Современный человек нуждается в специальных, так называемых функциональных продуктах питания, обладающих дополнительными полезными свойствами, которые поддерживают здоровье и предупреждают развитие заболеваний. Общепризнано, что сбалансированный состав микрофлоры кишечника имеет первостепенное значение для здоровья и хорошего самочувствия человека. Благотворное влияние молочнокислых бактерий на здоровье людей и животных интересует ученых со времени первых наблюдений Ильи Ильича Мечникова, сделанных почти сто лет назад. И. И. Мечников предположил, что некоторые бактерии отнюдь не губительны для человека, а напротив, могут оказывать положительное действие на здоровье. Не подлежит сомнению важная роль кишечной микрофлоры и в процессах переваривания углеводов. Ни у кого не вызывает сомнения благотворное действие пробиотиков на состав кишечной микрофлоры.

Принято считать, что кишечник состоит из активно функционирующей тонкой кишки и менее активно функционирующей толстой кишки, которая служит в основном для всасывания воды. Но только в тонкой кишке происходит ферментативное переваривание пищи и всасывание питательных веществ. Толстая кишка является не менее важным органом благодаря специфическим функциям и содержанию множества бактерий, которые сами по себе оказывают заметное влияние на состояние как кишечника, так и всего организма.

Микрофлора желудочно-кишечного тракта представляет собой сложную экосистему, которая выполняет множество уникальных, важных для здоровья функций. В желудочно-кишечном тракте присутствует более 1000 видов бактерий. Большинство из них являются представителями нормальной микрофлоры. Они необходимы для сохранения здоровья, и от них зависит самочувствие хозяина. Другие бактерии могут быть вредными (Clostridium difficile, Clostridium perfringens, некоторые патогенные штаммы Escherichia coli и т. п.), однако обычно они встречаются в небольших количествах и не причиняют серьезного вреда, возможно, еще и потому, что испытывают конкуренцию со стороны представителей нормальной кишечной микрофлоры.

Формирование кишечной микрофлоры — многостадийный процесс, протекающий на протяжении всей жизни хозяина. Он зависит от состава пищевого рациона, клинического состояния организма и условий окружающей среды. Наличие здоровой кишечной флоры с самого рождения, а также ее сохранение на протяжении последующей жизни является непременным условием сохранения здоровья человека. Уже в первые часы жизни желудочно-кишечный тракт новорожденного, прежде стерильный, заселяется аэробными и анаэробными бактериями, между которыми устанавливается определенное равновесие. Хотя источником этой микрофлоры служит собственная флора матери, она не является точным повторением последней. В ее составе имеются бактерии, необходимые именно ребенку, а доминирующими компонентами являются Enterococcus, непатогенные формы E. coli, Bifidobacterium и Bacteroides. Характер питания оказывает значительное воздействие на дальнейшее развитие микрофлоры, особенно в толстой кишке. Микрофлора ребенка, в целом, не столь сложна, как у взрослых; она более чувствительна к воздействию факторов окружающей среды и подвержена более выраженной изменчивости. У младенцев, находящихся исключительно на грудном вскармливании, в кишечнике создаются благоприятные условия преимущественно для роста бифидобактерий, хотя возможно появление большого количества Bacteroides. Кроме того, основным видом энтеробактерий является E. coli, тогда как у детей, получающих искусственные питательные смеси, микрофлора кишечника более разнообразна по составу. По мере перехода ребенка на обычное питание кишечная микрофлора усложняется и становится более разнообразной. К двум годам жизни она во многих отношениях приближается по составу и характеру обменных процессов к кишечной флоре взрослого человека. Одновременно повышается ее стабильность. Но даже в стабильной флоре имеют место временные изменения, которые могут влиять на ее функцию. Разработка сложных методов, необходимых для исследования микроэкологии кишечной флоры, является одним из важных достижений новейших исследований. С возрастом возможны характерные изменения состава и функции микрофлоры, однако эта точка зрения до настоящего времени не получила точного подтверждения. С возрастом происходит некоторое уменьшение количества Bifidobacterium и увеличение содержания Clostridium, Lactobacillus, Streptococcus и Enterobacteriaceae. В другом исследовании, проводившемся в Абхазии, в микрофлоре кишечника очень пожилых людей (старше 90 лет) было выявлено высокое содержание Lactobacilus и Bifidobacterium (> 108 КОЕ/г). Общее количество и состав бактериальной микрофлоры значительно отличаются в отдельных частях пищеварительного тракта и зависят от величины рН и концентрации кислорода. Наименьшее количество бактерий присутствует в желудке, в просвете которого низкая величина рН служит основным рост-лимитирующим фактором, а самое высокое количество — в толстой кишке.

