В последние годы отмечается большой интерес к проблеме формирования микробиоты кишечника у детей, особенно в раннем возрасте. Прежде всего, это обусловлено тем, что в представлении о микробиоценозе различных биотопов организма человека произошли значительные изменения, и сегодня появилась возможность генотипического подхода к идентификации многочисленного микробного сообщества и ранее не изученных видов бактерий. Это стало возможным с появлением метагеномики - науки, изучающей последовательность фрагментов ДНК смешанной микробной популяции, включая культивируемые и, что особенно актуально, некультивируемые виды микроорганизмов [1-3].
Микробиота пищеварительного тракта характеризуется широким спектром разнообразия на индивидуальном и популяционном уровне. Сегодня известно, что микробиота кишечника, наиболее колонизированного биотопа организма человека, в значительной степени обусловливает его здоровье, поскольку представители микробиоты во многом определяют иммунный ответ и устойчивость к патогенам, участвуют в обмене широкого спектра микро- и макронутриентов [4-6]. Кроме того, микробиота кишечника выполняет необходимые для жизнедеятельности организма функции, включая иммуномодулирующую, детоксикационную, антиканцерогенную, пищеварительную, осуществляет колонизационную резистентность, а также поддерживает биохимическое, метаболическое и иммунное равновесие, необходимое для сохранения постоянства внутренней среды и здоровья человека в целом [7-9].
Доказано, что неблагоприятное влияние на различные звенья иммунной системы ребенка имеет долгосрочные последствия и приводит, в частности, к развитию аллергии [10; 11]. Кроме того, использование антибиотиков, вызывающее дисбаланс микробиоты, способствует развитию ожирения в детском и подростковом возрасте [12]. Исследования последних десятилетий показали роль микробиома, сообщества микроорганизмов и их геномов, в регуляции не только метаболизма и иммунной функции, но и поведения людей. Установлено, что микрофлора кишечника, так называемый второй мозг, влияет на формирование и дальнейшую деятельность центральной нервной системы. Зарубежными исследователями установлена связь между определенными представителями нормомикробиоты и аутизмом [13-15].
Многочисленные исследования показали, что первые 1000 дней жизни являются важным и определяющим периодом в формировании основ здоровья человека, построении программы на всю дальнейшую жизнь [7; 9; 12]. Условиями формирования нормальной микробиоты кишечника ребенка являются: физиологическое течение беременности, роды в срок через естественные родовые пути, раннее прикладывание к груди (в течение первых 30 минут после рождения), получение ребенком молозива, исключительно грудное вскармливание в первое полугодие жизни [16; 17]. Неблагоприятное влияние на формирование кишечной микробиоты на ранних этапах онтогенеза оказывает ряд факторов, включая осложненное течение беременности, нарушение эндоэкологии у матери, изменение сроков гестации, оперативный способ родоразрешения, позднее прикладывание к груди, отказ от естественного вскармливания и искусственное вскармливание с рождения, широкое использование антибиотиков [18; 19].
Целью настоящего обзора является систематизация данных научной литературы и анализ современного представления о формировании микробиоты кишечника у детей первого года жизни и факторах, влияющих на этот процесс.
Формирование кишечной микробиоты. Установлено, что заселение и становление микробного профиля кишечника, а также воздействие микроорганизмов на ребенка начинается еще во внутриутробный период развития, задолго до рождения. Сегодня известно, что у здоровых новорожденных бактерии присутствуют в амниотической жидкости, вследствие бактериальной транслокации, однако это микробное сообщество немногочисленно и качественно достаточно однообразно. Пока еще не совсем ясно, как микроорганизмы преодолевают фетоплацентарный барьер. Текущие гипотезы предполагают три основных источника формирования микробиома плаценты: 1) восходящий поток из микробиома влагалища, 2) материнские дендритные клетки «отбирают» бактерии из просвета кишечника, которые внедряются и транспортируются к плаценте, и 3) транслокация с током крови [9; 20]. В микробиоме плаценты выделены бактерии пяти основных типов, включая Firmicutes, Proteobacteria, Tenericutes, Bacteroidetes и Fusobacteria [21]. По данным других исследований, микробиота плаценты при физиологических родах содержит высокий уровень Lactobacillus sрp., Propionibacterium spp. и представителей семейства Enterobacteriaceae [22; 23]. «Нестерильность» кишечника до рождения подтверждается наличием 16S рРНК (микробной рибосомальной РНК) в меконии детей с различным сроком гестации. В пуповинной крови новорожденных выявлены липополисахариды клеточной стенки бактерий [24-26].
