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人類健康與微生物

微生物與人類的關系

你和你的微生物

人體微生物與人類的健康

摘要:人體攜帶有大量的微生物,這些微生物群對于人體有著重要的生理作用。通過對其分布、生理作用及功能的研究以及微生物和宿主的關系可以充分了解人體微生態平衡的意義及作用,對于人類疾病的治療意義重大。

關鍵詞:微生物菌群;微生態;微生態失衡;前言人體正常微生物群,是指棲息在人體皮膚或黏膜上,并隨宿主長期進化過程形成的,在一定時期定植在宿主皮膚上或腸道黏膜等的微生物群落。1950年,我國著名醫學微生物學家魏曦提出菌群調整療法,即把正常菌群的成員制成活菌制劑給病人服用來輔助缺失或減少的細菌,即“促菌生”——需氧臘樣芽胞桿菌。此外,目前醫學上廣泛使用的菌劑還有大腸桿菌活菌制劑(Colibiogen),乳桿菌活菌制劑(Lactobiogen),腸球菌活菌制劑(Enterococcobiogen)等。人體所攜帶的菌群分為正常菌群和過路菌群兩種。正常菌群數量是巨大的,約有1014個。在長期的進化過程中,通過個體的適應和自然選擇,正常菌群中不同種類之間,正常菌群與宿主之間,正常菌群、宿主與環境之間,始終處于動態平衡狀態中,形成一個互相依存,相互制約的系統,因此,人體在正常情況下,正常菌群對宿主表現不致病。過路菌群是由非致病性或潛在致病性細菌所組成,來自周圍環境或宿主其它生境,在宿主身體存留數小時,數天或數周,如果正常菌群發生紊亂,過路菌群可在短時間內大量繁殖,引起疾病。

1.人體正常菌群的分布及生理功能

人體所攜帶的微生物總量十分巨大,約100萬億個。菌群種類更是高達1000余種。總重量約1271克,體積相當于一個肝臟。其中99.9%是以雙歧桿菌和類桿菌為主的專性厭氧菌,僅有0.1%是以腸桿菌科細菌為主的兼性厭氧菌。這些數量龐大的微生物分布于人體各處,其中腸道、口腔、皮膚、陰道是人體四大菌庫,這些分布在人體不同組織結構,的正常菌群各自有著不相同的生理功能,以腸道菌群數量最多最具代表性。皮膚菌群,是指在皮脂腺管中有厭氧的瘡庖丙酸桿菌以及表皮葡萄球菌。此外,皮膚表面還棲居著金黃色葡萄球菌、鏈球菌、棒桿菌、微球菌以及白色念球菌和皮癬菌等皮膚正常菌群。可以說皮膚正常菌群是人體第一道生物屏障,它對于皮膚的營養代謝和體溫調節等具有重要生理作用。口腔菌群,口腔黏膜上棲息著卟啉單胞菌、梭桿菌、普氏桿菌、消化鏈球菌以及溶血鏈球菌、乳酸桿菌、變形鏈球菌、韋榮球菌、金黃色葡萄球菌、衣氏和內氏放線菌以及白色念球菌等。其生理功能是在維持口腔潔凈,抵御致病菌生物侵襲(防止病從口入),促進免疫功能等方面發揮重要作用。腸道微生物分為兩種,第一種稱為正常菌群,還有一種稱為過路菌群,又稱外籍菌群。腸道正常菌群包括:胃內黏膜定植著酵母菌、螺旋菌、乳桿菌、少量球菌。小腸由于腸蠕動過快,很少有常住菌定植,只有腸球菌、乳桿菌、腸桿菌等過路菌;結腸定植著大量正常菌群,差不多有1013CFU/g腸內容物,即千百兆個活菌,它們由類桿菌、雙歧桿菌、優桿菌、梭菌、消化鏈球菌、韋榮球菌、乳桿菌、大腸桿菌、腸球菌等差不多50個菌屬400—500個菌種組成。腸道正常菌群對人體來說十分重要,在維持機體生物、化學、免疫屏障以及對宿主營養、健康、抵御致病微生物侵襲、提高定植抗力、免疫、抗腫瘤、抗衰老等方面發揮重要的生理作用。呼吸道正常菌群是在人出生大致12-15h后,鼻、咽、喉部(即上呼吸道)出現正常菌群。先是需氧菌如表皮葡萄球菌和金黃色葡萄球菌、鏈球菌和漢森氏球菌、韋榮球菌、嗜血桿菌等,繼而也出現厭氧菌如普氏桿菌、卟啉單胞菌和韋榮球菌。