Состав кишечной микрофлоры подвержен изменениям. На него влияют различные факторы, такие как лекарственные препараты, болезни или состав пищевого рациона; все они могут изменять количество и видовое разнообразие микрофлоры в толстой кишке. В то же время в отсутствие этих факторов общий характер микрофлоры у отдельных людей остается довольно постоянным. Изменение диеты является одним из путей изменения микрофлоры. Если пребиотики косвенно влияют на кишечную микрофлору, являясь субстратом для отдельных видов эндогенных бактерий, то пробиотики могут изменять ее как непосредственно, привнося в просвет кишечника новые жизнеспособные и активные микроорганизмы, так и опосредованно, индуцируя изменения микрофлоры.

В настоящее время доказано, что кишечная микрофлора играет важную роль в поддержании нормальной работы кишечника. Наиболее известно значение кишечной микрофлоры для завершения переваривания углеводов, которые не переварились в тонкой кишке. Такими углеводами в первую очередь являются некрахмальные полисахариды — пищевые волокна. Однако некоторое количество крахмала («резистентный крахмал») также поступает в толстую кишку, поскольку в силу своих физико-химических свойств он не подвержен действию ферментов тонкой кишки. Роль такого крахмала сопоставима с ролью пищевых волокон. Бактерии толстой кишки выполняют также ряд менее известных функций: служат важным источником некоторых витаминов, например, витамина К. Кроме того, они необходимы для обеспечения деятельности естественных защитных систем, так как способствуют сохранению целостности эпителиальных клеток, препятствуют заселению патогенных бактерий и влияют на местные и системные иммунные реакции. Вместе взятые, они образуют функциональную защитную систему.

Уникальным свойством желудочно-кишечного тракта является использование живой микрофлоры для обеспечения собственной защиты. Механизмы этого явления до сих пор полностью неясны, однако оно позволяет предотвращать колонизацию кишечника патогенными микроорганизмами.

Естественная защита желудочно-кишечного тракта осуществляется с помощью трех основных механизмов.

Кишечная микрофлора и барьерный эффект. Между кишечной микрофлорой и организмом хозяина существуют симбиотические отношения, обеспечивающие защитный, или так называемый барьерный, эффект. Различают две категории кишечной микрофлоры: постоянная (эндогенная) и временная (экзогенная). Первая помогает хозяину противостоять колонизации патогенными бактериями. Считается, что такая защита осуществляется посредством двух главных механизмов:

Прямое воздействие бактерий эндогенной флоры на экзогенные бактерии: конкуренция за субстраты, конкуренция за рецепторы, создание ограничивающих условий, выработка антибактериальных соединений. Прямое воздействие можно продемонстрировать на мышах со стерильным кишечником. Желудочно-кишечный тракт стерильных мышей быстро заселяется искусственно введенными патогенными микроорганизмами, тогда как животные с нормальной кишечной флорой устойчивы к колонизации теми же микроорганизмами.

Непрямое воздействие проявляется в изменении способности хозяина реагировать на экзогенные патогенные микроорганизмы путем изменения химического состава желчи и секрета слизистых оболочек, усиления перистальтики или выработки дефенсинов. Дефенсины представляют собой молекулы, которые синтезируются специализированными клетками (в основном находятся в тонкой кишке) и ведут себя подобно антибиотикам, защищая хозяина от патогенных микроорганизмов.

Пробиотики. Определение пробиотиков еще окончательно не выработано, однако по своей сути пробиотики — это полезные для здоровья живые микробные компоненты пищевых продуктов. Пробиотики обладают следующими свойствами:

могут являться компонентами пищи;

являются жизнеспособными клетками, которые в больших количествах содержатся в пробиотических продуктах питания;

стабильны и выживают на протяжении всего срока годности продукта;

способны выживать в кишечнике, т. е. устойчивы в кислой среде желудка и к воздействию ферментов;

оказывают благотворное влияние на организм, например, усиливают его сопротивляемость болезням.

Поскольку разные штаммы обладают различными свойствами, следовательно, необходимо изучать особенности каждого штамма и/или их комбинации. Это видно на примере исследования адгезивных свойств in vitro, которое показало, что одни пробиотики ассоциируются с энтероцитами, тогда как другие не обладают такой способностью. Клиническая значимость этого свойства остается до конца неясной. Различные пробиотики обладают, по меньшей мере, некоторыми из перечисленных ниже свойств, влияющих на организм человека:

улучшают переваривание лактозы у лиц с нарушениями ее всасывания;

изменяют соотношение и функции кишечной флоры;

обеспечивают целостность энтероцитов;

улучшают перистальтику кишечника (при запорах);

усиливают реакцию на кишечные инфекции (например, ротавирусную).

