肠道菌群与微生态制剂的临床应用(黄志华)

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肠道菌群与微生态制剂的临床应用
华中科技大学同济医学院附属同济医院儿科学系 黄志华
内容
一、肠道菌群基础 二、肠道菌群与疾病 三、微生态制剂在儿科临床应用
(一)人体微生态学(Microecology)
• 人体有胃肠道、口腔、泌尿生殖道、皮肤和呼吸道 五大微生态系统 • 胃肠道微生态对人体最重要,研究最早、最多 • 肠道是体内细菌定植的主要场所,肠道定植的细菌 具有数量巨大、多样化、复杂性和动态性的特点, 构成了人体的肠道菌群(intestinal microflora)
过敏性疾病及自身免疫疾病
• 肠道菌群是促进出生后免疫系统成熟和诱导免疫平衡的(原 始)基本因素。 • 免疫系统可能是在与肠道菌群及某些感染病原的相互作用中 得到“调整-finetune”和“塑造-shaping”,使宿主的免疫应 答或免疫耐受达到精细的平衡,并保证免疫应答向正确方向 发展,维持宿主的健康。这一作用有年龄依赖,在生命早期 尤其重要,并且对日后的免疫反应的结局起决定性作用。 • 如果生命早期肠道菌群建立延迟或紊乱,则导致过敏性疾病 及某些自身免疫疾病的发生。
Mechanisms of action of the intestinal microbiome on the gastrointestinal barrier
Stephan C Bischoff. ‘Gut health’: a new objective in medicine? Bischoff BMC Med 2011,9(24). http://www.biomedcentral.com/1741-7015/9/24
高危因素
肠道梗阻、炎症性肠病、胆道 梗阻、肝硬化、肠道外营养 创伤、烧伤、失血、休克、 严重感染、重症胰腺炎
严重肠道菌群失调
肠黏膜缺血缺氧
肠道粘膜屏障受损:通透性增高,中毒性肠麻痹
肠道细菌和内毒素移位 后果
内源性感染,加重原发疾病
Sepsis和MODS
肠道细菌及内毒素移位引起细胞因子“瀑布”, 导致Sepsis和MODS示意图
2、肠道菌群的免疫作用
(1) 促进出生后肠道黏膜免疫系统和全身免疫系统的发
育成熟;
(2) 刺激肠道分泌sIgA; (3) 参与口服免疫耐受的形成,包括对食物和肠道菌群
的耐受;
(4) 对免疫应答反应的调节作用,通过均衡细胞因子合
成和释放,调节肠道免疫炎症反应,并且通过抑制 肠道黏膜过度生成炎症因子降低全身性免疫应答反 应
バクテロイデス ユウバクテリウム 嫌気性レンサ球菌
1兆個
糞 便 1 克 里 的 菌 数
100億個 1億個
双岐杆菌 大腸菌・腸球菌 乳酸桿菌
100万個
1万個
產氣莢膜梭菌
出生期
離乳期 幼児期
成年期
老年期 摘自光岡知足博士資料
(四)肠道菌群的生理功能
• 肠道菌群与宿主处于共生的状态,是进化的结果 • 宿主为肠道菌群提供其生命活动的场所,并且对肠道菌群不 引起强烈的免疫反应(免疫耐受状态) • 肠道菌群对宿主发挥着必要的生理功能: ① 防御感染与增强肠道屏障功能 ② 促进免疫系统发育成熟,并参与免疫应答调节 ③ 参与营养吸收及代谢 ④ 延缓衰老 ⑤ 抗肿瘤
(1)内源性因素:肠黏膜的成熟程度、粘液、胎便中的生长促进或 抑制因子 (2)外源性因素:分娩情况(自然产或剖宫产)、母亲情况(是否 使用抗生素等)和环境中细菌的数量
第二阶段:从需氧菌到厌氧菌
• 生后7-10天开始,由于需氧菌或兼性厌氧菌的先期定植和 繁殖,造成了肠腔的厌氧环境,专性厌氧菌如类杆菌、梭 菌和双歧杆菌增多,并且逐渐占优势,约占细菌总数的 98%,这一阶段食物(单纯母乳或配方奶喂养)是最主要 的影响因素。
Ⅲ度(重度):又称菌群交替症或二重感染,肠道中的优势菌群几乎
消失,只有少数菌种过度繁殖占绝对优势,如葡萄球菌、梭状芽胞杆 菌、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、变形杆菌、白色念 珠菌等。临床表现为严重腹泻及肠功能紊乱,严重者可以引起全身侵 袭性感染。