Однако активная колонизация и формирование микробиоты кишечника здорового новорожденного с нормальным сроком гестации начинается после рождения. Первый этап формирования кишечной микробиоты длится около двух недель и характеризуется преобладанием бактерий рода Streptococcus и семейства Enterobacteriaceae. На втором этапе в микробном профиле кишечника появляются грамположительные неспорообразующие анаэробы, представители родов Bifidobacterium и Lactobacillus в зависимости от характера вскармливания – грудного или искусственного, соответственно, а также представители родов Clostridium и Bacteroides в меньшем, чем в более позднем возрасте, количестве [25; 26].
В зависимости от возраста микробиом кишечника обладает определенной специфичностью. Изменения в кишечной микробиоте возникают в течение первых двух лет жизни и коррелируют с влиянием экзогенных факторов, включая окружающую среду и диету. В метаболоме фекалий детей до шестимесячного возраста наблюдается преобладание углеводов, в частности лактозы, галактозы и глюкозы, а позднее с нарастанием количества микроорганизмов в кишечнике увеличивается концентрация аминокислот и короткоцепочечных жирных кислот (КЖК). Введение твердой пищи в питание младенца приводит к тому, что кишечная микробиота становится более разнообразной, а количество Bacteroides, Clostridium и других анаэробных бактерий быстро увеличивается, тогда как доля бифидобактерий становится более стабильной [12]. Эти изменения микробиоты и приводят к увеличению количества и соотношения КЖК, являющихся биохимическими маркерами симбионтной микрофлоры толстого кишечника. КЖК, образованные в результате микробного метаболизма, имеют значение как для физиологических процессов непосредственно в толстой кишке, так и для макроорганизма в целом. Синтез КЖК необходим для реализации функции колонизационной резистентности, а также они участвуют в обеспечении колоноцита энергией, преимущественно за счет масляной кислоты [7]. Биохимические маркеры фекального метаболома детей в возрасте двух лет уже в большей степени соответствуют этим показателям у взрослого человека за счет увеличения уровня уксусной и масляной кислот [27].
Исследования последних лет показали, что особенности функционирования микробиоты кишечника у детей первых лет жизни характеризуются нестабильностью качественных и количественных параметров микрофлоры и узким спектром симбионтов, нарушением соотношения между облигатной и факультативной, условно-патогенной микрофлорой, проявляющимися в изменении их метаболической активности и повышении провоспалительного потенциала [28]. Видовой и количественный состав микробиоты кишечника отличается в различных популяциях, что также связано с действием экзогенных факторов (регион проживания, характер питания и др.). В результате кишечная микробиота младенцев из Северной Европы представлена более высоким содержанием Bifidobacteria, Atopobium, C. perfringens, C. difficile, в то время как в Южной Европе наблюдается более высокая доля Bacteroides, Eubacteria и Lactobacillus [12].
Взаимосвязь микробиоты ЖКТ, способа родоразрешения и характера вскармливания. На формирование микробиоты пищеварительного тракта выраженное влияние оказывают эндогенные факторы, в частности ассоциированные с организмом матери. Одними из важных факторов, наряду с генетическим, наличием у матери различной соматической патологии, являются способ родоразрешения и характер вскармливания. В ряде исследований показано, что у детей в зависимости от способа родоразрешения имеются различия в профилях микробного заселения кишечника, некоторые из этих изменений сохраняются в период раннего детства [29; 30]. При естественном способе родоразрешения достаточно быстро у новорожденного формируется начальный кишечный микробиом, представленный материнскими микроорганизмами вагинального и кишечного происхождения. При оперативном способе родоразрешения в начальной контаминации и колонизации участвуют микроорганизмы окружающей среды [12; 31].
