人类健康与微生物

微生物与人类的关系

你和你的微生物

人体微生物与人类的健康

摘要:人体携带有大量的微生物,这些微生物群对于人体有着重要的生理作用。通过对其分布、生理作用及功能的研究以及微生物和宿主的关系可以充分了解人体微生态平衡的意义及作用,对于人类疾病的治疗意义重大。

关键词:微生物菌群;微生态;微生态失衡;前言人体正常微生物群,是指栖息在人体皮肤或黏膜上,并随宿主长期进化过程形成的,在一定时期定植在宿主皮肤上或肠道黏膜等的微生物群落。1950年,我国著名医学微生物学家魏曦提出菌群调整疗法,即把正常菌群的成员制成活菌制剂给病人服用来辅助缺失或减少的细菌,即“促菌生”——需氧腊样芽胞杆菌。此外,目前医学上广泛使用的菌剂还有大肠杆菌活菌制剂(Colibiogen),乳杆菌活菌制剂(Lactobiogen),肠球菌活菌制剂(Enterococcobiogen)等。人体所携带的菌群分为正常菌群和过路菌群两种。正常菌群数量是巨大的,约有1014个。在长期的进化过程中,通过个体的适应和自然选择,正常菌群中不同种类之间,正常菌群与宿主之间,正常菌群、宿主与环境之间,始终处于动态平衡状态中,形成一个互相依存,相互制约的系统,因此,人体在正常情况下,正常菌群对宿主表现不致病。过路菌群是由非致病性或潜在致病性细菌所组成,来自周围环境或宿主其它生境,在宿主身体存留数小时,数天或数周,如果正常菌群发生紊乱,过路菌群可在短时间内大量繁殖,引起疾病。

1.人体正常菌群的分布及生理功能

人体所携带的微生物总量十分巨大,约100万亿个。菌群种类更是高达1000余种。总重量约1271克,体积相当于一个肝脏。其中99.9%是以双歧杆菌和类杆菌为主的专性厌氧菌,仅有0.1%是以肠杆菌科细菌为主的兼性厌氧菌。这些数量庞大的微生物分布于人体各处,其中肠道、口腔、皮肤、阴道是人体四大菌库,这些分布在人体不同组织结构,的正常菌群各自有着不相同的生理功能,以肠道菌群数量最多最具代表性。皮肤菌群,是指在皮脂腺管中有厌氧的疮庖丙酸杆菌以及表皮葡萄球菌。此外,皮肤表面还栖居着金黄色葡萄球菌、链球菌、棒杆菌、微球菌以及白色念球菌和皮癣菌等皮肤正常菌群。可以说皮肤正常菌群是人体第一道生物屏障,它对于皮肤的营养代谢和体温调节等具有重要生理作用。口腔菌群,口腔黏膜上栖息着卟啉单胞菌、梭杆菌、普氏杆菌、消化链球菌以及溶血链球菌、乳酸杆菌、变形链球菌、韦荣球菌、金黄色葡萄球菌、衣氏和内氏放线菌以及白色念球菌等。其生理功能是在维持口腔洁净,抵御致病菌生物侵袭(防止病从口入),促进免疫功能等方面发挥重要作用。肠道微生物分为两种,第一种称为正常菌群,还有一种称为过路菌群,又称外籍菌群。肠道正常菌群包括:胃内黏膜定植着酵母菌、螺旋菌、乳杆菌、少量球菌。小肠由于肠蠕动过快,很少有常住菌定植,只有肠球菌、乳杆菌、肠杆菌等过路菌;结肠定植着大量正常菌群,差不多有1013CFU/g肠内容物,即千百兆个活菌,它们由类杆菌、双歧杆菌、优杆菌、梭菌、消化链球菌、韦荣球菌、乳杆菌、大肠杆菌、肠球菌等差不多50个菌属400—500个菌种组成。肠道正常菌群对人体来说十分重要,在维持机体生物、化学、免疫屏障以及对宿主营养、健康、抵御致病微生物侵袭、提高定植抗力、免疫、抗肿瘤、抗衰老等方面发挥重要的生理作用。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)出现正常菌群。先是需氧菌如表皮葡萄球菌和金黄色葡萄球菌、链球菌和汉森氏球菌、韦荣球菌、嗜血杆菌等,继而也出现厌氧菌如普氏杆菌、卟啉单胞菌和韦荣球菌。

呼吸道正常菌群对维持呼吸道健康,刺激机体局部免疫功能,保护机体免受致病菌侵袭等方面起重要作用。生殖道正常菌群,女性生殖器从幼稚到成熟过程中就有微生物栖居和定植,大致上包括产黑色素类杆菌、卟啉单胞菌、普氏杆菌、类杆菌、乳杆菌、金黄色葡萄球菌、链球菌等十几种细菌为正常菌群。其生理功能主要有:维持生殖道酸性环境;保持生殖道自净;拮抗致病菌定植致病;提高机体定植抗力和免疫功能方面起重要作用。

2.微生物群落各成员间的相互作用

生态系特定生境中长期进化过程中形成的具有特定的性质、数量、结构,并具有特定功能的微生物群体成为微群落。宿主所携带的微群落之间的相互关系总体上分为共生关系与竞争关系两种。共生关系是生物间关系的高度发展,又分为共生、栖生、互生和助生四种。当两种或两种以上的微生物处于同一环境时不发生任何相互影响的生长关系称为共生。常见于对营养要求不同的微生物,如人体上呼吸道各种微生物形成的正常菌群。栖生是指两种微生物共同生长时,一方受益,另一方不受任何影响的生长关系。互生是指两种微生物共同生存时可相互受益,并且“可分可合,合比分好”。如好氧性自生固氮菌和纤维素分解菌。而助生则是两种微生物共同生长相互收益的一种专性关系。竞争关系大体上也可分为四种。两种微生物共同生存时为获得能源、空间或有限的生长因子而发生的争夺现象的称为竞争关系。两种微生物共同生长时一方产生一种抑制对方生长的因子,前者本身不受不利影响或反而受益,后者的生长受到不利影响的称为偏生关系。如:产生抗生素的真菌与对该细菌素敏感的细菌。

寄生关系由宿主和寄生物两方面形成,如噬菌体对相应细菌的感染和裂解等。一种微生物吞入并消化另一种微生物的称为吞噬,如阿米巴原虫对细菌的吞噬。

3.正常微生物种群与宿主的关系

微生物在宿主体内一定生境或解剖位置黏附并繁殖的状态称为定植。以肠道菌群为例,来理解微生物群落与宿主的关系。肠道原籍菌在人体内的定植分为初级定植和次级定植。初级定植发生在出生后:0d:肠道无菌(胎粪无菌)。1~2h:菌出现,数量很少,肠球菌、大肠埃希菌;1d:乳酸杆菌、芽胞梭菌、葡萄球菌等,10/g;2d:厌氧菌开始生长,出现双歧杆菌并成为优势菌,其他厌氧菌也迅速生长,形成竞争;5d:需氧菌和兼性厌氧菌降为第二位,厌氧菌:需氧菌1000:1~10000:1。肠道菌的原籍菌群定植次级演替分为:新生儿离乳期时肠道内原籍菌主要为粪杆菌、真杆菌、消化链球菌与双歧杆菌。由婴儿双歧杆菌型向青春双歧杆菌型过渡;随着宿主年龄的增加,肠道菌群开始向老年菌群过渡,芽胞梭菌、乳酸杆菌与大肠埃希菌增加,双歧杆菌减少、厌氧菌减少。此外细菌的定植需要一定的前提和条件,需要细菌具备对宿主黏膜的黏附功能,如细菌是否具有菌毛、定居因子、K抗原等;而宿主要有接受细菌黏附的条件,如是否携带受体,还要受到生态位的pH、抗体、分泌物等影响。并且当细菌定居后,还要根据是否有适宜的营养和适宜的宿主反应,才能决定是否细菌可以在此部位进行进一步繁殖。

4.微生态平衡与微生态失调

微生态平衡是指正常微生物群与其宿主生态环境在长期进化过程中形成生理性组合的动态平衡。微生态平衡对宿主和微生物具有重要影响,根据宿主和微生物的状态不同,微生态也动态的发生变化,而当外环境改变时,微生物与宿主由生理性组合转变为病理性组合后,就会引发宿主病变,即微生态失调。微生态失调主要分为菌群失调、定位转移、血行感染、易位病灶四种。菌群失调:在原正常微生物群发生的定量和定性的异常变化,其中主要是量的变化。也称比例失调。菌群失调还可分为一度和二度以及三度。一度失调:使用抗生素后,抑制一部分细菌,却促进另一部分细菌,造成数量上异常变化。临床无或仅有轻微反应,停药后自然恢复。二度失调:菌群内生理波动转为病理波动,不可逆,临床上多表现为慢性病如慢性肠炎、慢性肾盂肾炎、慢性口腔炎等。三度失调:原籍菌群大部分被抑制,少数菌种转化为优势菌,表现为急性状态,病情凶险,亦称交替感染或二重感染。引起二重感染主要以金黄色葡萄球菌、革兰阴性杆菌(如绿脓杆菌、大肠杆菌、肺炎杆菌等)和白假丝酵母菌为多见。多发生在用药后2~3周,发生率为2%~3%,主要表现为消化道感染、医院内肺炎、尿路感染、败血症等。二重感染的病原菌常对多数抗菌药物耐药,而病人抵抗力因原发病和(或)原发感染而显著降低,因此,二重感染常难以控制,呈急性状态,病情凶恶,病死率较高。

定位转移:也称易位。即病变菌群在宿主体内发生了位置的改变。分为横向转移和纵向转移。横向转移即病院菌群由原位向其周围转移。纵向转移则是病原菌群经由体表、上皮细胞、淋巴细胞最后到达巨噬细胞的有体表到体内的转移。血行感染:发生在定位转移之前或之后。是指微生物从宿主体内的感染灶(如扁桃体炎、鼻窦炎、皮肤感染等)侵入血流,逐步侵染脏器,形成的自上而下感染。异位病灶:正常微生物群可因其他诱因所致,在远隔的脏器或组织形成病灶。

5.微生态失调的防治

微生态失调引起多种宿主病变,因此要尽可能维持微生态的平衡。

其防治方法主要有以下几点:

一、保护厌氧菌,提高定植抗力。定植抗力是指宿主对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双重影响,尤以后者为重要。注意保护厌氧菌,可有效提高定植抗力。β-内酰胺类、林可霉素类、红霉素、氯霉素、甲砜霉素、四环素等对厌氧菌有较强抗菌作用。

二、采用微生态免疫和营养调整的联合疗法。一方面提高宿主的免疫力,另一方面通过补充宿主所需要的营养来促使微生态达到动态平衡。例如:要对体内双歧杆菌进行补足,可给予胡萝卜、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。要调整宿主体内乳杆菌,可服用乳糖、蔗糖等营养物质。

三、抗生素的使用。要注意保护生态平衡,小量、窄谱、非口服用药、保护厌氧菌的使用原则。谨慎使用抗生素。并且要做到先抗后调。使用抗生素类药物之后要及时对体内微生态菌群进行调理,恢复宿主体内的微生态平衡。