呼吸道正常菌群對維持呼吸道健康,刺激機體局部免疫功能,保護機體免受致病菌侵襲等方面起重要作用。生殖道正常菌群,女性生殖器從幼稚到成熟過程中就有微生物棲居和定植,大致上包括產黑色素類桿菌、卟啉單胞菌、普氏桿菌、類桿菌、乳桿菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌等十幾種細菌為正常菌群。其生理功能主要有:維持生殖道酸性環境;保持生殖道自凈;拮抗致病菌定植致病;提高機體定植抗力和免疫功能方面起重要作用。

2.微生物群落各成員間的相互作用

生態系特定生境中長期進化過程中形成的具有特定的性質、數量、結構,并具有特定功能的微生物群體成為微群落。宿主所攜帶的微群落之間的相互關系總體上分為共生關系與競爭關系兩種。共生關系是生物間關系的高度發展,又分為共生、棲生、互生和助生四種。當兩種或兩種以上的微生物處于同一環境時不發生任何相互影響的生長關系稱為共生。常見于對營養要求不同的微生物,如人體上呼吸道各種微生物形成的正常菌群。棲生是指兩種微生物共同生長時,一方受益,另一方不受任何影響的生長關系。互生是指兩種微生物共同生存時可相互受益,并且“可分可合,合比分好”。如好氧性自生固氮菌和纖維素分解菌。而助生則是兩種微生物共同生長相互收益的一種專性關系。競爭關系大體上也可分為四種。兩種微生物共同生存時為獲得能源、空間或有限的生長因子而發生的爭奪現象的稱為競爭關系。兩種微生物共同生長時一方產生一種抑制對方生長的因子,前者本身不受不利影響或反而受益,后者的生長受到不利影響的稱為偏生關系。如:產生抗生素的真菌與對該細菌素敏感的細菌。

寄生關系由宿主和寄生物兩方面形成,如噬菌體對相應細菌的感染和裂解等。一種微生物吞入并消化另一種微生物的稱為吞噬,如阿米巴原蟲對細菌的吞噬。

3.正常微生物種群與宿主的關系

微生物在宿主體內一定生境或解剖位置黏附并繁殖的狀態稱為定植。以腸道菌群為例,來理解微生物群落與宿主的關系。腸道原籍菌在人體內的定植分為初級定植和次級定植。初級定植發生在出生后:0d:腸道無菌(胎糞無菌)。1~2h:菌出現,數量很少,腸球菌、大腸埃希菌;1d:乳酸桿菌、芽胞梭菌、葡萄球菌等,10/g;2d:厭氧菌開始生長,出現雙歧桿菌并成為優勢菌,其他厭氧菌也迅速生長,形成競爭;5d:需氧菌和兼性厭氧菌降為第二位,厭氧菌:需氧菌1000:1~10000:1。腸道菌的原籍菌群定植次級演替分為:新生兒離乳期時腸道內原籍菌主要為糞桿菌、真桿菌、消化鏈球菌與雙歧桿菌。由嬰兒雙歧桿菌型向青春雙歧桿菌型過渡;隨著宿主年齡的增加,腸道菌群開始向老年菌群過渡,芽胞梭菌、乳酸桿菌與大腸埃希菌增加,雙歧桿菌減少、厭氧菌減少。此外細菌的定植需要一定的前提和條件,需要細菌具備對宿主黏膜的黏附功能,如細菌是否具有菌毛、定居因子、K抗原等;而宿主要有接受細菌黏附的條件,如是否攜帶受體,還要受到生態位的pH、抗體、分泌物等影響。并且當細菌定居后,還要根據是否有適宜的營養和適宜的宿主反應,才能決定是否細菌可以在此部位進行進一步繁殖。

