Аэробная микрофлора что это

Методические рекомендации предназначены для системы последипломного профессионального образования врачей. Посвящены общеклинической проблеме — дисбактериозу кишечника. Рассматриваются вопросы этиологии, патогенеза, клиники, диагностики и лечения дисбактериоза кишечника. Особое внимание уделено рациональному использованию пробиотиков и, в частности, Йогулакта в терапии данной патологии.

Количественные и качественные нарушения нормальной микрофлоры традиционно относят к понятию "дисбактериоз". В последнее время широко используется термин "дисбиоз кишечника", образованный из латинских слов "dis" — затруднение, нарушение, расстройство и "bios" — жизнь. Дисбиоз — это нарушение функционирования и механизмов взаимодействия организма человека, его микрофлоры и окружающей среды. Дисбактериоз кишечника всегда вторичен и представляет собой клинико-лабораторный синдром, который развивается при целом ряде заболеваний и клинических ситуаций и характеризуется изменением качественного и/или количественного состава микрофлоры определенного биотопа, транслокацией различных ее представителей в несвойственные биотопы, а также метаболическими и иммунными нарушениями, сопровождающимися у части пациентов клиническими симптомами.

Термин "дисбактериоз" был введен в клиническую практику в 1916 году немецким врачом А.Ниссле для обозначения явлений бродильной и гнилостной диспепсии. Существуют различные интерпретации этого термина.

Определение дисбактериоза.

В литературе рассматривается ряд определений дисбактериоза.

Дисбактериоз — это изменение количественного и (или) качественного состава бактериальной флоры, обусловленное динамическими нарушениями микроэкологии кишечника в результате расстройства адаптационных, защитных и компенсаторных механизмов. Микробиологически дисбиоз выражается в снижении количества облигатной флоры в кишечнике (бифидо — и лактобактерий, кишечной палочки)[Архипов Г.С., Венгеров Ю.Я., 2009].

За рубежом чаще используют термин "синдром избыточного бактериального роста" в тонкой кишке (СИБР). Его определение носит более конкретный характер, и постановка диагноза базируется на обнаружение более 10 5 микроорганизмов в одном мл аспирата из тощей кишки и/или появление флоры, характерной для толстой кишки

В последние годы проблема дисбактериоза вызывает немало дискуссий у специалистов различного профиля — клиницистов и бактериологов. Необходимо отдавать себе отчет в том, что, по мнению многих, такой нозологической единицы не существует, хотя в отечественных публикациях часто встречаются термины "дисбактериоз" или "дисбиоз кишечника". Дисбактериоз описывают даже в качестве самостоятельного заболевания, однако в существующих международных классификациях болезней он отсутствует. Некоторые авторы подчеркивают, что дисбактериоз или дисбиоз — не заболевание, а отклонение от нормы одного из параметров гомеостаза, который зачастую не требует обязательного лечения. Он всегда вторичен и причинно обусловлен. Данная точка зрения имеет важное практическое значение, так как исключает принадлежность дисбактериоза к самостоятельным болезням человека. В то же время сама возможность наличия такого патологического состояния, как дисбактериоз, никем не отрицается, так как в основе его развития лежат многообразные изменения в качественном и количественном составе микрофлоры пищеварительного тракта [Шендеров А.Б., 2000].

Эпидемиология дисбактериоза кишечника.

По данным РАМН более 90% населения России в той или иной мере страдает дисбактериозом. По данным зарубежных исследователей все жители планеты на протяжении жизни имеют те или иные отклонения от нормобиоценоза.

Роль нормальной микрофлоры кишечника в поддержании гомеостаза.

Нормальная микрофлора — эволюционно сложившаяся экологическая система симбиотических микроорганизмов, населяющих открытые полости человека и поддерживающие метаболическое, биохимическое и иммунологическое равновесие, необходимое для здоровья человека [Бондаренко В.М., 2007]. Микробиота кишечника взрослого содержит 10 — 100 триллионов микробов, общей массой от 1 до 2,5 кг. На жизнедеятельность кишечной микрофлоры расходуется до 10% поступившей энергии и 20% объема принятой человеком пищи. В толстой кишке содержится около 1,5 кг различных микроорганизмов. В 1 грамме содержимого слепой кишки обнаруживают около 2 миллиардов микробных клеток (представители 17 семейств, 45 родов, 500 видов). Плотность заселения микроорганизмами увеличивается к дистальному отделу тонкой кишки, резко возрастает в толстой кишке, достигая максимальных значений на уровне ободочной кишки. Толстая кишка человека в наибольшей степени колонизирована микроорганизмами. Количество бактерий в фекалиях может достигать 5х10 12 КОЕ/г содержимого (количество образующих колонии микроорганизмов — колониеобразующих единиц — на 1 грамм фекалий). В прямой кишке плотность обсеменения составляет до 400 миллиардов бактерий на 1 грамм содержимого.

Доминирующей группой, характерной для эубиоза здоровых взрослых людей, являются анаэробные бактерии, на долю которых приходится до 90-98% от общего количества микроорганизмов кишечника. Анаэробными являются микробы, способные существовать без свободного кислорода.

В отличие от них, жизнедеятельность аэробной флоры возможна только при наличии свободного кислорода. Аэробные и условно анаэробные бактерии, представленные кишечными палочками, стрептококками, энтерококками, составляют в сумме не более 5-10% от всей заселяющей кишечника человека аутофлоры.

Соотношение между кишечными анаэробами и аэробами в норме составляет 10:1.

В таблице 1 приведен состав представителей аэробной и анаэробной микрофлоры

Таблица 1. Состав аэробной и анаэробной микрофлоры

Анаэробная микрофлора	Аэробная микрофлора
Бифидобактерии. Бактероиды. Лактобактерии. Фузобактерии. Анаэробные кокки. Вейлонеллы. Клостридии.	Кишечная палочка. Стрептококки (энтерококк, гемолизирующий стрептококк). Стафилококки. Клебсиеллы. Кампилобактерии. Серации. Энтеробактер. Цитробактер. Дрожжеподобные грибы. Протей.

Классификация нормальной микрофлоры толстой кишки здорового человека

Нормальная микрофлора кишечника по количественным соотношениям представлена тремя основными группами:
1. Основная или облигатная микрофлора. Обязательная для толстой кишки. Это, преимущественно, грамположительные бесспоровые анаэробы — бифидобактерии и грамотрицательные бактероиды. Составляет 90-95% микробиоценоза человека.
2. Сопутствующая микрофлора. Представлена, в основном, аэробами — лактобактерии, кокковые формы, кишечная палочка (E.coli). В сумме эти микроорганизмы не превышают 5% микробиоценоза. Лактобактерии и E.coli являются синергистами бифидобактерий.
3. Остаточная микрофлора (условно-патогенная или факультативная микрофлора). К этой группе относятся стафилококки, кандиды, протей, синегнойная палочка, энтеробактерии, кампилобактерии. Удельный вес этой группы в норме не превышает 1% от общего количества микроорганизмов.

В зависимости от времени присутствия бактерий в кишечнике: постоянного или периодического, микрофлору здоровых людей подразделяют на несколько видов:

индигенную, или резидентную, или облигатную (бифидобактерии, лактобактерии, кишечная палочка, бактероиды, энтерококки);

факультативную, или непостоянную (стафилококки, протей, клостридии, кампилобактер, клебсиеллы, микрококки, некоторые эшерихии.),

случайную, или транзиторную (синегнойная палочка, патогенные энтеробактерии).

По локализации в кишечнике микроорганизмы можно также разделить на следующие две группы, отличающиеся друг от друга по количественной и качественной характеристикам:

Мукоидная (мукозная) микрофлора (М-микрофлора), к которой относят микроорганизмы (преимущественно бифидобактерии и лактобактерии), тесно ассоциированная с эпителием слизистой оболочки кишечника.

Полостная микрофлора (П-микрофлора), представленная микроорганизмами, которые локализуются в просвете кишечника (бактероиды, вейлонеллы, энтеробактерии).

В зависимости от расщепляемых микрофлорой пищевых веществ бактерии разделяют на:

протеолитические бактерии — бактероиды, протей, клостридии, кишечная палочка и

сахаролитические бактерии — бифидо- и лактобактерии, энтерококки.

