Význam materského mikrobiómu v tehotnosti

Souhrn

Cieľ štúdie:
Priniesť najnovšie publikované poznatky o význame materského mikrobiómu na priebeh gravidity a o možnostiach jeho ovplyvnenia.

Typ štúdie:
Súhrnný referát.

Názov a sídlo pracoviska:
II. gynekologicko-pôrodnícka klinika LF UK a UNB, Bratislava.

Metodika:
Súhrnný referát publikovaných prác.

Výsledky:
Mikrobiálne osídlenie jednotlivých telesných povrchov výrazným spôsobom determinuje celkový zdravotný stav jedinca. U tehotnej ženy dochádza ku zmenám v zložení mikrobiómu počas priebehu tehotnosti. Placenta a telo novorodenca sa pôvodne považovalo za sterilné prostredie, moderné diagnostické metódy však umožnili detekovať mikroorganizmy v plodovom vajci aj bez prítomnosti známok zápalu. Vzájomná interakcia medzi imunitným systémom matky, mikrobiómom a imunitným systémom novorodenca môže zásadne ovplyvňovat nielen riziko vzniku závažných pôrodníckych syndrómov ale aj programovať celoživotné zdravie novorodenca. Podávanie probiotík v tehotnosti môže toto riziko znižovať.

Klíčová slova:
mikrobióm, mikrobiota, preeklampsia, gestačný diabetes mellitus, atopia

ÚVOD

Mikrobióm je súhrn všetkých mikroorganizmov a ich genómu na ľudskom tele. Pojmom microbiota sa označujú všetky mikroorganizmy osídľujúce konkrétnu časť tela [3]. Najväčšie zastúpenie má microbiota v črevnom trakte, ale svoje osídlenie má aj ústna dutina, koža, vaginálna sliznica, pľúca a v tehotnosti aj amniálna dutina a placenta [39]. Naša DNA tvorí iba malú časť nukleových kyselín obsiahnutých na našom tele, výrazne väčšiu časť tvorí genóm baktérií, vírusov, húb a prvokov, ktoré žijú v dynamickej rovnováhe s našim imunitným systémom [20]. Zloženie mikrobiómu je závisle na mnohých faktoroch, ako je genetická predispozícia makroorganizmu [12], diétne návyky [52], geografická lokalizácia a životný štýl [53].

Mikroorganizmy a ich produkty výraznou mierou ovplyvňujú imunitný systém hostiteľa, jeho metabolizmus a dokonca aj správanie a duševné vlastnosti [59]. Technologický pokrok v molekulárnej mikrobiológii umožnil detailnejšie objasnenie, akým spôsobom sa navzájom ovplyvňujú mikroorganizmy s ľudským telom v zdraví aj chorobe, ako pôsobia maturačné signály na zrenie imunitného systému, ako mikroorganizmy chránia človeka pred infekciou, ako udržujú bariéry oproti vonkajšiemu prostrediu (koža, črevná sliznica), akým spôsobom extrahujú živiny z potravy a produkujú niektoré vitamíny, ako ovplyvňujú lipidový metabolizmus produkciou mastných kyselín s krátkym reťazcom a iných metabolitov a xenobiotík [22].

MIKROBIOTA GASTROINTESTINÁLNEHO TRAKTU

Zloženie črevnej mikrobioty vykazuje veľké interindividuálne, ale aj intraindividuálne rozdiely. Pôvodne sa myslelo, že črevný trakt človeka obsahuje asi 500 až 1000 bakteriálnych druhov, rozvojom sekvenčných molekulárnych analýz bakteriálnej DNA sa odhadovaný počet zvýšil na 35 000 [11]. Zloženie a koncentrácia baktérií sa mení v závislosti na čase, ale aj mieste. V oblasti pažeráka a žalúdka je koncentrácia baktérií 10 na gram obsahu a v sigme a konečníku je koncentrácia 1012 na gram obsahu [37]. Baktérie hrubého čreva tvoria až 70 % všetkých baktérií mikrobiómu človeka a u zdravého dospelého jedinca sú to hlavne baktérie patriace do dvoch bakteriálnych kmeňov: Firmicutes a Bacteroidetes, z menšej časti z kmeňov Actinobacteria a Verrucomicrobia [31]. Práve zlý pomer medzi Firmicutes a Bacteroidetes sa považuje za predispozíciu pre niektoré chorobné stavy [28].