Формирование микробиоты кишечника у детей с нормальным сроком гестации, родившихся естественным путем, характеризуется микробным профилем, включающим разнообразные виды с достаточно равномерным распределением, но количественно преобладают неспорообразующие анаэробы родов Bacteroides и Bifidobacteria [32]. Микробный профиль кишечника детей, рожденных оперативно, нестабилен и изменяется в течение первых шести месяцев жизни, а также характеризуется меньшим микробным разнообразием на протяжении первых двух лет после рождения [29; 33].
В настоящее время опубликованы результаты целого ряда исследований, описывающих особенности микробиоты при естественных и оперативных родах. По мнению одних исследователей, микробный профиль кишечника детей, рожденных оперативно, отличается высоким содержанием спорообразующих анаэробов, включая Clostridium difficile, и коррелирует с повышенным риском развития аллергических заболеваний и метаболических нарушений [34].
Известно, что способ родоразрешения оказывает огромное влияние на первичную колонизацию пищеварительного тракта ребенка. Описано, что основными колонизаторами при естественных родах сразу после рождения являются аэробные и факультативные анаэробные бактерии, представители Staphylococcus, Streptococcus, Lactobacillus и Enterobacteriaceae, которые способны существовать в условиях аэробной среды кишечника ребенка. Впоследствии среда изменяется, что способствует развитию анаэробов, представителей родов Bifidobacrerium, Bacteroides и Clostridium. Следует отметить, что при первичной колонизации кишечника детей при естественных родах доминируют представители вагинальной и кишечной микробиоты матери, включая Lactobacillus, Bacteroides, Bifidobacrerium, Prevotella и Sneathia spp. [31; 35].
При оперативном способе родоразрешения отсутствует контакт новорожденного с микроорганизмами родовых путей матери и первичная колонизация кишечника вагинальными микроорганизмами не происходит. Это приводит к колонизации свободной ниши преимущественно представителями микробиоты кожи матери, рук медицинского персонала и окружающей среды стационара, в частности бактериями родов Staphylococcus, Corynebacterium и Propionibacterium [36].
В работе Е.В. Рыбина с соавт. (2014) показаны особенности становления микробиоты ЖКТ детей, рожденных естественным и оперативным путем. При вагинальных родах в первые часы жизни контаминация кишечника бактериями происходит у 78% новорожденных, тогда как при оперативных родах лишь у 27% детей. Большое влияние на формирование микробиоты кишечника детей оказывает использование в период беременности и родов антибактериальных и пробиотических препаратов. Назначение матерям антимикробных препаратов привело к уменьшению количества или полному отсутствию лактобацилл в аспирате желудочного содержимого и меконии детей, тогда как назначение пробиотиков беременным женщинам не повлияло на колонизацию кишечника детей лактобациллами [37].
Постнатальное заселение кишечника ребенка, рожденного оперативно, происходит с участием рук персонала и больничных штаммов, что нарушает механизмы приоритетного заселения микроорганизмами материнского происхождения. Показано, что при оперативных родах через четыре месяца наблюдалось более низкое содержание бифидобактерий в кишечнике, а по результатам молекулярно-генетического анализа, микробная популяция отличалась меньшим разнообразием и снижением количества представителей родов Bifidobacteria и Bacteroides [31; 32].
Многочисленные исследования последних лет показали более высокую частоту аллергических заболеваний у детей с оперативным способом родоразрешения, которые ассоциируют с нарушением процесса формирования кишечного микробиоценоза. Однако результаты исследований отдельных представителей микробиоты у детей, рожденных кесаревым сечением, включая Clostridium difficile, Escherichia и Shigella, дали противоречивые результаты [34; 38]. При исследовании кишечной микробиоты 324 детей из Швеции, Италии и Великобритании с использованием культурального метода были выявлены различные профили микробного заселения в зависимости от способа родоразрешения. Так, колонизация кишечника детей E.сoli, представителями родов Bifidobacterium и Bacteroides происходила достоверно позднее (p<0,001) при оперативном родоразрешении. У детей этой группы в течение всего периода наблюдения отмечалось более высокое содержание бактерий рода Clostridium (p<0,001) [39]. Всемирная аллергологическая организация пришла к выводу, что, вероятно, будет полезно использовать пробиотики для профилактики экземы у детей с отягощенным семейным анамнезом по аллергическим заболеваниям [40]. Было установлено, что пробиотический штамм Lactobacillus rhamnosus GG снижает риск экземы у ребёнка при приёме его женщинами в течение последнего триместра беременности и грудного вскармливания или при назначении младенцам [41].
Одним из факторов, сопряженным со способом родоразрешения, является характер вскармливания, а именно, отсроченное прикладывание к груди детей при кесаревом сечении. Естественное вскармливание и раннее прикладывание к груди определяют колонизацию кишечника младенцев. Кишечник здорового новорожденного с нормальным сроком гестации первоначально колонизируется большим количеством представителей родов Enterobacter и Streptococcus, что не зависит от характера вскармливания [29; 42]. Ряд авторов предполагает, что эти бактерии способствуют подготовке кишечника к колонизации анаэробами Bacteroides, Bifidobacterium и Clostridium, происходящей с 4-го по 7-й день жизни. У здоровых доношенных новорожденных, получающих грудное вскармливание, к 7-му дню жизни в составе микробиоты преобладают представители бифидо- и лактобактерий [43].
На формирование микробиоты кишечника в первые часы и дни постнатальной жизни огромное влияние оказывает характер вскармливания, поскольку ребенок адаптируется к энтеральному типу питания. У детей, получающих грудное вскармливание, количество бифидобактерий вдвое больше, чем у детей, находящихся на искусственном вскармливании, и бифидобактерии занимают у них доминирующее положение в течение первых нескольких недель жизни. Микробный профиль кишечника детей при грудном вскармливании характеризуется выраженным разнообразием, и наряду с представителями бифидобактерий (B.breve, B.bifidum, B.longum), которые составляют до 60-90% от общей фекальной микробиоты, выделяются энтерококки, энтеробактерии, вейллонеллы [29; 44]. Микробный профиль кишечника детей при искусственном вскармливании характеризуется преобладанием строгих и факультативных анаэробов, таких как Bacteroides и Clostridium, а также Staphylococcus, Streptococcus и Enterobacteriaceae, с более поздней колонизацией бифидобактериями [33].
Профиль микробного заселения кишечника детей с различным характером вскармливания обусловлен рядом факторов, включая наличие собственной микрофлоры молока и олигосахаридов, которые являются пребиотиками для основных представителей микробиоты кишечника, включая бифидо- и лактобактерии [45]. До недавнего времени считалось, что грудное молоко стерильно, однако обнаружение в составе грудного молока бактерий в количестве от 103 до 104 КОЕ/мл позволило сформулировать такое понятие, как «микробиом грудного молока», и показало влияние грудного вскармливания, как естественного «персонифицированного» пре- и пробиотика, на формирование микробиоты кишечника ребенка [46]. Молоко человека является источником стафилококков, стрептококков, молочнокислых бактерий, и прежде всего бифидобактерий [29]. Микробиом грудного молока находится в тесной динамической взаимосвязи с особенностями материнского фенотипа и способа родоразрешения, которые влияют впоследствии на профиль микробного заселения ЖКТ ребенка [47].
Заключение
Таким образом, по данным анализа современной научной литературы, становление и развитие микробиоты кишечника ребенка начинается еще в период внутриутробного развития. На качественные и количественные параметры микробиоты кишечника новорожденного влияет ряд экзогенных факторов, включая особенности питания и среды обитания, и эндогенных, ассоциированных, в первую очередь, с организмом матери. На формирование микробиома кишечника у новорожденных и детей первого года жизни большое влияние оказывает способ родоразрешения - естественные роды или кесарево сечение, и характер вскармливания - грудное или искусственное. Однако, несмотря на большой объем информации в этой области, обращает на себя внимание отсутствие единого взгляда и неоднозначность интерпретации полученных в многочисленных исследованиях результатов. Это объясняется, в частности, различными подходами к идентификации микроорганизмов, отсутствием конкретных рекомендаций по исследованию микробиоты пищеварительного тракта у детей первого года жизни с учетом многофакторной системы формирования микробиома человека. Следовательно, исследования в данной области остаются актуальной проблемой для разработки подходов к изучению и коррекции микроэкологии.