работа антител против патогенов происходит в крови, межтканевых жидкостях и на поверхности слизистых оболочек.

механизм гуморального иммунитета Этот механизм иммунитета проявляется при образовании антител к антигенам – чужеродным химическим веществам, а также микробным клеткам. Основополагающую роль в гуморальном иммунитете берут на себя В-лимфоциты. Именно они распознают чужеродные структуры в организме, а потом вырабатывают на них антитела – специфические вещества белковой природы, которые еще называют иммуноглобулинами.

Антитела (иммуноглобулины, ИГ, Ig), которые вырабатываются, исключительно специфичны, то есть взаимодействовать они могут только с теми чужеродными частицами, которые вызвали образование этих антител.

Иммуноглобулины (Ig) находятся в крови (сывороточные), на поверхности иммунокомпетентных клеток (поверхностные), а также в секретах желудочно-кишечного тракта, слезной жидкости, грудном молоке (секреторные иммуноглобулины). Кроме того, что антитела высоко специфичны, у них есть еще и другие биологические характеристики. Они имеют один или несколько активных центров, которыми взаимодействуют с антигенами. Чаще их два и больше.

Прим.: Антиген (англ. antigen от antibody-generator — «производитель антител») — любое вещество, которое организм рассматривает как чужеродное или потенциально опасное и против которого организм обычно начинает вырабатывать собственные антитела (иммунный ответ).

Прочность связи активный центр антитела – антиген зависит от пространственной структуры веществ, вступающих в связи (т.е. антитела и антигена), а также количества активных центров у одного иммуноглобулина. С одним антигеном могут связываться сразу несколько антител.

У иммуноглобулинов существует своя классификация с помощью латинских букв. В соответствии с ней иммуноглобулины подразделяются на Ig G, Ig M, Ig A, Ig D и Ig E. Они отличаются по структуре и функциям. Одни антитела появляются сразу после инфицирования, а другие – позже.

Комплекс антиген-антитело активизирует систему комплемента (белковой субстанции), что способствует дальнейшему поглощению фагоцитами микробных клеток.

За счет антител формируется иммунитет после перенесенных инфекций, а также после вакцинации. Они способствуют нейтрализации токсинов, попадающих в организм. У вирусов антитела блокируют рецепторы, препятствуя поглощению их клетками организма. Антитела участвуют в опсонизации («смачивании микробов»), благодаря чему антигены легче заглатываются и перевариваются макрофагами.

2. КЛЕТОЧНЫЙ ИММУНИТЕТ

Клеточный иммунитет — это такой тип иммунного ответа, в котором не участвуют ни антитела, ни система комплемента. В процессе клеточного иммунитета активируются макрофаги, натуральные киллеры, антиген-специфичные цитотоксические Т-лимфоциты, и в ответ на антиген выделяются цитокины.

Как было уже сказано, клеточный иммунитет осуществляется за счет иммунокомпетентных клеток. Это Т-лимфоциты и фагоциты. И если защита от бактерий организма происходит, в основном, за счет гуморального механизма, то противовирусная, противогрибковая, а также противоопухолевая защита – за счет клеточных механизмов иммунитета.

Т-лимфоциты подразделяются на три класса:

Т-киллеры (непосредственно контактируют с чужеродной клеткой или поврежденными клетками собственного организма и разрушают их)
Т-хелперы (вырабатывают цитокины и интерферон, которые затем активизируют макрофаги)
Т-супрессоры (контролируют силу иммунного ответа, его продолжительность)

Как видим, клеточный и гуморальный иммунитеты между собой связаны.

Клеточный иммунитет, кроме противогрибкового, противовирусного и противоопухолевого иммунитета, обеспечивает защиту организма от внутриклеточных паразитов, а также участвует в отторжениях чужеродных тканей (при трансплантациях) и в аллергических реакциях замедленного типа.

Вторая группа иммунокомпетентных клеток, участвующих в клеточных иммунных реакциях, – это фагоциты. Фактически, это лейкоциты разных видов, которые находятся либо в крови (циркулирующие фагоциты), либо в тканях (тканевые фагоциты). В крови циркулируют гранулоциты (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы) и моноциты. Тканевые фагоциты находятся в соединительной ткани, селезенке, лимфоузлах, легких, эндокринных клетках поджелудочной железы и др.

Процесс уничтожения антигена фагоцитами называется фагоцитоз. Он крайне важен для обеспечения иммунной защиты организма (см. видео - "Фагоцитоз").

Фагоцитоз проходит поэтапно:

механизм клеточного иммунитета

1. Хемотаксис. Фагоциты направляются к антигену. Этому могут способствовать определенные компоненты комплемента, некоторые лейкотриены, а также продукты, выделяемые патогенными микробами.
2. Адгезия (приклеивание) фагоцитов-макрофагов к эндотелию сосудов.
3. Проход фагоцитов через стенку сосудов и выход за его пределы
4. Опсонизация. Антитела обволакивают поверхность чужеродной частицы, им помогают компоненты комплемента. Это облегчает поглощение фагоцитами антигена. Потом фагоцит прикрепляется к антигену.
5. Собственно фагоцитоз. Чужеродная частица поглощается фагоцитом: вначале образуется фагосома – специфическая вакуоля, которая потом соединяется с лизосомой, где находятся лизосомальные ферменты, переваривающие антиген).
6. Активизация процессов метаболизма в фагоците, способствующая осуществлению фагоцитоза.
7. Разрушение антигена.

