Escherichia coli-
положительный фактор в жизни человека
Вступление
Какой врач не думает сначала об
отрицательных картинах в связи с Escherichia coli? - диареи, кровавые диареи,
выделение токсина с обширными язвами в слизистой оболочке кишечника, колит язвенный, Morbus Crohn
и так далее (31). Эта отрицательная установка усиливается посредством того, что
снова и снова открываются новые патогенные штаммы E. coli. Положительным
аспектом было отведение важной роли в обмене веществ желудочно-кишечного тракта
аэробным организмам вообще и E.coli, в частности, благодаря их ранее
предполагаемому большому количеству. Между тем подтвердился результат, что в
противоположность к прежнему мнению, аэробные организмы в целом по количеству
имеют меньшее значение, чем анаэробные организмы (31). Согласно более новым
исследованиям соотношение анаэробных организмов к аэробным организмам
составляет около 1000:1 (8, 16, 27). Человеческий организм состоит из 1013
клеток и составляет вместе с тем только 10% от всех 1014 клеток,
включая бактерии (27).
Многочисленные исследования освещают, с другой стороны,
значение аэробных организмов и, в частности, E.coli для иммунологического
равновесия в человеке, позволяют этой группе возбудителя выступать полностью в
другом свете и способствуют пониманию предполагаемых взаимосвязей из эмпирической медицины более ранних десятилетий. К ним относится размышление,
могут ли микроорганизмы быть ответственными за возникновение заболеваний,
которые нужно рассматривать не как инфекции, а как реакции на продукты обмена
веществ этих микроорганизмов. Таким образом, например, очищенные полисахариды
пептидогликана из клеточной стенки определенных штаммов стрептококков, которые
имеются в нормальной кишечной флоре, при внутрисуставных
или внутрибрюшных инъекциях у крыс вызывают дегенеративные заболевания суставов различных проявлений (34).
У пациентов с диагнозом анкилозный спондилит обнаруживались антитела
против клебсиеллы, при ревматическом артрите - против протея. Речь идет,
возможно, о реактивных процессах по отношению к клебсиелле и соответственно
протею на обходе через перекрестную реакцию по отношению к антигенам HLA (10).
С другой стороны, сообщалось о похожих результатах,
которые подтверждали в отношении сальмонелл, шигеллы, йерсинии, клебсиеллы и
кампилобактера, что они могут вызывать артрит, если кишечная стенка локально
имеет неудовлетворительную иммунологическую защиту организма и вместе с тем,
стала проницаемой. При этом в значительной степени подтверждаются
воспалительные изменения в кишечнике (22). Исторический
подход закругляет эти размышления (6).
Обитатели кишечника
Желудочно-кишечный тракт должен
обеспечивать прием жизненно важных питательных веществ и также защищать от
антигенных веществ окружающей среды,
попадающих, например, через пищу или через микроорганизмы. К этому он
должен быть готов (18, 27). У всех новорожденных происходит в кишечнике
одинаковая последовательность заселения микроорганизмами.
Окислительно-восстановительный потенциал, как мера силы окисления и сокращения
(уменьшения), составляет у новорожденного при наличии только E.coli и
энтерококков около +200 mV и возвращается после роста и ферментации у взрослого
к отрицательному окислительно-восстановительному потенциалу около - 300 mV
(16), с которым могут жить также и другие организмы такие, как анаэробные
организмы. Таким образом, аэробные организмы содействуют поселению анаэробных
организмов путем потребления кислорода (27).
Поверхность слизистой оболочки системы кишечника составляет около 200 м2
по сравнению с 80 м2 поверхности слизистой оболочки дыхательной
системы и с поверхностью кожи 2 м2 (17). 25% желудочно-кишечной
слизистой оболочки состоят из связанной с кишечником лимфатической ткани, в
основном из Peyer-бляшек и М-клеток. Peyer-бляшки образовывают T- и B-клетки,
преимущественно клетки B и как их дифференциальную
форму - клетки плазмы, которые производят
IgM и S-IgA и находятся в большом количестве в Lamina propria слизистой
оболочки кишечника. Они – носители иммунитета, причем принадлежащие к
одному клону клетки плазмы производят только
определенные антитела (21). T- и B-клетки образовываются быстро. Они мигрируют,
как реакция на антигены, через брыжеечную железу в кровоток и попадают
снова в слизистые оболочки. Таким образом, выясняется, что здесь речь идет не о чисто локальном иммунном ответе. (9)
Образовавшиеся во время этих процессов лимфобласты исчезают 5 дней спустя.