Za normálnych okolností črevná mikrobiota existuje v symbiotickom vzťahu s črevnou sliznicou a poskytuje metabolickú, protektívnu a imunologickú funkciu. Získava výživové látky zo stravy a vylučuje ich na povrchu enterocytov, čím vlastne preberá funkciu samostatného orgánu s vlastnou metabolickou kapacitou a dynamickou funkčnou plasticitou [18]. Hlavnou úlohou črevnej mikrobioty v procese výživy je fermentácia sacharidov a tvorba mastných kyselín s krátkym reťazcom (butyrát, propionát, acetát), ktoré sú výrazným zdrojom energie pre hostiteľský organizmus [50]. Baktériami produkovaný butyrát a propionát inhibíciou acetylkoenzým A karboxylázy znižujú lipogenézu a ukladanie tukov v adipocytoch, čím majú pozitívny efekt na metabolizmus lipidov [15]. Baktérie okrem toho produkujú vitamín K a niektoré vitamíny zo skupiny B. Baktérie druhu Bakteroides produkujú konjugovanú linolénovú kyselinu, ktorá má antidiabetogénny, antiaterogénny, antiobezitný a hypolipidemický efekt [8]. Bakteriálne enzýmy môžu výrazne ovplyvňovať metabolizmus aj vstrebávanie rôznych xenobiotík, ako sú lieky a návykové látky. Existujú dôkazy o vplyve črevnej mikrobioty na vznik alkoholického poškodenia pečene aj samotnej závislosti na alkohole [27]. Črevné baktérie chránia pred inváziou patologických kmeňov nielen kompetitívnou inhibíciou, ale aj aktívnou produkciou antimikrobiálnych látok (laktát, litocholová kyselina), zároveň aj stimulujú tvorbu niektorých obranných látok v Panethových bunkách tenkého čreva (cathelicidín, prodefensín) [16]. Rovnako produkty baktérií modifikujú vrodené aj získané imunitné mechanizmy, ovplyvňujú dozrievanie T helperov a produkciu interleukínov a niektorých protilátok [22].

Náš imunitný systém má dve rovnocenné a veľmi podstatné úlohy. Prvá je eliminácia škodlivých patogénov z vonkajšieho prostredia a druhá, nemenej podstatná, je selektívna podpora rastu priaznivých mikroorganizmov. Tento symbiotický mutualizmus je zrejme najväčšia evolučná výhoda všetkých stavovcov [17].

MIKROBIOTA A ZRENIE IMUNITNÉHO SYSTÉMU

Mikrobiálny kontakt je vysokopotentný mechanizmus stimulujúci normálne dozrievanie imunitných mechanizmov. Vo včasnom novorodeneckom období je to kľúčový faktor pri zrení T1 helperov a T regulačných lymfocytov, pričom postupne dochádza k potlačeniu funkcie T2 helperov, ktoré sú dominantné v perinatálnom období života [58]. Ku včasnému mikrobiálnemu kontaktu dochádza však už počas vnútromaternicového vývoja. DNA baktérií bola preukázaná v placente, plodovej vode, v smolke aj v nosohltane plodu. Táto priama interakcia in utero je dôležitým zdrojom pre nastavenie imunitného systému plodu. Materské T regulačné lymfocyty navodzujú u plodu imunitnú toleranciu k niektorým antigénom matky a rovnakým mechanizmom sa už in utero modifikuje imunitná odpoveď na niektoré zložky potravy a hlavne baktérie materského mikrobiómu, ktoré sa hematogénne šíria do placenty, plodovej vody a k plodu. Placentárny mikrobióm je viac podobný orálnemu než vaginálnemu mikrobiómu [2]. Novorodenci žien, ktoré žijú na vidieku a majú kontakt s vyššou biodiverzitou mikroorganizmov, vykazujú zvýšený počet T regulačných lymfocytov spojený s nižšou sekréciou cytokínov u T2 helperov [54]. Potomkovia žien, ktoré v tehotnosti pracovali na farme, majú o 40 % nižšie riziko atopických ochorení [19]. Pitie nepasterizovaného mlieka v tehotnosti predstavuje kontakt s vysokou biodiverzitou mikroorganizmov a má vplyv na zvýšenú funkciu T regulačných lymfocytov s potlačením funkcie T2 helperov. Zároveň tieto deti majú rozdielnu epigenetickú metyláciu histónov u génov asociovaných s atopiou a astmou [32]. Potlačenie aktivity T2 helperov a zvýšená aktivita T regulačných lymfocytov vzniká v dôsledku zvýšenej diverzity mikróbov v perinatálnom období a je spojená so znížením rizika vzniku atopických ochorení.