Процесс фагоцитоза может быть завершенным и незавершенным. В первом случае антиген фагоцитируется успешно и полностью, во втором – нет. Незавершенностью фагоцитоза пользуются некоторые патогенные микроорганизмы в своих целях (гонококки, микобактерии туберкулеза).

Подробнее об иммунокомпетентных клетках см. в дополнительном материале:

3. Активация иммунитета, лимфоциты и дендритные клетки.

Думается, что тему пробиотиков и иммунитета целесообразно также рассмотреть применительно к маленьким детям, т.к. они являются наиболее уязвимыми к влиянию негативных факторов окружающей среды.

Иммунитет и иммуноглобулины у детей

ребенок в утробе

Особенности иммунитета у плода и грудного ребенка: внутриутробно ребенок не сталкивается с микроорганизмами, поэтому собственная иммунная система у него - практически неактивна; во время беременности от матери к ребенку могут попадать только иммуноглобулины класса G, беспрепятственно проникающие через плаценту из-за своего маленького размера; выявление в сыворотке крови плода или новорожденного ребенка иммуноглобулинов класса М свидетельствует о внутриутробной инфекции. Часто ее вызывает цитомегаловирус (симптомы заболевания: насморк, повышение температуры, увеличение лимфоузлов, поражение печени и селезенки, и другие); приобретенные от матери иммуноглобулины в крови грудного ребенка сохраняются около 6 месяцев, защищая его от различных заболеваний, поэтому при отсутствии патологии иммунной системы в это время дети практически не болеют.

Во время естественного вскармливания ребенок получает от матери иммуноглобулины класса IgA с грудным молоком, обеспечивающие дополнительную защиту организма ребенка. Иммуноглобулины класса A (IgA) – это гликопротеины. Они представляют собой антитела, которые участвуют в местных защитных реакциях организма, отвечают за местный иммунитет. Они образуются В-лимфоцитами (плазмоцитами) слизистых оболочек внутренних органов, когда на них попадает определенный антиген.

Иммуноглобулины А – основные защитники слизистых оболочек дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. Когда на слизистую оболочку попадает живой вирус или бактерия, стимулируется выработка IgA. Он предотвращает проникновение микроорганизмов с поверхности тканей во внутреннюю среду организма. IgA инактивирует вирусы и бактерии. Он блокирует их связывающие центры, поэтому они не могут прикрепиться к слизистым оболочкам. IgA блокирует и неинфекционные аллергены, препятствуя развитию токсических и аллергических реакций. Если в организме вырабатывается достаточное количество IgA, он предотвращает развитие IgE-зависимых аллергических реакций.

Именно поэтому, дети лишенные грудного вскармливания особенно нуждаются во внешней помощи организму в становлении иммунной защиты. Такой помощью являются пробиотики, соответствующие нормальной микрофлоре здорового ребенка на грудном вскармливании.

Следует отметить, что дети, рожденные в результате кесарева сечения более уязвимы, поскольку в процессе родов не получают бактерий, находящихся в родовых путях матери. Были проведены исследования, в результате которых было установлено, что у детей, получавших в течении шести недель пробиотики (в частности, бифидобактерии), была отмечена повышенная концентрация секреторного иммуноглобулина, против ротавируса, и анти-вирус полиомиелита-специфического иммуноглобулина A (IgA). Фекальные образцы детей, рожденных кесаревым сечением и получавших пробиотики, в отличие от неполучавших, показали значительно (!) повышенный иммунитет. Кроме того в кале этих детей содержалось гораздо меньше бактерий, которые при определенных обстоятельствах могут вызывать серьезные заболевания…

Окончательное формирование иммунной системы у ребенка заканчивается только к семи годам

Отличительными особенностями иммунитета детей являются:

1. Недостаточная способность к фагоцитозу (поглощению и разрушению клеток болезнетворных микроорганизмов фагоцитами человека). 2. Низкая продукция интерферонов (белков, осуществляющих неспецифическую защиту против вирусов). 3. Снижение количества иммуноглобулинов всех классов (например, для иммуноглобулина Е норма у детей более низкая, чем у взрослых). Поэтому естественно, что в процессе становления иммунной системы организма ребенок часто болеет. Именно поэтому, благодаря проведенным в последнее время многочисленнм клиническим исследованиям, широкое применение и пробиотических продуктов функионального питания (пробиотиков) наряду с общепринятыми закаливанием, плаванием и свежим воздухом, рассматривается сегодня в практическом здравоохранении как обязательный фактор укрепления иммунитета детей посредством модулирования их иммунной системы.

