Rolul probioticelor in sustinerea si echilibrarea florei microbiene, dincolo de contextul episoadelor acute

Cuprins

Microbiomul
Probioticele
Mecanisme de actiune
Traditie: probioticele in enteropatii
Inovatie: Rolul probioticelor in axa creier-intestin-microbiota
Selectia produselor cu actiune la nivel intestinal
Jarro-Dophilus® Mood
Jarro Dophilus® +FOS 30/100 capsule

Microbiomul¹

Organismul uman gazduieste o populatie foarte variata de microorganisme, denumita colectiv microbiota. Microbiota colonizeaza multiple segmente ale organismului uman, regasindu-se la nivelul pielii, tractului uro-genital, cailor respiratorii superioare, cavitatii bucale si la nivel intestinal.

Microbiomul descrie totalitatea materialelor genetice ale microorganismelor simbiotice sau patogene ce traiesc la nivelul corpului omenesc
Tractul gastrointestinal este colonizat la scurt timp dupa nastere, densitatea microorganismelor ce compun microbiomul fiind de aproximativ 10¹¹bacterii/g² la nivelul colonului. Cercetarile recente³ afirma ca la nivelul intestinului se regasesc aproximativ 1900 specii bacteriene⁴, in timp ce raportul dintre numarul de celule ale organismului uman si numarul de celule bacteriene este de 1:1,3.
Densitatea acestor microorganisme este mai mica la nivelul segmentelor proximale ale intestinului subtire ca urmare a pH-ului redus (aciditatea gastrica), actiunii enzimelor pancreatice, a sarurilor biliare si motilitatii specifice (nefavorabila colonizarii).

Probioticele

Probioticele, microorganisme viabile, non-patogene, drojdii sau bacterii, sunt folosite pentru mentinerea echilibrului florei intestinale in conditiile in care sunt capabile sa ajunga la nivel intestinal intr-un numar suficient de mare pentru a conferi beneficii gazdei. Aceste beneficii sunt in general conferite prin capacitatea de adeziune a probioticelor si deci prin abilitatea acestora de a coloniza mucoasele gazdei. Exista si situatii particulare, cand valoarea administrarii rezida strict in efectele conferite de interactiunea probiotic-gazda, fara a se produce colonizarea.

Mecanisme de actiune⁵

Productia de mucus

Echilibrarea productiei de mucus in urma interactiunii dintre probiotic si gazda se realizeaza prin favorizarea expresiei genelor care codifica mucinele, atat pe cele secretorii (secretate si eliberate in lumenul intestinal) (MUC 1), cat si pe cele membranare (asociate membranelor celulare ale enterocitelor)(MUC 3). Lucrarile de specialitate evidentiaza existenta unei corelatii intre capacitatea de adeziune a tulpinilor probiotice, abilitatea lor de a interfera cu adeziunea bacteriilor patogene si cea de stimulare a exprimarii genelor din familia MUC, conducand la sinteza de mucine.⁶

Reducerea agentilor microbieni

Rolul probioticelor in reducerea agentilor microbieni se bazeaza pe actiunea duala a acestora. Ele actioneaza atat prin productia proprie de factori cu rol de reducere a agentilor patogeni, cat si prin stimularea productiei de peptide cu rol de reducere a agentilor infectiosi de catre celulele gazdei.

Probioticele au capacitatea de a produce un spectru larg de compusi ce actioneaza asupra factorilor perturbatori, precum acizi grasi cu lant scurt (acetic, lactic), bacteriocine, H2O2, dar si factori identificati in urma studiilor si inca incomplet caracterizati.Cu ajutorul acestora, probioticele sunt capabile sa Sustina reducerea multiplicarii microorganismelor pathogen.

Acizii grasi cu lant scurt exercita atat o directa actiune antagonista asupra factorilor microbieni, cat si una indirecta. Practic eliberarea lor contribuie la reducerea pH-ului intraluminal, pana la valori incompatibile cu multiplicarea anumitor patogeni (inclusiv EHEC). Efectul direct consta in modificarea permeabilitatii membranei exterioare a Gram-negativilor ( P. aeruginosa, S. typhimurium, EHEC), care devin astfel susceptibili la actiunea altor molecule anti-microbiene.