NIEKTORÉ OCHORENIA SÚVISIACE S ČREVNOU MIKROBIOTOU

Porucha črevnej mikroflóry sa nazýva dysbióza a môže byť príčinou niektorých akútnych aj chronických ochorení. Príčinou zmien v zložení mikrobioty môže byť napríklad zmena diétnych návykov alebo antibiotická liečba. Zmenou diverzity mikrobioty môže dôjsť k aktivácii imunitného systému a k chronickému subklinickému zápalu [38]. Vyvíjajúci sa imunitný systém človeka je veľmi závislý na mikrobiálnej stimulácii a znížená biodiverzita môže dramaticky zvyšovať pohotovosť k zápalovým a autoimunitným ochoreniam. Mnohé faktory ovplyvňujúce náš mikrobióm sú potenciálne ovplyvniteľné a mnohé základy budúcich ochorení vznikajú práve v perinatálnom období. Preto je dôležité, aby boli informácie o tejto skutočnosti práve v našom odbore, pretože máme preukázané možnosti, ako riziko niektorých závažných chronických ochorení výrazne eliminovať [46].

Chronické idiopatické zápalové ochorenie čreva (IBD) je často spojené s dysbiózou. Štúdie dokázali zvýšené zastúpenie enterobaktérií, proteobaktérií a aktinobaktérií a znížený výskyt Bacteroidetes v stolici ľudí s IBD. Zmeny v mikrobiote môžu byť jednou z príčin chronického zápalového procesu [42]. Bola dokázaná nižšia biodiverzita mikrobiómu u obéznych ľudí a zároveň zvýšený pomer Bacteroidetes oproti Firmicutes. Obézni ľudia vykazujú prejavy chronického zápalu, čo práve môže súvisieť s dysbiózou. Podávanie probiotík na báze Lactobacilu spolu s diétnymi opatreniami malo pozitívny efekt pri redukcii hmotnosti u dospelých aj u detí [9]. U ľudí s chronickou hypertenziou bola zistená výrazne nižšia diverzita črevnej mikrobioty, so zvýšeným výskytom Prevotelly a Klebsielly. Rovnako transplantácia stolice od ľudí s hypertenziou myšiam so sterilným črevom viedla u nich k rozvoju hypertenzie [29]. Zloženie črevnej flóry je považované aj za rizikový faktor vzniku niektorých onkologických ochorení, ako je napríklad rakovina hrubého čreva alebo pankreasu [45, 55]. Zloženie črevnej mikrobioty dokonca môže ovplyvňovať účinnosť a toxicitu onkologickej liečby [4]. V poslednom období boli získané dôkazy o komunikácii črevnej mikroflóry s centrálnym nervovým systémom hostiteľa (gut-brain axis). Komunikácia je obojstranná a prebieha prostredníctvom cytokínov, neuromodulátorov a neurotransmiterov [57]. Poruchy v tejto komunikácii sú spojené s mnohými neurologickými a psychiatrickými ochoreniami, ako sú depresie, anxiózne stavy, hyperaktivita, poruchy pozornosti, ale aj roztrúsená skleróza [40].

ZMENY MIKROBIÓMU V TEHOTNOSTI

V priebehu fyziologickej tehotnosti prebiehajú dramatické zmeny v črevnej mikrobiote žien. Dochádza k zvýšenej diverzite medzi jednotlivými sledovanými ženami s celkovým nárastom Proteobaktérií a Actinobaktérií a zníženou diverzitou v rámci mikrobiómu jednej tehotnej ženy [25]. Transplantácia mikrobiómu čreva tehotných žien v III. trimestri myšiam so sterilným obsahom čreva vedie častejšie k indukcii adipozity a chronického zápalu ako transplantácia mikrobioty z I. trimestru [24]. Zmene podlieha aj vaginálna mikrobiota v priebehu tehotnosti, celkovo klesá diverzita a počet baktérií s prevalenciou Lactobacillov, Clostrídií, Bacteroidales a Actinomycetales [1].

PLACENTÁRNY MIKROBIÓM

Placenta je orgán, ktorý bol klasicky považovaný za sterilný. Pomocou PCR však už pred troma dekádami boli dokázané nukleové kyseliny baktérií v tkanive placenty bez známok zápalovej reakcie. Mikrobiota placenty u zdravých tehotných žien obsahuje vysoké hladiny Lactobacilov, Propionbacterium a členov kmeňa Enterobacteriacae [41]. K osídleniu placenty dochádza krvnou cestou, baktérie prenikajú cez sliznicu ústnej dutiny a čreva do krvného obehu. Štúdie na zvieratách dokázali, že mikrobiota placenty pozostáva hlavne z baktérií dutiny ústnej [14]. Za patologických okolností aktivujú zmeny placentárnej mikrobioty imunitný systém placenty so vznikom chronickej zápalovej reakcie. Baktérie môžu prenikať do placenty krvnou cestou z dutiny ústnej (perioodontitída), z čreva (Streptococcus agalactiae) alebo z pošvy (bakteriálna vaginóza). Aktivácia placentárneho imunitného systému môže mať za následok predčasný pôrod [39]. Chronický zápal v placente môže viesť k placentárnemu stresu s rozvojom preeklampsie a placentárnej insuficiencie [5].

Interakcia medzi hostiteľom a jeho mikrobiotou je dôležitým faktorom pre výsledok tehotnosti. Intraamniálna imunitná odpoveď je dôležitým determinantom stavu novorodenca pri predčasnom pôrode nezávisle od gestačného veku [56]. Placentárny mikrobióm zohráva dôležitú úlohu pri prenatálnom programovaní fetálnej imunity. Materské T regulačné lymfocyty prechádzajú placentou k plodu a zabezpečujú imunitnú toleranciu plodu k materským antigénom. Rovnako sa navodzuje aj tolerancia k mikrobiálnemu osídleniu a niektorým zložkám potravy [33]. Bohatosť mikrobiálneho kontaktu v poslednom trimestri zabezpečuje väčšiu toleranciu a nižšiu pohotovosť na chronickú zápalovú reakciu. T regulačné lymfocyty ovplyvňujú aj expresiu génov vrodenej slizničnej imunity (Toll like receptory), čím ovplyvňujú pohotovosť slizníc novorodenca k zápalovej reakcii [43].

SPÔSOB PÔRODU A MIKROBIÓM NOVORODENCA

Mnohé publikované štúdie dokázali zvýšené riziko atopických ochorení, obezity, celiakie, diabetu, leukémie a iných ochorení súvisiacich s nerovnováhou imunitného systému u novorodencov [7, 60]. Jedným s možných vysvetlení je zábrana kontaktu s materskou vaginálnou a črevnou mikrobiotou počas pôrodného deja. Dieťa je miesto toho vystavené nemocničným bakteriálnym kmeňom, ktoré môžu spôsobovať zmeny vo vývine imunitného systému novorodenca [36]. Bola dokázaná nižšia prevalencia osídlenia čreva bifidobaktériami u novorodencov porodených plánovaným cisárskym rezom nielen bezprostredne po pôrode, ale aj v neskorších obdobiach života [48].