Напротив, маленькие лимфоциты с их способностью передавать специфический
иммунитет достигают предельных размеров спустя 2 недели, которые сохраняются на
более длительное время (клетки памяти). Эти клетки после каждого нового
контакта с антигеном могут стимулировать T-и B-лимфобласты (9) и вызывают быстрый
передаваемый клетками иммунный ответ.
Имеется 6x106 лимфатических клеток/г слизистой
оболочки тонкого кишечника и 4,9x 106 лимфатических клеток/г
слизистой оболочки толстого кишечника. Peyer-бляшки служат восприятию антигена
после инициирования специфического иммунного ответа (5). Имеется около 250 таких клеточных агрегатов, которые
принимают в старости приблизительно до 100. Лимфоциты из этих бляшек
сохраняют в отличие от лимфоцитов селезенки их реакционную способность по
отношению к митогенам или аллоантигенам. Количество клеток плазмы в
человеческом организме формируется после рождения в течение одного года. 70%
IgA, 20% IgM и 10% IgG производятся этими клетками. Увеличение клеток плазмы
интерпретируется, как проявление хронического воспаления. Обычно у взрослых
обнаруживают в мм3 Lamina propria 350000 клеток плазмы, которые
производят IgA, 50000, IgM и 10000, IgG. При бляшках имеется преимущественно
заселение клетками B. На их поверхности находятся клетки М (мебранные клетки),
которые предусмотрены для ресорбционных функций (5). Они размножаются, как
ответ на повышенное количество антигенов (21). Они содействуют транспортировке
антигенов и возбудителей в систему. Определенные штаммы E. coli противостоят
этому механизму (21).
взрослого человека насчитывается в грамме сырого веса
испражнений 105-107 аэробных организмов и 1010-1011
анаэробных организмов (16). 40% массы испражнений состоит из влажного
бактериального клеточного материала (27). Благодаря взаимодействию между
отдельными бактериями и организмом достигается равновесие (16). Это равновесие
достигается также при образовании антител, в то время как новые – производятся,
старые – сокращаются.
Накопленное противостояние по отношению к антигену приводит к более быстрому
увеличению количества антител (24).
Состав флоры слизистой
оболочки кишечника и просвета кишечника различен, причем возможно, что флора
слизистой оболочки влияет на флору просвета (8).
Больше чем 300
разновидностей микроорганизмов были выделены из испражнений (27). Соотношение
между анаэробными и аэробными организмами в отдельных частях кишечника –
различное (31, 8). При этом число анаэробных организмов меньше колеблется, чем
число аэробных организмов (8).
Функция кишечника
Развитие гастоэнтерологии
оказывало плодотворное влияние также и на связанные с ней области, в результате
чего сегодня имеются значительные познания в этих областях. Что касается обмена
веществ в кишечнике, то короткоцепочные жирные кислоты имеют особое
значение для сосуществования бактерий и слизистой оболочки кишечника (26).
В тонком кишечнике
поглощаются жиры и синтезируются апопротеины. Снижение ресорбции ведет к
недостатку важных жирных кислот и растворимых в жирах витаминах. Например,
нарушение всасывания может вызываться неомицином (35).
Обмен веществ бактерий,
в частности, Escherichia coli (15).
Для роста бактерий необходимы 12
основных элементов, из них C, О, H, N для построения клеточного материала, S, P, K, Mg, Са, Fe для синтеза аминокислот, Na, Cl для транспортировки. 8 вспомогательных
элементов (Zn, Mn, Мо, Se, Со, Cu, Ni, W) служат для синтеза ферментов. При
этом сера особенно важна. Основным источником серы являются сульфаты. Азот
составляет около 10% сухого веса бактерий.
Все процессы обмена веществ нуждаются в ATP, которые
большинство бактерий получают через химические
реакции. В качестве источника витамина C для роста E.coli нужна только глюкоза,
однако, как исходные материалы, могут использоваться также и фруктоза или
лактоза. Разумеется, кроме этого, должны синтезироваться новые ферменты. Все составные
части клеток могут синтезироваться из глюкозы и минералов. E.coli относится к
группе факультативно анаэробно растущих бактерий, т.е., они растут в
присутствии или в отсутствие кислорода. В присутствии кислорода E.coli работает оксидативно, а в отсутствие
- ферментативно. При аэробных условиях часть субстрата окисляется до CO2,
причем О служит электронным рецептором. Образование ATP и вместе с тем
биосинтез составных частей клеток становятся возможным. 50% глюкозы окисляется
до CO2. При этом из ADP вместе с неорганическим фосфором возникает
ATP. Оставшиеся 50% глюкозы превращаются в клеточный материал.
Цитоплазматическая мембрана E.coli не
легко проницаема для глюкозы, необходима более активная транспортировка,
которая возможна с помощью фосфорилизации глюкозы в фосфат глюкозы-6. Затем
фосфат глюкозы-6 преобразуется частично в пируват и с помощью пируватдегидрогеназы
расщепляется. Так как E.coli также и при анаэробных условиях метаболизируется,
глюкоза может расщепляться также ферментативно без O2. В общем, поток энергии при
E.coli разнообразен, в зависимости от того какие преобладают условия:
анаэробные или аэробные. Общие процессы обмена веществ привязаны к
существованию мембран, которые являются непроницаемыми для заряженных и
незаряженных гидрофильных соединений, в то время как липофильные незаряженные или заряженные субстанции могут проходить без
транспортной системы.
95% клеточного материала E.coli состоит
из макромолекул. В частности, 52% припадает на протеины, 19% - на нуклеиновые
кислоты, 17% - на полисахариды и 9% - на липиды. Клеточные мембраны содержат, в
общем, около 60% протеинов. Внешняя мембрана содержит около 40% протеинов, 40%
- липополисахаридов и 20% - фосфолипидов.
·
Синтез
протеинов
Самая крупная часть ATP (56%) необходима для полимеризации
аминокислот, причем для синтеза протеинов требуются 20 аминокислот.
·
Синтез
липидов
Липиды нужны
не как резервный материал, а как составная часть клеточных мембран (фосфолипиды и гликолипиды).
Здесь существует тесная связь с синтезом углеводов.
·
Синтез
углеводов
Исходный материал - это глюкоза, но
также и манноза или галактоза. Как клеточные составные части синтезируются,
например, липополисахариды и пептидогликан.
·
Синтез
ДНК и РНК
Синтез ДНК и РНК происходит обычным
способом по шаблону.
Защитные функции бактерий, которые
действуют в кишечнике
Диетические факторы и бактерии могут
при определенных обстоятельствах активизировать клетки T и тем самым привести к
пролиферации эпителиальных клеток в кишечнике (36). Раздраженные
(стимулированные) T-клетки слизистой оболочки кишечника тормозят синтез IgG,
IgM и IgE и содействуют образованию S-IgA.
Примечательно, что многие из орально
применённых антигенов подавляли системное образование антител после
парэнтерального приёма тех же антигенов. Этот факт объясняется развитием
T-супрессорных клеток в иммунной системе кишечника. С другой стороны,
присутствие T-супрессорных клеток не влияет на локальный иммунный ответ на
оральные антигены. Этот феномен обозначается также как оральная иммунная
толерантность (21).
B-лимфоциты выделяют до 70-90% IgA и около 18% IgM
(5). Физиологический иммунитет достигается с помощью S-IgA, который является
димерным IgA, к которому прилагается еще так
называемый секреторный компонент (13). В день образуются около 3 граммов. IgA
находится в плащевидной слизистой оболочке эпителиальных клеток в
качестве так называемого
антисептического покрытия. Оно содержится во
всех секретах организма (5). S-IgA имеет защитную функцию против токсинов и
против чужих антигенов, которые проникают из пищи, бактерий и вирусов. S-IgA
предотвращает проникновение микроорганизмов и образование их колоний (21).