Е.М. Булатова и соавт. Пробиотики: клинические и диетологические аспекты применения / Педиатрия. - 2010. Том 8, № 3 – С.84-90

Д.А. Каштанова и соавт. Участие микробиоты кишечника человека в процессах хронического системного воспаления / Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. - 2015. Том 17, № 4 – С.317-310

О механизмах влияния кишечной микрофлоры на становление иммунного ответа у новорожденных и о модулировании иммунной системы пробиотиками см. подробнее на стр. Пробиотики и грудные дети.

**********************************************************************************

См. дополнительно:

Эффекты воздействия пробиотиков на организм человека можно условно разделить на три большие группы (табл.1). Как видно из таблицы 1, положительные функции пробиотиков для организма человека в значительной степени заключаются именно в иммуноторопном действии данных микроорганизмов:

Таблица 1. Эффекты действия пробиотиков (проф. Минушкин О.Н., д.м.н. Ардатская М.Д.)

1. Эффекты общего характера

2. Гуморальные эффекты

3. Клеточные эффекты.

синтез нутриентов и антиоксидантов;

Нутриенты - биологически значимые элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности (витамины, аминокислоты, ферменты и т.д.)

Антиоксиданты — вещества, которые ингибируют окисление; любое из многочисленных химических веществ, в том числе естественные, которые могут устранить окислительное действие свободных радикалов и других веществ.

активация MALT – системы;

MALT ( mucosal-associated lymphoid tissue ) - лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками, защитное действие которой основано на продукции IgA

модуляция ответа Th1/Th2;

Т-хелперы 1 (Th1) — преимущественно способствуют развитию клеточного иммунного ответа, активируя Т-киллеры; основной выделяемый цитокин — интерферон-гамма;

Т-хелперы 2 (Th2) — активируют В-лимфоциты, способствуя развитию гуморального иммунного ответа; продуцируют интерлейкины 4, 5 и 13;

Контроль потенциально патогенных микробов;

Патогенные - микроорганизмы, паразитирующие на других организмах и способные вызывать инфекционные заболевания человека.

снижение продукции эндотоксинов;

Эндотоксины — бактериальные токсические вещества, которые представляют собой структурные компоненты определённых бактерий и высвобождаются только при лизисе (распаде) бактериальной клетки.

ингибирование синтеза IgE;

Иммуноглобулин Е (IgE) в человеческом организме ответственен за реакцию на аллергию немедленного типа. При попадании какого-либо аллергена, они адсорбируются клеткой-антигеном с помощью специфических рецепторов.

После повторного контакта антигена с IgE, иммуноглобулин Е выделяет вазоактивные вещества (серотонин, гестамин и др.), которые ответственны за наружные проявления аллергической реакции (крапивница, аллергический ринит, атопический дерматит, анафилактический шок, бронхиальная астма).

стимуляция продукции IgA;

IgA (иммуноглобулин A) содержится преимущественно в выделениях слизистых оболочек, где обеспечивает защиту поверхностей, сообщающихся с внешней средой, от микроорганизмов.

модулирование цитокинового ответа;

Цитокины (cytokines) — большая и разнообразная группа небольших по размерам медиаторов белковой природы — молекул-посредников («белков связи»), участвующих в межклеточной передаче сигналов преимущественно в иммунной системе.

симуляция выработки NO;

Оксид азота регулирует приток крови к кишечнику, поддерживает целостность его внутренней поверхности, помогает переваривать пищу и сохранять нормальную перистальтику.

Оксид азота действует как сигнальная молекула между клетками иммунной системы.

Он вырабатывается в белых клетках крови, называемых макрофагами. Макрофаги используют ядовитые свойства оксида азота для уничтожения вторгшихся в организм вирусов, бактерий, грибков и паразитов.

стимуляция работы макрофагов;

Макрофаги (мононуклеарные фагоциты) составляют наиболее важную группу способных к фагоцитозу долгоживущих клеток.

Фагоцитоз — процесс узнавания, поглощения и разрушения чужеродного корпускулярного материала специализированными клетками иммунной системы – фагоцитами

способствование росту и регенерации клеток;

Регенерацией называется способность клетки или ткани восстанавливать утраченные части.

Внутриклеточная регенерация подразделяется на физиологическую и репаративную (посттравматическую).

Физиологическая регенерация — это восстановление старых компонентов клетки или целых клеток. Репаративная регенерация — восстановление клеток после повреждения.

Клеточная регенерация — это регенерация ткани за счет увеличения числа клеток путем митоза.

способствование физиологическому апоптозу.

Апоптоз — регулируемый процесс программируемой клеточной гибели.

Одной из основных функций апоптоза является уничтожение дефектных (повреждённых, мутантных, инфицированных) клеток.

В многоклеточных организмах апоптоз к тому же задействован в процессах дифференциации и морфогенеза, в поддержании клеточного гомеостаза, в обеспечении важных аспектов функционирования иммунной системы.

Дополнительно см.: