Как кишечник связан с лишним весом? Микробиом и ожирение!

Более 60% россиян, а это, на минуточку, более 80 миллионов человек, имеют избыточную массу тела, из них у 20% есть ожирение. Об этом свидетельствует беспристрастная статистика. Печальные данные касаются и детей (более 8 миллионов), которые имеют ожирение разной степени. В этой статье обсудим, как связаны ожирение и микробиом кишечника.

Человеческий микробиом –  это совокупность всех микроорганизмов, обитающих в ассоциации с человеческим телом. Эти сообщества состоят из различных групп микроорганизмов, включая простейших, грибов, архебактерий, эубактерий и вирусов. Сообщества микроорганизмов находятся в тесном взаимодействии с нашим организмом. Содержание их в организме адаптируется в зависимости от местности проживания человека, его диеты и ряда других факторов.

Результаты генетических анализов показали, что в организме человека обитает свыше 10 000 видов микроорганизмов. Они могут регулировать гомеостаз, так как принимают активное участие во всех видах обмена веществ, пищеварении, в поддержании иммунитета и множестве других функций. Обо всех функциях микробиоты кишечника, можно написать целую большую статью, поэтому сейчас расскажу все кратко.

Многие ученые связывают наличие метаболических нарушений и ожирения с состоянием микробиома. По результатам многочисленных исследований доказано влияние кишечной микробиоты на обеспечение гомеостаза организма человека, а нарушение микробиоценоза кишечника приводит к патогенезу, то есть к заболеванию. Человек пытается искусственно поменять свою микробиоту, используя антибиотики, пробиотики и пребиотики, не предполагая, к каким это может привести последствиям.

Метаболическая активность кишечной микробиоты облегчает извлечение энергии из потребляемой пищи и помогает запасать ее в жировой ткани человека для последующего использования. Ряд исследователей считают, что кишечная микробиота каждого человека имеет свою метаболическую активность, и определенные изменения ее состава могут служить предрасполагающим фактором к развитию ожирения.

В наше время избыточное накопление жировой ткани в организме – ожирение – рассматривается как хроническое, рецидивирующее заболевание, приводящее к ранней потере трудоспособности и преждевременной смерти. Ожирение может быть причиной таких расстройств, как метаболический синдром и сахарный диабет 2 типа.

Исследователями установлено, что причиной этих расстройств является воспаление жировой ткани. По их мнению, оно вызвано липополисахаридом грамотрицательных бактерий, которые входят в состав нормальной микрофлоры кишечника. У лиц без сахарного диабета 2 типа наблюдается низкий уровень липополисахарида, по сравнению с пациентами с сахарным диабетом 2 типа.

В доказательство этих фактов, учеными из разных стран были проведены многочисленные эксперименты и исследования кишечной микрофлоры людей, страдающих ожирением.

Сотрудники Университета Вашингтона в Сент-Луисе провели серию экспериментов по внедрению микроорганизмов, содержащихся в экскрементах человека, в пищеварительную систему некоторых мышей. В опытах участвовало четыре пары сестер-близнецов, причем в каждой паре одна из женщин была полной, а другая нет. Исследователи взяли у каждой из участниц образцы микробиома и пересадили некоторое его количество подопытным мышам. Оказалось, что животные, которым внедрили бактерии полных людей, начали набирать вес, хотя их рацион оставался неизменным – это позволило предположить, что метаболизм достаточно сильно зависит от микробиома.

В дальнейших экспериментах на животных ученые выяснили, что рацион также влияет на готовность организма набирать вес. Когда мышей, которым пересадили микрофлору худых людей, кормили пищей с высоким содержанием клетчатки и низким содержанием насыщенных жирных кислот, то микробиом мышей с нормальным весом постепенно замещал микроорганизмы в кишечнике толстых мышей. И напротив, когда кормили пищей с низким содержанием клетчатки и высоким содержанием насыщенных жирных кислот, то микроорганизмы не могли колонизировать кишечник мышей с ожирением.

Затем ученые решили проанализировать результат совместного помещения здоровых мышей и страдающих ожирением. Для этого они поместили разных мышей в одну клетку – мыши поедают фекалии других и таким образом быстро обмениваются микрофлорой. Через 10 дней мыши с ожирением похудели и приняли метаболический профиль худых мышей, а худые мыши, наоборот, получили метаболический профиль толстых мышей.

Еще в одном из опубликованных исследований ученые выясняли, как антибиотики могут повлиять на метаболизм хозяина. Мышей подвергали субтерапевтическому лечению антибиотиками (пенициллин, ванкомицин, хлортетрациклин). В результате было обнаружено, что антибиотики не влияют на общие микроорганизмы в кишечнике мыши, но изменили состав самой микрофлоры кишечника.

Антибиотики привели к изменениям в экспрессии генов, участвующих в метаболизме жирных кислот, в регулировании метаболизма липидов и холестерина в печени, а также повышение уровня короткоцепочечных жирных кислот. Для подтверждения своих данных, ученые проанализировали 11 532 ребенка, с целью узнать получали ли дети антибиотики. Было выбрано три различных периода времени: меньше 6 мес., 6-14 мес. и 15-23 мес. Опубликованные выводы показывают, что почти одна треть детей получали антибиотики до 6 месяцев. Более того, воздействие антибиотиков в течение этого времени было связано с увеличением массы тела и индекса массы тела в течение жизни ребенка, что увеличивает шансы набрать избыточный вес в будущем.

Таким образом, нормальная кишечная микрофлора в организме человека выполняет важнейшие физиологические функции, что позволяет рассматривать ее как отдельный метаболический орган. В норме у человека в кишечном биоценозе в равном количестве доминируют Firmicutes (фирмикуты), Bacteroidetes (бактероиды) и M.smithii (метаногены).

В исследовании бактериальных сообществ кишечной микрофлоры было обнаружено, что у людей с ожирением происходит сдвиг в соотношении Firmicutes и Bacteroidetes. У таких людей наблюдается снижение Firmicutes и значительное увеличение Lactobacillus (лактобактерий), также были получены обратные данные в отношении людей с нормальным весом.

В доказательство этого могу привести свое исследование, которое было направлено на определение взаимосвязи микробиома кишечника и ожирения. В исследовании приняли участие 18 добровольцев женского пола, средний возраст которых составлял 37±7 лет. Добровольцам было предложено сдать образец испражнений и заполнить анкету, в которой обследуемый указывал свой возраст, пол и вес, а также информацию о наличии заболеваний желудочно-кишечного тракта. В группе добровольцев 44% были с нормальным весом, 22% с избыточным весом, 28% с ожирением I степени и 6% с ожирением III степени. Качественный и количественный состав просветной микробиоты кишечника обследуемых определялся количественным методом в соответствии со схемой бактериологического исследования. Результат данного исследования отображен на рисунке ниже.

Рис. Количественный и качественный состав микроорганизмов, выделенных у лиц с разной массой тела

1 – Bifidobacterium spp.

2 – Lactobacillus spp.

3 – Clostridium spp.

4 – E.coli

5 – E.faecalis

6 – S.aureus

7 – S.epidermidis

8 – S.saprophyticus

9 – Enterobacter cloacae

10 – C.albicans

11 – Candida spp.

12 – Geotrichum spp.

13 – K.pneumoniae

14 – K.oxytoca

15 – P.aeruginosa

В результате сравнительной оценки были выявлены значимые различия в количестве Bifidobacterium spp. (бифидобактерий), которых у людей с ожирением III степени было меньше, чем у лиц с нормальным, избыточным весом и ожирением I степени, а  Lactobacillus spp. (лактобактерий) у людей с ожирением III степени было больше, чем у людей с нормальным, избыточным весом и у лиц с ожирением I степени. Clostridium spp. (клостридий),  E.faecalis (энтерококков) и P.aeruginosa (синегнойной палочки) у лиц с ожирением III степени они были выделены в большей концентрации, чем у людей с нормальным, избыточным весом и ожирением I степени.

Таким образом, у лиц с различным индексом массы тела наблюдались различия в структуре сообщества просветной микробиоты толстого кишечника. Эти результаты также подтверждают исследования ученых из разных стран.

В заключение можно отметить то, что в настоящее время существуют пути коррекции ожирения и метаболических нарушений:

• изменение диеты;
• применение пробиотиков и пребиотиков
• трансплантация кишечной микробиоты.

Об этом поговорим в следующих статьях.