4.微生態平衡與微生態失調

微生態平衡是指正常微生物群與其宿主生態環境在長期進化過程中形成生理性組合的動態平衡。微生態平衡對宿主和微生物具有重要影響,根據宿主和微生物的狀態不同,微生態也動態的發生變化,而當外環境改變時,微生物與宿主由生理性組合轉變為病理性組合后,就會引發宿主病變,即微生態失調。微生態失調主要分為菌群失調、定位轉移、血行感染、易位病灶四種。菌群失調:在原正常微生物群發生的定量和定性的異常變化,其中主要是量的變化。也稱比例失調。菌群失調還可分為一度和二度以及三度。一度失調:使用抗生素后,抑制一部分細菌,卻促進另一部分細菌,造成數量上異常變化。臨床無或僅有輕微反應,停藥后自然恢復。二度失調:菌群內生理波動轉為病理波動,不可逆,臨床上多表現為慢性病如慢性腸炎、慢性腎盂腎炎、慢性口腔炎等。三度失調:原籍菌群大部分被抑制,少數菌種轉化為優勢菌,表現為急性狀態,病情兇險,亦稱交替感染或二重感染。引起二重感染主要以金黃色葡萄球菌、革蘭陰性桿菌(如綠膿桿菌、大腸桿菌、肺炎桿菌等)和白假絲酵母菌為多見。多發生在用藥后2~3周,發生率為2%~3%,主要表現為消化道感染、醫院內肺炎、尿路感染、敗血癥等。二重感染的病原菌常對多數抗菌藥物耐藥,而病人抵抗力因原發病和(或)原發感染而顯著降低,因此,二重感染常難以控制,呈急性狀態,病情兇惡,病死率較高。

定位轉移:也稱易位。即病變菌群在宿主體內發生了位置的改變。分為橫向轉移和縱向轉移。橫向轉移即病院菌群由原位向其周圍轉移。縱向轉移則是病原菌群經由體表、上皮細胞、淋巴細胞最后到達巨噬細胞的有體表到體內的轉移。血行感染:發生在定位轉移之前或之后。是指微生物從宿主體內的感染灶(如扁桃體炎、鼻竇炎、皮膚感染等)侵入血流,逐步侵染臟器,形成的自上而下感染。異位病灶:正常微生物群可因其他誘因所致,在遠隔的臟器或組織形成病灶。

5.微生態失調的防治

微生態失調引起多種宿主病變,因此要盡可能維持微生態的平衡。

其防治方法主要有以下幾點:

一、保護厭氧菌,提高定植抗力。定植抗力是指宿主對致病菌在正常微生物群中定植和繁殖的抵抗力。受宿主因素和正常微生物群的雙重影響,尤以后者為重要。注意保護厭氧菌,可有效提高定植抗力。β-內酰胺類、林可霉素類、紅霉素、氯霉素、甲砜霉素、四環素等對厭氧菌有較強抗菌作用。

二、采用微生態免疫和營養調整的聯合療法。一方面提高宿主的免疫力,另一方面通過補充宿主所需要的營養來促使微生態達到動態平衡。例如:要對體內雙歧桿菌進行補足,可給予胡蘿卜、初乳、乳糖、野芝麻四糖、棉子糖、半乳糖及果糖等功能性低聚糖。要調整宿主體內乳桿菌,可服用乳糖、蔗糖等營養物質。

三、抗生素的使用。要注意保護生態平衡,小量、窄譜、非口服用藥、保護厭氧菌的使用原則。謹慎使用抗生素。并且要做到先抗后調。使用抗生素類藥物之后要及時對體內微生態菌群進行調理,恢復宿主體內的微生態平衡。