Экология микроорганизмов. Микрофлора организма человека. Дисбактериозы

ТЕМА ЛЕКЦИИ: «Экология микроорганизмов. Микрофлора организма человека. Дисбактериозы.»

 

План лекции:

1. Экология микроорганизмов.
2. Микрофлора организма человека. Значение нормальной микрофлоры в физиологических процессах и патологии.
3. Дисбактериоз: определение, причины, классификация, патогенез, клинические проявления, диагностика и лечение.

 

Экология микроорганизмов.

Экология (от греч. oikos – дом, место обитания) – наука, занимающаяся изучением структуры и функции особей в природе, их взаимоотношений с окружающей средой и друг с другом.

Экология  микроорганизмов – раздел общей экологии, изучающий взаимоотношения организма человека  с обитающими в нем микроорганизмами, а также взаимоотношения микроорганизмов, совместно обитающих в одном биотопе, между собой.

Биотоп – место обитания популяции, характеризующееся относительно однородными условиями.  [Биотопы организма человека значительно отличаются между собой по составу микрофлоры, по спектру вырабатываемых ими ферментов, газовому составу, по продуктам метаболизма, уровню рН среды  и по другим факторам.]   

Популяция – совокупность особей одного вида, совместно обитающих в пределах одного биотопа.

Микробиоценоз  (микробное сообщество) – совокупность популяций разных видов микроорганизмов, обитающих   в  одном биотопе.

Экологическая система –  система, состоящая из биотопа и микробиоценоза.

Эковар – вариант микроорганизмов, приспособленных к обитанию в пределах определенной экосистемы.

Везде, где есть микроорганизмы, между ними складываются определенные  взаимоотношения.

Экологические связи – взаимоотношения между биогенными и абиогенными факторами, входящими в состав экосистемы.

Применительно к микроорганизмам различают внутри- и межвидовые экологические связи. Внутривидовые связи направлены на сохранение вида. Основными видами межвидовых отношений являются: нейтрализм,  симбиоз, конкуренция.

Нейтрализм – форма межвидовых отношений,  при которых популяции не оказывают друг на друга ни стимулирующего, ни подавляющего действия. В таком случае плотность  популяций при совместном и раздельном обитании будет одинаковой (нейтрализм встречается крайне редко).

Симбиоз (от греч. simbiosis – жизнь вместе) – совместное сосуществование или форма межвидовых отношений, в процессе которых из сожительства извлекают пользу обе популяции. В таком случае плотность популяций при их совместном обитании выше, чем при раздельном. Выделяют следующие типы симбиоза:

• Мутуализм – взаимовыгодные взаимоотношения симбионтов, выполняющих разные, но дополняющие друг друга жизненно важные функции (например, одна популяция  синтезирует продукт, который является основой питания для другой популяции – так получая от клеток сине-зеленых водорослей органические вещества, грибы поставляют им минеральные соли и защищает от высыхания).
• Комменсализм (от лат. commensalis – сотрапезник) – форма симбиоза,  при которой одна  из  совместно обитающих популяций извлекает для себя пользу, не нанося вред другой (например, комменсалы человека – собственные бактерии и грибы, питающиеся слущенным эпителием или остатками органических веществ). В таких случаях плотность одной популяции при совместном обитании выше, чем при раздельном, а плотность другой – не изменена.
• Синергизм (взаимопомощь) – форма симбиоза, при которой происходит усиление функций симбионтов (например, совместное выращивание дрожжей и молочно-кислых бактерий сопровождается активацией молочно-кислого брожения).
• Саттелизм (саттелит – спутник) – форма симбиоза, при которой рост одного микроорганизма стимулируется продуктами метаболизма другого (например, дрожжи, стафилококки и сарцины, выделяя в питательную среду метаболиты, стимулируют рост возбудителей чумы, бруцелл, лептоспир и др.)
• Метабиоз – форма симбиотических взаимоотношений, при которых происходит последовательная смена видов в одном и том же биотопе, когда один микроорганизм использует продукты жизнедеятельности другого (например, при брожении виноградного сока вначале размножаются дрожжи, переводящие глюкозу в спирт, затем уксусно-кислые бактерии окисляют спирт до уксусной кислоты, далее плесневые грибы разлагают эту кислоту и т.д.; почвенные нитрифицирующие бактерии используют для своего метаболизма аммиак – продукт жизнедеятельности аммонифицирующих бактерий). Явление метабиоза имеет громадное значение в процессах круговорота веществ в природе.

Антагонизм – форма межвидовых отношений, когда одна из обитающих в биотопе популяций угнетает или полностью подавляет жизнедеятельность другой. Плотность обеих популяций при совместном обитании – ниже, чем при раздельном. Выделяют следующие формы антагонистических взаимоотношений:

• Антибиоз – форма антагонизма, при которой один вид микроорганизмов способен выделять токсические вещества (антибиотики, бактериоцины, кислоты, спирты, щелочи, токсины и др.), угнетающие жизнедеятельность других видов.
• Конкуренция – форма антагонизма, при которой популяции микроорганизмов имеют сходные потребности в питательных веществах, поэтому конкурируют за источники питания (интенсивно развиваясь и истощая питательную среду, микроорганизм-антагонист подавляет рост других микроорганизмов).
• Хищничество – форма антагонизма, при которой один вид захватывает, поглощает и переваривает другой (например, кишечная амеба питается бактериями и грибами кишечника).
• Паразитизм – крайнее проявление антагонизма – это такой  тип межвидовых связей,  при котором одна из популяций (паразит)  наносит вред другой (хозяину), извлекая для себя пользу (например, патогенные бактерии и организм человека, вирулентный бактериофаг и бактериальная клетка).

 

Нормальная микрофлора организма человека.

Организм  человека в норме содержит более 500 видов микроорганизмов с общей численностью – 1014 клеток (вес – 2-4 кг); среди них преобладают бактерии; вирусы, грибы и простейшие представлены значительно меньшим числом  видов.

Микробные биоценозы человека сформировались в  процессе эволюции в результате селекции (отбора) особей, наиболее приспособленных к существованию в его организме.

Нормальная микрофлора организма человека (эумикробиоз) – это совокупность  микроорганизмов всех биотопов тела человека.

Биотопы организма человека заселены микрофлорой в различной степени. Наибольшее количество микроорганизмов находится  на поверхности тела и в полостях, связанных с внешней средой. Основные отделы, заселяемые бактериями, – это кожные покровы, воздухоносные пути,  желудочно-кишечный тракт, мочеполовая система. Полости, не сообщающиеся со внешней средой, – стерильны. В легких, мочевом пузыре, в полости матки нет микроорганизмов, и обнаружение их с большой долей вероятности свидетельствует о наличии инфекции. Выделение микроорганизмов из обычно стерильных тканей (кровь, спинномозговая или синовиальная жидкость) имеет диагностическое значение.

Естественную микрофлору любых биотопов подразделяют   по происхождению на постоянную (резидентную, аутохтонную) и случайную (транзиторную, аллохтонную).

Аутохтонная (постоянная, резидентная) флора – совокупность микроорганизмов, для которых данный объект является основной средой обитания. Среди постоянной микрофлоры различают 2 фракции: облигатную   и факультативную.

Облигатная (обязательная) микрофлора – совокупность аутохтонных микроорганизмов, которые встречаются у всех особей и постоянно; она составляет большинство в любом биотопе и противодействует заселению биотопа случайными микробами.

Факультативная (необязательная) микрофлора – совокупность аутохтонных микроорганизмов, которые встречаются у части особей и временно; она  составляет меньшинство.

Аллохтонная (случайная, транзиторная, заносная) флора – это микроорганизмы-эмигранты из других биотопов хозяина или биотопов окружающей среды.

Количество и качественный состав  микрофлоры человека меняется в течение жизни и зависит от пола, возраста, характера питания и т.д. Колебания в составе микрофлоры могут быть обусловлены возникновением заболеваний и применением лекарственных препаратов, прежде всего, антибиотиков.

Роль нормальной микрофлоры в физиологических процессах организма.

Нормальная микрофлора организма человека играет важную роль в его жизнедеятельности. Сложившиеся в процессе эволюции микробные биоценозы в разных системах организма поддерживают  его нормальные физиологические функции. Положительная роль нормальной микрофлоры определяется  следующими ее функциями:

1. Защитная функция – нормальная микрофлора защищает макроорганизм  от  патогенных микробов, при этом механизмы подавления их роста достаточно разнообразны:
• колонизационная резистентность – представители нормальной микрофлоры избирательно связывают поверхностные рецепторы клеток, особенно эпителиальных, препятствуя адгезии на них патогенных микроорганизмов;
• нормальная микрофлора продуцирует  вещества (бактериоцины, антибиотики, лизоцим  и др.), обеспечивающие антагонистическое  воздействие на постороннюю микрофлору;
• кишечная палочка и молочнокислые бактерии ингибируют развитие патогенных микробов, закисляя среду продуктами метаболизма.
2. Иммуностимулирующая роль  нормальной микрофлоры не менее важна:

• микроорганизмы стимулируют образование иммуноглобулинов класса А, выделяющиеся  на поверхности слизистых оболочек (обеспечивают местную невосприимчивость к проникающим возбудителям);

• усиливают фагоцитарную активность макрофагов;
• активизируют цитотоксическую  функцию естественных киллеров;
• повышают синтез интерферона.

3. Синтетическая функция – нормальная микрофлора участвует в синтезе  витаминов: К, Д, витаминов группы  В (В1, В2, В6, В12), рибофлавина, фолиевой, пантатеновой и аскорбиновой кислот; кроме того, анаэробные микроорганизмы продуцируют жирные кислоты,  участвуют в синтезе незаменимых аминокислот, гормоноподобных веществ и ферментов.