In majoritatea cazurilor insa, actiunea de mentinere a echilibrului florei microbiene exercitata de probiotice se datoreaza peptidelor produse de acestea, denumite bacteriocine. Bacteriocinele, compusi cu caracter selectiv, au proprietati de reducere a ratei de multiplicare a celulelor bacteriene si actioneaza fie prin sustinerea permeabiltatii membranei interne a bacteriilor gram-negative, fie prin faptul ca actioneaza la nivelul sintezei peretelui celular (conduc la formarea porilor in urma legarii lor de lipidul precursor al peptidoglicanului II).

Peptidele, ce prezinta actiune antiinfectioasa, produse de celulele intestinale umane se inscriu in doua clase principale, mai precis, cea a defensinelor si clasa catelicidinelor. Probioticele contribuie direct la sinteza beta-defensinelor, iar sinteza de catelicidine se realizeaza indirect, prin eliberarea de butirat.

Adeziunea la nivelul epiteliului

Capacitatea probioticelor de a adera la nivelul epiteliului intestinal conduce la actiune de limitare a adeziunii bacteriilor patogene. In general lactobacilii au o capacitate documentata de a coloniza intestinul prin aderare la celulele epiteliale intestinale. Lactobacillus rhamnosus si L. helveticus (L. helveticus R0052 a fost inregistrat anterior ca L. acidophilus) sunt tulpinile cu cele mai numeroase referintele in literatura de specialitate, privind reducerea adeziunii bacteriilor patogene.

Mai mult, contribuie la sustinerea integritatii mucoasei intestinale, prin reducerea capacitatii de adeziune a factorilor perturbatori la nivelul celulelor mucoasei.

Studiile au constatat o mentinere a actiunii probioticelor la nivelul intestinal chiar si dupa inactivarea termica a tulpinilor de lactobacili⁷.
Un caz particular este cel al drojdiei Saccharomyces boulardii, care nu produce o actiune de reducere a capacitatii de adeziune in vitro, dar pare sa produca o astfel de actiune in vivo. Saccharomyces boulardii actioneaza distinct fata de celelalte probiotice, prin mecanisme non-competitive (nu blocheaza receptorii implicati in adeziunea microbiana). Aceasta drojdie probiotica este capabila sa produca molecule care intervin in blocarea unora din factorii cu potential virulent ai factorilor perturbatori.

Sustinerea sintezei imunoglobulinelor de tip A

Reprezinta mecanismul principal prin care probioticele au actiune de echilibrare a imunitatii. Literatura de specialitate⁸ afirma faptul ca celulele epiteliale intestinale si sistemul imunitar local interactioneaza cu probiotice, iar aceata interactiune se traduce prin productia imunoglobulinei A.

Imunoglobulina A este o componenta functionala importanta a sistemului imunitar adaptativ de la nivelul mucoaselor, ce contribuie prin indepartarea factorilor perturbatori de la nivelul mucoasei intestinale, bronhiale si mamare.

Studiile tind sa pledeze pentru capacitatea superioara de sustinere a sintezei de Ig A a formulelor care asociaza probioticele cu prebioticele.

Pe langa sustinerea sintezei imunoglobulinelor de tip A, probioticele au dovedit si actiuni de echilibrare a proceselor inflamatorii si a activitatii celulelor NK (natural killer).

Actiune la nivelul jonctiunilor stranse

Probioticele sunt capabile sa interfere cu gazda contribuind la cresterea actiunii jonctiunilor stranse si deci functia de bariera a mucoasei intestinale prin favorizarea sintezei proteinelor care compun acest tip de jonctiuni, contribuind la reducerea atat a permeabilitatii indusa de factorii perturbatori, cat si de cea asociata procesului inflamator (TNF α, IFN γ).

Interactiunea cu receptorii toll-like si SNE (sistemul nervos enteric) ⁹

Receptorii Toll-like (RTL) reprezinta receptori implicati in recunoasterea agentilor patogeni, care permit sistemului imun nespecific sa recunoasca rapid acele tipare moleculare asociate microorganismelor (TMAM), specifice microorganismelor patogene, potential-patogene, non-patogene sau mai mult, a celor comensale cu actiuni benefice asupra organismului.

Se impart in mai multe clase, realizand aceasta functie de recunoastere a TMAM-lor care apartin bacteriilor, fungilor, virusurilor, si mcroorganismelor care compun microbiomul gazdei.

Activarea RTL de catre agentii patogeni declanseaza raspunsuri imune localizate, mediate de fagocite prin diverse cai de semnalizare care se soldeaza cu sinteza de: citokine, chemokine, si interferon de tip 1. Interactiunea acestor receptori cu microbiota este extrem de complexa. In conditii normale aceasta interactiune contribuie la asigurarea functiei de bariera si regleaza homeostazia intestinala, iar perturbarea florei intestinale poate contribui la dezvoltarea patologiilor inflamatorii.

Prezenta RTL a fost pusa in evidenta in neuronii si celulele gliale de la nivelul SNE (sistemului nervos enteric), iar densitatea RTL 4 creste progresiv catre segmentele finale ale tubului digestiv (ca si cea a microbiomului).

Sistemul nervos enteric, sistemul nervos intrinsec al tractului digestiv, este puternic interconectat cu SNC (sistemul nervos central), coordonand tractul digestiv atat in corelatie cu cerintele fiziologice locale, cat si cu cele generale (ale organismului in anasamblu). Actiunile de modulare a activitatii neuronilor enterici de catre probiotice au fost demonstrate, proband interactiunea fiziologica intre neuronii enterici si microorganismele comensale. Aceasta interactiune ar putea constitui mecanismul fiziologic prin care microbiota exercita o stimulare constanta a mecanismelor imunomodulatoare fundamentale pentru homeostazia intestinala.

Traditie: probioticele in enteropatii

Probioticele in sindromul de intestin iritabil¹⁰

Sindromul de intestin iritabil descrie un termen complex, caracterizat de simptome precum durere abdominala cronica, modificari de motilitate, constipatie si/sau diaree.

Etiologia sindromului de intestin iritabil este plurifactoriala si implica motilitate intestinala anormala, hipersensibilitate viscerala, perturbarea functiei neuronale la nivelul axei creier-intestin si perturbari ale activitatii sistemului neurovegetativ enteric. Pe baza studiilor recente se formuleaza ipoteza perturbarii homeostaziei intestinale ca urmare a modificarii florei intestinale, asociata cu aparitia proceselor inflamatorii de intensitate redusa si modificari de natura imunologica.

Conform literaturii de specialitate, prevalenta sindromului de intestin iritabil in populatia generala este de 12-30%, acest diagnostic ocazionand 20-50% din prezentarile la gastroenterolog.¹¹

Aparitia sa este favorizata de episoadele infectioase, fiind documentata o incidenta de 5-32% a sindromului de intestin iritabil post-infectios.¹²

Probioticele in terapia SII (sindromului de intestin iritabil), mecanisme de actiune

Conform literaturii de specialitate, probioticele se dovedesc a fi utile in tratamentul complementar al sindromului de intestin iritabil prin actiunea acestora de a mentine mediul intraluminal, prin actiunea de sustinerea a functiei de bariera a epiteliului intestinal, prin actiuni de echilibrarea a sistemului imunitar si nu in ultimul rand prin interactiunea cu sistemul neurovegetativ enteric.

Actiunea la nivelul mediului intra-luminal

Probioticele sunt capabile, prin mecanismele parcurse anterior sa sustina homeostazia intestinala, in conditiile in care SII se asociaza frecvent cu modificari marcante ale microbiotei.

Mentinerea functiei de bariera a epiteliului intestinal

Utilitatea administrarii complementare a probioticelor in SII rezulta si din abilitatea lor de a actiona la nivelul jonctiunilor stranse si de a mentine permeabilitatea intestinala in limite fiziologice. Cresterea permeabilitatii intestinale este documentata in cazul a 12-50% din pacientii care sufera de SII, prin disfunctia jonctiunilor stranse (s-a evidentiat expresia redusa a proteinei ZO- 1 si ocludinelor in intestinul pacientilor cu SII).

Actiune la nivelul sistemului neurovegetativ enteric

Sensibilitatea viscerala si alterarea motilitatii intestinale sunt factori cheie in simptomatologia SII. Probioticele contribuie la sustinerea reducerii sensibilitatii de la nivelul viscerelor, la echilibrarea motilitatii intestinale prin actiune asupra unor receptori de la nivelul enterocitelor.

Inovatie: Rolul probioticelor in axa creier-intestin-microbiota

Ultimele descoperiri¹³ demonstreaza ca probioticele au un rol important si in axa creier-intestin-microbiota, precum si in Axa HPA (hipotalamus-hipofiza suprarenale).

Tractul digestiv are propriul tesut nervos, numit sistem nervos enteric, alcatuit din 100 pana la 200 de milioane de nervi. Din acest motiv, intestinul este cunoscut si ca “al doilea creier”.

Cele ”doua creiere’’ se dezvolta aproape sincron pe toata durata vietii.

Sistemul nervos enteric (SNE) este asemanator sistemului nervos central (SNC) din punct de vedere structural si neurochimic, iar dezvoltarea si functionarea sa sunt dependente de microbiota intestinala.

Intestinul, microbiota si creierul sunt conectati printr-un sistem complex de comunicare si reglare numit axa intestin-microbiota-creier. Comunicarea bidirectionala intre creier si intestin este realizata de sistemul nervos central (SNC), sistemul nervos autonom (ANS), sistemul nervos enteric (ENS), microbiota intestinala, axa hipotalamus-hipofiza-suprarenale (HPA) si sistemul imunitar.

Creierul, prin intermediul sistemului nervos autonom (nervul vag), regleaza functiile intestinale incluzand motilitatea, secretiile gastrice si intestinale, biliare (bila), pancreatice (enzime, bicarbonat, glucagon, insulina).

Intestinul are un rol major in reglarea axei creier-intestin-microbiota deoarece este organul cu cea mai mare suprafata din corpul uman, fiind de 100 de ori mai mare decat suprafata pielii. Acesta contine aproximativ 80% din celulele imunitare ale organismului si mai multi neuroni decat maduva spinarii, fiind cel mai mare organ endocrin al corpului (intestinul contine celulele endocrine - producatoare de hormoni). Intestinul interactioneaza si primeste semnale de la microbiota intestinala.

Microbiota intestinala joaca un rol major in reglarea bidirectionala a axei intestin-creier.

Microbiota intestinala contribuie la reglarea echilibrului intre metabolitii triptofanului (kinurenina si serotonina) care pot influenta sanatatea mentala. 90% din serotonina din corp este produsa de bacteriile intestinale, iar cresterea kinureninei, in defavoarea serotoninei, apare in schizofrenie, depresii majore, anxietate, scleroza multipla si alte boli autoimune. Sub influenta florei intestinale, celulele endocrine intestinale produc neurotransmitatori care se gasesc si in sistemul nervos central: GABA, serotonina, acetilcolina, histamina, melatonina care activeaza terminatiile nervoase vagale sau intra in fluxul sanguin si ajung in creier influentand starea psihica, somnul, pofta de mancare si cognitia.

Studiile pe animale au indicat un efect de modulare a concentratiilor neurotransmitatorilor cerebrali si o reducere a unor tulburari neurologice dupa tratamentul cu probiotice din genul Bifidobacterium si Lactobacillus.

De exemplu, Lactobacillus poate secreta acetilcolina (reglarea memoriei, atentiei, invatarii si starii de spirit), Bifidobacterium poate secreta GABA (reducerea manifestarilor depresive).

Probioticele cu efect benefic in tratarea formelor usoare de depresie se numesc psihobiotice.

Mai multe detalii despre axa creier-intestin-microbiota veti gasi in numarul 20 al revistei Perspective care va fi publicata in mai 2020 https://www.secom.ro/perspective.