Перспективной областью исследований является изучение механизмов, посредством которых пробиотики влияют на естественные защитные системы. Важнейшей задачей человеческого организма является защита его от воздействия внешних факторов и патогенных микроорганизмов, вызывающих заболевания. Для этой цели организм человека располагает тремя основными защитными механизмами: кишечная микрофлора и барьерный эффект, эпителий и слизь, неспецифический и специфический иммунитет.

Результаты ряда исследований, проведенных на животных и человеке, говорят о благотворном действии молочнокислых бактерий (МКБ) и пробиотических кисломолочных продуктов на естественные защитные системы организма через три вышеуказанных механизма, одним из которых является иммунная система.

Пробиотики, кишечная микрофлора и барьерный эффект. Хотя невозможно полностью охарактеризовать кишечную микрофлору, доминантная микрофлора является наиболее изученной. Баланс кишечной микрофлоры может изменяться под воздействием пробиотиков. Присутствие в кишечнике экзогенных бактериальных штаммов из пробиотических кисломолочных продуктов может вызывать значительные, хотя и временные, изменения состава кишечной микрофлоры. Так, например, после употребления пробиотического йогурта в различных отделах кишечника возрастает количество Lactobacillus.

Поступающие в кишечник пробиотики изменяют не только состав, но и функцию его микрофлоры. Использование в пищу пробиотических кисломолочных продуктов может приводить к снижению содержания в кале специфических ферментов, таких как азоредуктаза или бета-глюкуронидаза. Об изменениях ферментной активности кишечной микрофлоры при использовании пробиотических кисломолочных продуктов также свидетельствует появление соответствующих биохимических маркеров в выдыхаемом воздухе (водород, метан) или в кале. Барьерный эффект эндогенной микрофлоры можно продемонстрировать на примере чувствительности к инфекционным агентам у животных, выращенных в стерильных условиях, а также на примере снижения частоты диареи у людей, использующих в пищу пробиотические кисломолочные продукты.

Пробиотики, эпителий и слизь. Взаимодействие между отдельными формами микрофлоры в кишечном эпителии лучше всего прослеживается на модели стерильных животных. У этих животных толщина слизистой оболочки кишечника и образуемого ею слоя слизи чрезвычайно мала. Однако как только в кишечник поступает та или иная микрофлора, слизистая оболочка утолщается, а количество слизи возрастает.

Масляная кислота, образующаяся в процессе брожения в толстом кишечнике, служит источником энергии для колоноцитов и индуцирует изменение обменных процессов в этих клетках. Она обусловливает так называемый «трофический» эффект, испытываемый колоноцитами. Недавно было установлено, что экзогенные бактерии могут изменять характер секреции слизи организма-хозяина. Исследования на мышах показали, что некоторые пробиотики улучшают трофику энтероцитов.

Пробиотики, неспецифический и специфический иммунитет. В кишечнике человека сосредоточено до 70% всех иммунокомпетентных клеток. Поэтому изучение взаимодействия пробиотиков с иммунной системой является предметом многочисленных исследований. Стимулирование неспецифической иммунной системы оценивается на основании фагоцитарной активности естественных клеток-убийц и индукции различных цитокинов, а реакции специфической иммунной системы — по содержанию иммуноглобулинов в крови, концентрации В- и Т-лимфоцитов и некоторых цитокинов.

Обе системы стимулируются разнообразными пробиотиками. В исследованиях на людях и животных использовались различные штаммы Lactobacillus casei.

Пробиотики и системный эффект. Главным результатом улучшения деятельности естественных защитных систем является снижение риска и/или ускорение выздоровления от кишечных инфекций, среди которых наиболее часто встречающейся является спонтанная (у людей) и экспериментальная (у животных) диарея. Влияние L. casei и других МКБ на частоту и продолжительность различных форм диареи изучалось в многочисленных исследованиях. Результаты этих исследований и основанные на них выводы отличаются, так как авторы использовали разные методы оценки, способы индукции диареи, штаммы и дозы МКБ, а также формы их введения. В целом, однако, во всех случаях имело место уменьшение частоты и продолжительности отдельных форм диареи под влиянием L. casei.

Эти данные показывают, что пробиотики в целом и L. casei в частности взаимодействуют с отдельными защитными системами организма-хозяина и улучшают их деятельность. Поскольку действие пробиотиков не выходит за пределы физиологической нормы, оно с трудом поддается оценке, а механизмы этого действия неясны. Сочетание исследований in vitro, на людях и животных позволяет получать взаимодополняющую информацию, подтверждающую благотворное действие пробиотиков на функцию естественных защитных систем.