S-IgA может нейтрализовать активные
антигены в эпителиальных клетках и, исходя из
этого, имеет бактерицидный потенциал (9, 21). Без защиты IgA количество
остальных иммуноглобулинов в кишечнике быстро сократилось бы.
Между иммунной системой кишечника и
бронхиальной слизистой оболочкой существуют функциональные связи. После
стимуляции специфических для антигенов B-лимфоцитов в иммунной системе
кишечника эти клетки покидают Peyer-бляшки и попадают в брыжеечные
лимфатические узлы, Ductus thoracicus, селезенку и после этого с помощью
хемотактических факторов в Lamina propria слизистой оболочки кишечника или в
другие слизистые оболочки. Специфичность антител может играть важную роль также
и при дисперсии (распределении) (21). Этот путь привел к концепции общей
иммунной системы слизистой оболочки, причем все поверхности слизистой оболочки
активизируются путём орального приема антигенов. Это, конечно, сказано
упрощенно, однако, может быть по сути правильным (21).
сновным источником производства IgA
является костный мозг, однако, для S-IgA -
слизистая оболочка. В сыворотке ежедневно производится 450 мг IgA/dl и
всего лишь 3 мг S-IgA/dl. Существует 2
подгруппы IgA, а
именно lgA1 и
IgA2, биологический период полураспада которых составляет 4,5 - 6
дней (21). В секретах тела содержится 26-41% IgA2, в то время как в
сыворотке содержится 80-90% IgA1. Согласно другим результатам
соотношение A1 и A2
должно составлять 3:2 и S-IgA должно содержать до 90% A1 (13). 10 см
тонкой кишки производят ежедневно 300 мг IgA. IgA2 является
устойчивым к протеазе. Разумеется, Neisseria meningitidis (нейссерия) и
Streptococcus pneumoniae производят определенные протеазы, которые могут
воздействовать также на S-IgA. Тяжелые
гепатические функциональные нарушения ведут к повышенным показателям S-IgA и полимерного IgA в сыворотке. В
слизистой оболочке кишечника IgA, IgM и IgG существуют в соотношении 20:3:1
(13).
С помощью оральной иммунизации сенсибилизируются
различные субпопуляции клеток Т, которые выполняют 2 функции:
1. Содействие образованию специфических
антител IgA, которые локально блокируют дальнейшую ресорбцию антигенов (13).
Биологически активные молекулы такие как, например, неустойчивый к высоким
температурам токсин E.coli, стимулируют образование S-IgA. Интактные (не
разрушенные) микроорганизмы являются также отличными антигенами для содействия
производству S-IgA. Напротив, убитые с помощью высокой температуры
микроорганизмы не в состоянии производить S-IgA с целью освежающей реакции
(21).
2. Препятствие (торможение) системному
иммунному аппарату затем, чтобы большое количество поглощаемого антигена смогло
вызвать нежелательные обобщенные иммунные реакции (13). При этом высокие титры
антител сыворотки, кажется, сокращают иммунный ответ слизистой оболочки. Если
давать бактериальные антигены парэнтерально только за 1 день до орального
приёма, иммунный ответ слизистой оболочки усиливается. Затем специфические для антигенов иммуноглобулины
предотвращают развитие иммунитета слизистой оболочки. Возможно, будет
затрудняться миграция клеток B, которые являются
предшественниками производства IgA.
·
Предотвращение
поселения патогенных микроорганизмов
Анаэробные организмы играют важную роль
в предотвращении заселения кишечника потенциально патогенными действующими микроорганизмами.
Образование колоний в кишечнике может привести к экстраинтестинальному посеву,
в то время как бактерии проникают в лимфатические узлы в кишечнике и попадают
после этого в общий кровоток. Таким образом, в присутствии энтерококков
проникало в лимфатические узлы значительно меньшее количество E.coli, чем без
их присутствия. Определенные анаэробные организмы имели незначительное влияние на этот процесс. Исследования
привели к выводу, что анаэробные организмы играют важную роль при контроле
образования колоний и транспорте кишечных бактерий в организм. Изменение
состава кишечной флоры, например, из-за анти-микробиологического лечения, может
привести к смещению равновесия.