ÚLOHA PROBIOTÍK V TEHOTNOSTI

Ovplyvnenie materského mikrobiómu pomocou probiotík môže mať vplyv na priebeh tehotnosti aj na programovanie imunitného systému plodu. Priebeh tehotnosti je neustála interakcia imunitného systému matky s antigénmi plodu. Pre zdarný priebeh je veľmi dôležitá rovnováha pro zápalových a proti zápalových pochodov v tele. Imunitný systém matky a plodu okrem iného ovplyvňuje aj zloženie mikrobiómu oboch účastníkov. Porucha rovnováhy týchto procesov môže viesť k rozvoju veľkých tehotenských syndrómov, ako je preeklampsia, predčasný pôrod a gestačný diabetes. Probiotické kmene patriace k bifidobaktériám a laktobacilom možno detekovať priamo v ľudskej placente [51]. Preto je možné predpokladať, že perorálne podávanie probiotických kmeňov môže byť spôsobom, ako možno pozitívne ovplyvniť imunitné pochody v tehotnosti [6]. Dôležitá úloha črevnej mikroflóry pri energetickej homeostáze bola potvrdená epidemiologickými, ale aj experimentálnymi štúdiami. Táto mikroflóra sa mení aj v priebehu tehotnosti v závislosti od rastu telesnej váhy tehotnej ženy [24]. Porucha mikroflóry pri gestačnom diabete môže spôsobovať nárast počtu baktérií produkujúcich lipopolysacharidy, ktorých hladina sa zvyšuje v plazme tehotnej ženy, hovoríme o metabolickej endoetoxémii. Lipopolysacharidy spúšťajú zápalové procesy, ktoré vedú k inzulínovej rezistencii. Naopak špecifické probiotiká môžu odvrátiť tento proces a znižovať črevnú permeabilitu pre nežiadúce produkty baktérií [21]. Podávanie špecifických kmeňov Lactobacillus rhamnosus GG a Bifidobacterium lactis Bb-12 tehotným ženám redukovalo hladiny glukózy v krvi a znížilo výskyt GDM v sledovanej skupine o 13 % [26]. U obéznych tehotných žien v 16 týždni gravidity bol výskyt hypertenzie signifikantne spojený s nedostatkom baktérií produkujúcich butyrát [13]. Butyrát je esenciálnym metabolitom a preferovaným zdrojom energie pre bunky hrubého čreva. Okrem toho pomáha udržať bariérovú funkciu črevnej sliznice a má imunomodulačné a protizápalové účinky. Baktérie produkujúce butyrát žijú v úzkej symbióze s bifidobaktériami a sú na nich existenčne závislé [47]. Pri konzumácii prebiotických potravín bola zaznamenaná redukcia predčasných pôrodov o 18 % [35]. Konzumácia fermentovaných mliečnych produktov redukuje výskyt predčasných pôrodov o 15 % [34]. Animálna štúdia na prasatách ukázala, že samice, ktorým sa v priebehu tehotnosti podávali probiotické kmene, vykazovali menšiu perinatálnu úmrtnosť a poruchu rastu plodov [61].

Ako bolo uvedené vyššie, prenatálna expozícia rôznorodým probiotickým bakteriálnym kmeňom v strave znižovala riziko prevalencie atopických ochorení v detskom veku. Dvojitá randomizovaná štúdia prenatálneho podávania Lactobacillus rhamnosus GG u párov s anamnézou atopického ochorenia preukázala redukciu výskytu atopických prejavov u potomkov o 50 % [23]. Metaanalýza 19 placebom kontrolovaných štúdii o perinatálnom podávaní probiotík preukázala zníženie rizika atopickej senzibilizácie o 12 %, ak boli probiotiká podávané prenatálne, nebol však dokázaný efekt na zníženie výskytu astma bronchiale. Autori zdôrazňujú potrebu dôkladnej selekcie probiotických kmeňov pri suplementácii; väčšina štúdií zaradených do metaanalýzy bola vykonaná s Lactobacillus rhamnosus GG a Bifidobacterium lactis Bb-12 [10]. Podávanie probiotík tehotným ženám posledný mesiac pred pôrodom znižovalo výskyt obezity detí vo štvrtom roku života. V neskoršom veku nebol tento efekt tak výrazný [30].

Na základe publikovaných relevantných štúdii vydala International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) doporučenie pre podávanie probiotických prípravkov v tehotnosti, tieto doporučenia sú zhrnuté v tabuľke 1 [44]. Budú potrebné ďalšie štúdie na potvrdenie optimálneho času podania probiotík, ich dávkovania a dĺžky podania, aby sa overil vplyv aj na zlepšenie kognitívnych funkcii novorodenca, zníženie rizika atopie a infekčných ochorení, zníženie rizika predčasného pôrodu.

Probiotiká sú na rozdiel od iných liekov a doplnkov stravy živé bakteriálne kmene, ktoré môžu byť potenciálne horizontálne aj vertikálne prenosné a môžu hypoteticky spôsobovať produkciu toxínov. Preto sú stanovené prísne požiadavky na bakteriálne kmene používané v probiotickej liečbe, baktérie musia byť geneticky stabilné, nesmú prenášať gény antibiotickej rezistencie, nesmú mať škodlivé metabolické účinky. Musí byť vylúčený ich toxický vplyv aj u vulnerabilnej populácie, ako sú choré osoby, tehotné ženy a malé deti. Technológia výroby musí byť pod prísnou kontrolou a kmene musia byť presne taxonomicky klasifikované [49].

Doc. MUDr. Jozef Záhumenský, Ph.D.

II. gynekologicko-pôrodnícka klinika

LF UK a UNB

Nemocnica Ružinov

Ružinovská 6

821 06 Bratislava

e-mail: jozef.zahumensky@gmail.com