4. Пищеварительная функция – нормальная микрофлора принимает активное участие в  пищеварении:

• усиливает перистальтику кишечника;

• способствует расщеплению белков, жиров (в том числе и холестерина), углеводов в тонком кишечнике и клетчатки – в толстом; 
• обеспечивает процессы всасывания желчных кислот и некоторых гормонов.

5. Детоксикационная деятельность нормальной микрофлоры заключается в том, что  кишечные бактерии принимают участие в инактивации токсических продуктов как экзогенного происхождения (например, микробные токсины ), так и экзогенного  (например, такие продукты белкового распада, как индол, скатол).

6. Нормальная микрофлора участвует в поддержание водно-солевого баланса организма.
7. Способствует нормальному морфогенезу слизистых оболочек.
8. Антиканцерогенное действие (антимутагенное действие путем разрушения канцерогенных веществ в кишечнике).

Нормальная микрофлора  принимает непосредственное участие в регуляции многих жизненноважных функциях организма. Однако она может оказывать и вредное воздействие на макроорганизм. Важную роль в развитии подобных поражений играет не вирулентность самого возбудителя, а состояние защитных сил  макроорганизма. В частности, у лиц с иммунодефицитами  слабовирулентные или невирулентные  микроорганизмы (кандиды, пневмококки, пневмоцисты) могут стать причиной возникновения тяжелых, даже фатальных инфекционных  поражений.

В некоторых случаях нормальная микрофлора может оказывать сенсибилизирующее действие, обусловливая развитие аллергии.

Установлено также, что продукты жизнедеятельности  некоторых представителей нормальной микрофлоры  оказывают мутагенное и канцерогенное действие.

Микрофлора желудочно-кишечного тракта.

Микрофлора ротовой полости.

Данный биотоп характеризуется большим разнообразием  видов микроорганизмов и плотной заселенностью слизистых оболочек. В ротовой полости обитает около 300 видов бактерий, их концентрация достигает  108-1011 жизнеспособных  клеток в 1  мл слюны.

Здесь имеются благоприятные условия для роста и размножения микроорганизмов с самыми разнообразными потребностями: богатство пищевых ресурсов, постоянная влажность, оптимальные значения рН и температуры,  наличие как аэробных, так и анаэробныех условий. Местами постоянного обитания микроорганизмов являются – зубной налет, зубные бляшки и десневые карманы.

С другой стороны, в ротовой полости имеются многочисленные факторы, сдерживающие чрезмерное  размножение микробов: слюна (механически смывает бактерии, обладает выраженной антибактериальной активностью за счет наличия в ней лизоцима, лактоферрина, пероксидазы и секреторного иммуноглобулина класса А, вырабатываемого  железами слизистой оболочки и обеспечивающие местный иммунитет).

В состав микрофлоры ротовой полости входят различные микробы как аутохтонные, так и аллохтонные.

Аутохтонную флору составляют стрептококки (Streptococcus mutans, S. sanguinis,  S. mitis, S. salivarium) – на них приходится 30-60% всей микрофлоры данного биотопа. Они синтезируют из сахарозы полисахариды. Глюкозная часть молекулы  превращается в глюкан (декстран), а фруктозная – в леван (фруктан). Нерастворимый декстран ведет к образованию зубных бляшек, а растворимые глюкан, леван могут служить источниками кислотообразования даже при отсутствии поступления углеводов извне.

К постоянным обитателям биотопа относятся и пептококки (грамположительные кокки), грамотрицательные анаэробные кокки вейлонеллы (разлагают лактат, ацетат, пируват до СО2  и Н2О, которые могут подавлять рост других микроорганизмов, повышая рН среды; за счет катаболизма образованной стрептококками молочной кислоты вейлонеллы могут оказывать противокариозное действие), лактобациллы – грамотрицательные палочки (чаще встречаются  L. сasei), грамотрицательные анаэробные и микроаэрофильные микроорганизмы, например, представители семейства Bacteroidеs (роды: Bacteroides, Fusobacterium,  Leptotrichia), представители семейства Propionibacteriaceae, из семейства Actinomycetaceae чаще встречаются роды Actinomyces и Bifidobacterium, коринебактерии снижают окислительно-востановительный потенциал, создавая условия для роста анаэробов, встречаются здесь и извитые формы бактерий – спирохеты (Treponema, Borrelia, Leptospira). Аутохтонная микрофлора ротовой полости.

Микрофлора		Аэробы/факультативные анаэробы	Анаэробы/микроаэрофилы
Кокки	Грам+	Стрептококки	Пептококки, диплококки, тетракокки
	Грам-	Нейсеррии	Вейлонеллы
Палочки	Грам+	Коринобактерии	Пропионобактерии
	Грам-	Лактобациллы	Бактероиды, фузобактерии, лептотрихи, порфиромоны
Нитевидные	Грам+	Актиномицеты	Бифидумбактерии
Извитые	Грам-	Лептоспиры	Трепонемы, борелии