Изменение микрофлоры означает чаще
всего, что патогенные микроорганизмы размножаются сильнее и затем вызывают
сепсис, колит, диарею или стоматит. Кроме того, доходит до развития устойчивых
микроорганизмов, причем развитие резистентности зависит от разновидности использованного
химиотерапевтического средства. У пациентов с измененной микрофлорой доходит
также до развития новых, до сих пор, не диагностированных микроорганизмов (23).
Снижение сопротивления против попадания микроорганизмов в организм связано со
смещением равновесия (38). Это мнение поддерживается другими исследованиями
относительно анти-микробиологического лечения, но не относительно влияния
анаэробных микроорганизмов (14). Количество микроорганизмов, мигрирующих из
Caecum в брыжеечные лимфатические узлы и оттуда далее в другие органы, является
пропорциональным количеству наличествующих в Caecum штаммов бактерий. Особенно
легко проходят через эпителиальные клетки желудочно-кишечного тракта
сальмонеллы и патогенные штаммы E. coli. В этих исследованиях существовали, тем
не менее, различия, которые зависели от того, были ли выращены мыши в
стерильных условиях или они были обеззаражены с помощью антибиотиков (32).
Определенные штаммы E. coli могут
образовывать колонии в кишечнике, хотя они прилипают к поверхности клеток М, а
не всасываются. Эти возбудители избегают, таким образом, иммунной реакции.
Клетки М рассматриваются, как клетки, которые содействуют транспортировке
возбудителей в систему. После орального приёма антигенов могут протекать
различные иммунологические реакции. Типично начинается производство S-IgA,
однако, может дойти до системной
стимуляции и вместе с тем до образования IgG или IgM (21).
Было исследовано, какое отношение
существует между антителами сыворотки и собственной кишечной флорой. У здоровых
людей титры антител сыворотки были низкие по сравнению с собственной кишечной
флорой, но различны.
Пробанды с низкими антителами сыворотки
по сравнению с собственной флорой могут иметь более высокие уровни против чужой
флоры (2). Четыре человека с самым высоким сопротивлением против образования
колоний в кишечнике имели наивысшие титры IgA и наоборот. При этом S-IgA и IgA
проходят одинаково рационально. При высоком сопротивлении образованию колоний
лимфатические ткани в кишечнике могут хорошо справляться с всасывающимися
бактериями. Если это не происходит, доходит до транспортировки бактерий в
организм и до увеличенного образования IgG (1).
·
Иммунный
ответ в кишечнике
Желудочно-кишечная иммунная система -
это интегральная составная часть распространяющегося через органы иммунного
аппарата слизистой оболочки (13). Поверхность слизистой оболочки в
желудочно-кишечном тракте составляет 200 м2, в то время как в
дыхательной системе – около 80 м2. Прежде всего, в этих системах
имеется неспецифическая защитная система, которая состоит, например, из
лизозимов из Panethschen зернистых клеток, из гранулоцитов, макрофагов,
интерферона и комплемента (5,7). Однако,
согласно новейшим исследованиям (21) Panethschen клетки должны возвращать также
большое количество IgA в просвет кишечника.
Характерный иммунный ответ
ассоциированной с кишечником иммунной системы - это создание локального
иммунитета через образование S-IgA при одновременной индукции системной
толерантности (5). Переносчиками информации между клетками (T-
клетки-помощники) служат интерлейкины, а именно антиген-неспецифические.
Разнообразие иммунологических форм реакции в иммунной системе слизистой
оболочки и различные клеточные пути миграции настоятельно рекомендуют лечить
также аллергические гиперергические заболевания бронхиальной системы с помощью
орально индуцированных блокирующих антител IgA (5, 21).
Недостаток IgA ассоциируется с
повышенной нормой аллергических и аутоиммунологических заболеваний, а именно
как последствие увеличенного приема антигенов (5). При этом бактерии проникают
в брыжеечные лимфатические узлы или селезенку,
и таким образом производство IgG управляется в пути (2).