Selectia produselor cu actiune la nivel intestinal

Pentru asigurarea unei actiuni benefice in urma administrarii este necesar ca probioticele sa respecte cateva repere, considerate a fi cardinale in electia unui produs de calitate.
Mai precis, este important sa fie certificata rezistenta tulpinilor la actiunea barierelor fiziologice (sucul gastric, sarurile biliare, enzime digestive), tradusa prin capacitatea acestora de a depasi aceste bariere si de a ajunge la nivel intestinal.

In general se urmareste ca tulpinile sa prezinte capacitate de adeziune si abilitatea de a coloniza segmentele distale ale intestinului subtire si intestinul gros (exceptie face Saccharomyces boulardii, care prezinta actiuni benefice fara a coloniza intestinul gazdei).

Tulpinile bacteriene utilizate ca resurse complementare apartin fie genului Lactobacillus (predominant in formulele probiotice adresate adultului), fie genului Bifidobacterium (majoritar in formulele adresate sugarului si copilului mic).

Genul Bifidobacterium reprezinta grupul bacterian predominant in flora intestinala a nou-nascutilor post-insamantare prin alaptare (reprezinta mai mult de 95%). Numarul bifidobacteriilor se diminueaza odata cu inaintarea in varsta, astfel incat la varsta adulta bifidobacteriile reprezinta 25% din microbiom.

Un reprezentant distinct in categoria probioticelor - Saccharomyces boulardii - se utilizeaza in Europa de cateva decenii, fiind singura drojdie probiotic. Apartine aceleiasi familii ca Saccharomyces cerevisiae, dar difera genetic, metabolic si ca fiziologie.

Pentru a mentine echilibrul florei este relevanta o asociere de tulpini, care sa respecte reperele fiziologice si sa asigure un spectru cat mai larg de actiune.

Asocierea prebioticelor la formulele alcatuite din tulpini probiotice conduce, prin sinergism, la o sustinere a actiunii probioticelor si, din acest motiv, in practica medicala se recurge adesea la formule sinbiotice (probiotice + prebiotice).

Bibliografie:

1. Perm J 2013 Fall; 17(4):62-67, http://dx.doi.org/10.7812/TPP/12-144, Probiotics and Liver Disease, Vishal Sharma, MD, DM; Shashank Garg, MD;Sourach Aggarwal, MD.
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4991899/
3. https://www.nature.com/articles/s41586-019-0965-1#Sec5
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4991899/
5. Probiotic bacteria and intestinal epithelial barrier function, Christina L. Ohland , Wallace K. MacNaughton, American Journal of Physiology - Gastrointestinal and Liver PhysiologyPublished 1 June 2010Vol. 298no. G807-G819DOI: 10.1152/ajpgi.00243.2009
6. Gut 2003;52:827-833 doi:10.1136/gut.52.6.827, Extracellular MUC3 mucin secretion follows adherence of Lactobacillus strains to intestinal epithelial cells in vitro, D R Mack1, S Ahrne2, L Hyde1, S Wei3, M A Hollingsworth4
7. https://www.karger.com/Article/FullText/342079
8. https://www.karger.com/Article/FullText/496426
9. J Histochem Cytochem. Nov 2009; 57(11): 1013–1023, doi: 10.1369/jhc.2009.953539, PMCID: PMC2762881, Toll-like Receptors 3, 4, and 7 Are Expressed in the Enteric Nervous System and Dorsal Root Ganglia, Isabella Barajon, Graziano Serrao, Francesca Arnaboldi, Emanuela Opizzi, Gerlomina Ripamonti, Andrea Balsari, and Cristiano Rumio
10. J Neurogastroenterol Motil, Vol. 17 No. 3 July, 2011 DOI: 10.5056/jnm.2011.17.3.252 Journal of Neurogastroenterology and Motility, 2011 The Korean Society of Neurogastroenterology and Motility J Neurogastroenterol Motil, Vol. 17 No. 3 July, 2011 www.jnmjournal.org, Review, Irritable Bowel Syndrome, Gut Microbiota and Probiotics, Beom Jae Lee and Young-Tae Bak*
11. * Wilson et al, British General Practioner Journal 2004
12. World J Gastroenterol. 2009 Aug 7;15(29):3591-6, Post-infectious irritable bowel syndrome, Thabane M, Marshall JK.
13. https://jneuroinflammation.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12974-019-1434-3