(二)、肠道菌群移位及其相关疾病
• 肠道屏障功能:肠道是人体最大的细菌及内毒素贮存库,
肠道的微生物群对胃肠道屏障的作用机制 • 共生菌通过促进纤维素和营养物质的消 化,从而提供能量和物质。 • 调节上皮细胞功能,促进杯状细胞产生黏 液、潘氏细胞释放防御素和上皮细胞合成 紧密连接蛋白。 • 诱导和维持肠相关性淋巴样组织,阻止病 原在消化道内黏附繁殖。 • 刺激黏膜产生IgA,调节黏膜免疫系统。
共生菌与益生菌的益处
⒈产生抗菌物质抑制病原菌生长;⒉增强紧密连接和肠屏障功 能;⒊启动树突状细胞和全身免疫系统;⒋参与未消化食物中 的微营养素的分解和消化,促进短链脂肪酸的合成;⒌合成维 生素K和B族维生素。
3、肠道菌群的营养及代谢功能
• 参与VitB1、VitB2、VitB6、VitB12、VitK、烟酸和叶酸等 维生素的合成 • 参与钙、镁和铁的吸收 • 参与蛋白质、肽和氨基酸的代谢,能利用肠道内氨作为 氮源,合成氨基酸 • 参与机体能量代谢,与肥胖和糖尿病有关 • 参与胆汁酸和胆固醇的代谢 • 分解食物中的纤维素、半纤维素、果胶、非消化性低聚 糖等不能被人体消化酶消化的食物成分,其分解后的主 要产物(短链脂肪酸)作为营养物质和能量物质被利用, 对肠黏膜上皮细胞发挥营养作用
肠道细菌和内毒素移位
• 肠道屏障受损,肠道正常菌群离开原来特 定的生存空间,转移到其他部位,称为肠 道细菌移位(bacterial translocation, BT);内
毒素经过门静脉移位至血液,则引起 肠源性内毒素血症(intestinal endotoxemia)
肠道细菌和内毒素移位的发生机制
肠道菌群建立的关键期
• 出生至2-3岁是肠道菌群建立并达到平衡的关键时期,如果肠道菌群建 立延迟或长期紊乱,由此带来的肠道黏膜免疫和全身免疫反应异常,以 及代谢等异常,与过敏性疾病、炎症性肠病、自身免疫性疾病、某些感 染性疾病和代谢性疾病等的发生有密切的关系,可能影响到一个人的终 身健康。
(三)胃肠道菌群的分布和构成
回肠
107-108 CFU/g
拟杆菌 梭状芽孢杆菌 肠杆菌 肠球菌 乳酸杆菌 韦荣球菌
(二)肠道菌群的建立及其影响因素
第一阶段:从出生时肠道无菌到出现细菌
• 出生时:由于胎儿在母体子宫内处于无菌的环境中,肠道没 有细菌定植 • 出生以后:暴露于母亲的产道、皮肤、粪便及其周围有菌的 环境,生后48小时内粪便中出现细菌,主要为大肠杆菌、链 球菌等需氧菌或兼性厌氧菌,肠道定植细菌的时间及种类受 以下因素影响:
内容
一、肠道菌群基础 二、肠道菌群与疾病 三、微生态制剂在儿科临床应用
(一)、肠道菌群失调及其相关疾病
肠道菌群失调症 肠道菌群失调与腹泻病 肠道菌群失调与抗生素相关性腹泻病 肠道菌群失调与肠易激综合征(IBS)
(二)、肠道菌群移位及其相关疾病 (三)、肠道菌群建立延迟相关疾病
坏死性小肠结肠炎 过敏性疾病及自身免疫疾病
1、防御感染与增强肠道屏障功能
• 在正常情况下,肠道中的专性厌氧菌(原籍菌群 )具有对抗 外源性致病菌或肠道中潜在致病菌定植繁殖的能力,即定植 抗力(colonization resistance,CR),其机制: (1) 占位性保护效应: (2) 营养争夺: (3) 产生有机酸: (4) 产生抑菌物质: (5) 增加肠道粘蛋白的合成: (6) 抗感染免疫作用:
人体肠道中含有约100万亿个细菌(1014),是人体体细胞的10倍 重量约1271余克,相当于肝脏的体积 可以培养的400余种,分子生物学技术鉴定有1000余种 99%以上是专性厌氧菌,其余是以肠杆菌科细菌为主的兼性厌氧菌
肠道菌群的分布和构成
食管
没有自身微生物群 微生物来自食物和口腔

104 CFU/g
• •
Sterile processed food Decrease in naturally fermented foods Increased hygiene measures Urban life Cesarean sections Antibiotics
源自文库
Lower microbial exposure
肠道菌群对肠上皮细胞的作用