Поверхностные антигены E.coli образуются из
липополисахаридов клеточных стенок и капсульных полисахаридов. Они синтезируются
в мембране цитоплазмы бактерий. Липополисахариды транспортируются к внешней
мембране и откладываются там. Капсульные полисахариды выделяются в капсулу (18). Можно с помощью орального применения
антигена настолько сильно уменьшить наличие титров антител в сыворотке, что допускается
экспозиция антигена (11, 12, 29).
·
Родство
между отдельными бактериями
Между E.coli, клебсиеллой
(пневмония, инфекции мочевых путей) или шигеллой (диарея) существует родство
вследствие структурной идентичности или сходства. Идентичность относится не
только к структуре, но и к серологии и патогенности. Патогенность бактерий
может вызываться посредством того, что хозяин не способен вырабатывать антитела против бактериальных
капсул, поскольку содержащиеся в этой капсуле полисахариды соответствуют
собственным углеводам хозяина. Эти факты определяют вирулентность определенных
возбудителей, например, при инфекциях, вызванных E. coli (18). Такие сходства
могли бы сыграть свою роль также и при других медицинских результатах. Так например,
клебсиелла в определенных участках содержит последовательность аминокислот,
которая соответствует антигену HLA B27,
который играет роль при ревматических заболеваниях. Может доходить до
перекрестных реакций. Есть предположение, что похожая взаимосвязь существует в
отношении сальмонеллы, шигеллы, йерсинии, кампилобактера и протей mirabilis
(4).
Влияние питания на E.coli
Нормальное питание - это источник
штаммов E. coli. Во время периода
стерилизованного питания образуются серотипные новые штаммы E. coli,
причем они могли быть в наличии уже раньше или же происходили из других
источников, не связанных с питанием (3).
E.coli и эндотоксин являются самыми
частыми виновниками воспалений, которые сопутствуют микрокровотечениям,
микротромбозам и другим поражениям сосудов. Распространение через
желудочно-кишечный тракт происходит
благодаря выработке интерлейкинов. При инфекционных заболеваниях и не
соответствующем питании, например, при дефиците белка, происходит ухудшение
иммунной функции вследствие изменения во всем обмене веществ. Также происходит
сокращение выработки интерлейкина и вместе с тем снижение клеточного
иммунитета. Проявлением этого является незначительный уровень S-IgA. Вызывается
сокращение функции макрофагов и нарушение общего иммунитета (37). Часто
ненасыщенные, жирные кислоты играют роль в иммунологических процессах, в то
время как улучшается клеточный иммунитет. Синтез клеточного протеина
значительно определяется факторами питания. Речь идёт об образовании антител,
выработке лимфоцитов, бактериолизе, цитолизе, выработке интерлейкина и т.д.
Применение аргинина и глютамина оказывает иммуно-стимулирующее действие. При
Morbus Crohn играет роль неправильное питание (37). Глюкоза должна частично
замещаться жиром. Важными являются витамины и микроэлементы. Ухудшенный иммунный ответ
может объясняться уменьшенным синтезом ферментов. Целью питания при воспалении
должно быть достаточное энергоснабжение, прежде всего, благодаря белкам,
создание условий для восстановления тканей, выработки интерлейкина и
восстановления функции клеток (7). Дефицит белка приводит к сокращению
количества T-лимфоцитов и к неадекватной клеточной дифференциации. Если
клетки-помощники необходимы кроме этого, то количество клеток-помощников
уменьшается и образование антител ограничивается. Количество S-IgA уменьшено в
желудке и в носу. Вследствие этого появляется проход для инфекций и происходит
всасывание макромолекул. Полиморфно-ядерные лейкоциты поглощают бактерии, однако, они их не убивают.
Недостаток в селене, цинке и меди ведет к снижению передаваемого через клетки
иммунитета. Недостаток витамина A может привести к тому, что лимфоциты меньше
реагируют на раздражители. Эпителиальные клетки в дыхательном тракте больных
присоединяют больше бактерий, чем клетки здоровых.