肠上皮细胞识别肠 道菌群后,释放淋巴细 胞生成素(TSLP)、 TGF-β和IL-10等, 直接影响 DC分泌前炎 症因子;菌群刺激信号 还可以促进1型调节性T 细胞(TR1)、 TH2 和TH3细胞,限制炎症 反应,维持肠道免疫稳 定。
nature reviews | immunology, 2008, volume 8,411-420
但在正常情况下,并不损害机体的健康,完全依赖于机体完 整的肠道屏障功能。
• 肠道屏障功能的组成:
(1) 生物屏障: 肠道菌群的占位效应 (2) 机械屏障: 上皮细胞及细胞间紧密连接的完整性、粘液层 和肠蠕动 (3) 化学屏障: 胃酸、胆汁、胰蛋白酶、溶菌酶和肠液 (4) 免疫屏障: 肠道相关淋巴组织(GALT) 和sIgA (5) 肠-肝轴: 肝脏的免疫和清除作用
第三阶段:从添加辅食开始到断乳
• 随着添加辅食的增多,母乳和配方奶喂养婴儿的肠道菌群 的差别逐渐缩小和消失。随着双歧杆菌、类杆菌和优杆菌 的增加,梭菌和链球菌也增多。
第四阶段:从断乳(大约1岁)到2-3岁
• 断乳以后开始,随着食物的多样化,肠道菌群的多样化也逐 渐增多,也越来越复杂,向成人型过渡 • 大约在2-3岁时形成以厌氧菌占绝对优势、需氧菌占劣势的 稳定菌群,维持至青年及中年
十二指肠
103-104 CFU/g
拟杆菌 白色念珠菌 乳酸杆菌 链球菌
白色念珠菌 幽门螺旋杆菌 乳酸杆菌 链球菌
空肠
105-107 CFU/g
结肠
1010-1011 CFU/g
拟杆菌 杆菌 双歧杆菌 梭状芽孢杆菌 肠球菌 真杆菌 梭形杆菌 消化链球菌 瘤胃球菌 链球菌
拟杆菌 白色念珠菌 乳酸杆菌 链球菌
现代生活方式 生命早期微生 物暴露减少(卫 生学说) 肠道菌群建立 异常(菌群学 说) 免疫应答改变
检测:粪便定量培养法:
粪便直接涂片法: 分子生物学方法:荧光定量PCR等
肠道菌群失调症表现及分度
Ⅰ度(轻度):为潜伏型,只能从细菌定量上发现变化,临床上常无
不适或有轻微排便异常,在诱因去除后,可自然恢复。
Ⅱ度(中度):肠道菌群中占绝对优势的G+杆菌(绝大部分为厌氧菌)
减少,而G-杆菌增多,G+/G-及杆/球菌比例减少。 临床上表现为慢性 腹泻。在诱因去除后,菌群失调不能自然恢复,仍会持续相当长时 间,需要治疗才能纠正。
(四)、机体对肠道菌群耐受异常(炎症性肠病) (五)、肠道菌群与黄疸 (六)、肠道菌群与代谢疾病
(一)、肠道菌群失调症(intestinal dysbacteriosis)
• 定义:指定居于肠道的正常菌群在种类及数量上发生改变,超过正常
范围。
原因:
① 使用抗生素: 最常见的原因 ② 腹泻病:病毒、细菌及其毒素引起的腹泻 ③ 其他:胃肠道手术后、 长期患病、使用免疫抑制剂、胆汁淤积 、肝硬 化 、放疗及化疗药物 、长期禁食 、肠易激综合征等
Aliment Pharmacol Ther,2007;25:741–757.
肠道屏障功能障碍与细菌及内毒素移位的 检测方法
(1) 尿乳果糖和甘露醇比值(L/M) (2) 血D-乳酸测定 (3) 血浆内毒素水平检测 (4) 血浆二胺氧化酶(DAO)活性测定 (5) 血肠型脂肪酸结合蛋白(IFABP)检测 (6) 肠黏膜pH测定 (7) 血液细菌学检测
(三)、肠道菌群建立延迟相关疾病
新生儿坏死性小肠结肠炎(NEC)
发病机制与以下因素有关: • 肠道屏障功能不成熟 • 病原菌侵袭 • 肠道缺血和再灌注障碍 • 喂养 近年研究证实:新生儿,特别是早产儿肠道正常菌群定 植延迟或缺乏,潜在致病菌过度生长繁殖可能是其发病的 主要因素之一。
(三)、肠道菌群建立延迟相关疾病
12 10 8 6 4 2 0
胃 肠 肠 腔 指 肠 肠 回 口 空 盲 直 肠
类杆菌 优杆菌 消化球菌 双歧杆菌 链球菌 大肠杆菌 乳杆菌 韦荣球菌 产气夹膜梭菌


影响肠道菌群建立及其组成的因素
Current Opinion in Biotechnology 2010, 21:149–156
腸内各种細菌随年齢変化
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