Пристеночная (мукозная) микрофлора включает с себя более 395 филогенетически обособленных групп микроорганизмов [Бондаренко В.М., 2007]. Мукозная микрофлора (пристеночно) формирует микроколонии, образующие биопленку. Биопленка — микробное сообщество, которое как бактериальный газон выстилает поверхность слизистых. Генная структура микрофлоры тождественна генной структуре макроорганизма [Конев Ю.В. и соавт. , 2001]. В микробно-тканевом комплексе (биопленке) происходит распознавание и обмен генетическим материалом поступающих в желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) микроорганизмов (в том числе, в составе пробиотиков). Распознавание молекулярного образа патогенных и симбиотических микроорганизмов — ключевой момент межмикробного взаимодействия. Он определяет молекулярно-генетическую и метаболическую биосовместимость нормофлоры с пробиотиками.

При рассмотрении многогранной функции нормальной микрофлоры кишечника необходимо использовать термин "энтеральная среда". Она представляет собой сложную систему жидкостей, включающую пищу, ее компоненты, пищеварительные секреты, кишечную микрофлору макроорганизма и ее метаболиты [Щекина М.И., 2009]. Сбалансированное существование энтеральной среды жизненно важно как для самого макроорганизма, так и симбионтной микрофлоры, присутствующей в кишечнике.

С этих позиций представляется целесообразным выделить наиболее значимые функции нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) [Архипов Г.С., Венгеров Ю.Я., 2009]:

1. Участие в пищеварении:
2. переваривание полисахаридов (пектин, микрополисахариды, гликопротеиды);
3. расщепление непереваренных азотсодержащих соединений, мочевины;
4. синтез некоторых незаменимых аминокислот;
5. деконьюгация желчных кислот;
6. детоксикация ксенобиотиков (лекарственных веществ, токсических веществ, консервантов).
7. Синтез витаминов. Микрофлора — основной источник витамина К, витаминов группы В (цианкобаламин, фолиевая кислота, биотин, рибовлавин, пантотеновая кислота).
8. Защитные функции :
9. колонизационная резистентность: связывание с рецепторами и заселение слизистого слоя кишечника;
10. синтез бактерицидных веществ: летучих жирных кислот, перекиси водорода, сероводорода;
11. конкуренция с транзиторной микрофлорой за питательные вещества;
12. снижение внутриполостной рН;
13. стимуляция местного иммунитета: выработка иммуноглобулинов и неспецифических факторов защиты (лизоцим, интерферон);
14. поддержание реакций клеточного иммунитета.
15. Расширение наследственной программы: обмен регуляторными молекулами, фрагментами структурных генов с другими представителями микробиоценоза.
16. Обеспечение трофического гомеостаза. Нормальная микрофлора кишечника является клеточным, метаболическим, иммунологическим и генетическим компонентом жизнедеятельности человека.

Рассмотрим функции микрофлоры подробнее.

Известно, что основной функцией нормальной микрофлоры человека является обеспечение колонизационной резистентности (КР) пищеварительного тракта. В обычных условиях поддержание КР микрофлорой осуществляется за счет продукции антибиотических веществ, конкуренции за места адгезии, подавления адгезии условно патогенных бактерий, ингибирования транслокации и ряда опосредованных механизмов.

Участие в пищеварении является важным звеном деятельности микрофлоры кишечника. Симбионты в качестве промежуточных продуктов бактериального гидролиза пищи образуют янтарную, уксусную, масляную, пропионовую, муравьиную и другие кислоты, а также ряд газов, включая водород, диоксид углерода, метан. В норме происходит практически полная активная утилизация этих токсических метаболитов самой микрофлорой. При этом бифидо -, лактобактерии и энтерококки расщепляют целлюлозу и гемицеллюлозу с образованием короткоцепочечных жирных кислот. Кишечная палочка, бактероиды, клостридии и протей метаболизируют протеины до аммония, фенолов и меркаптопурина. При сбалансированном микробиоценозе эти процессы равновесны. Анаэробная микрофлора трансформирует пищевые волокна с образованием крайне важных для организма сахаров, аминокислот и минеральных веществ (табл. 1)

Таблица 2. Влияние продуцируемой микрофлорой низкомолекулярных метаболитов на функции организма (Щекина М.И., 2009)

Метаболиты микрофлоры	Физиологические эффекты
Оксид азота	Регуляция моторной активности кишечника Регуляция нейротрасмиссии Регуляция сосудистого тонуса Антиоксидантное действие Антиапоптическое действие
Глутамат	Влияние на процессы нейрорегуляции
Изовалериановая, изокапроновая кислоты	Индукция секреции инсулина
Ацетат	Субстрат гипогенеза
Бутират	Регуляция пролиферации и дифференцировки колоноцитов Влияние на моторику толстой кишки
Эстрогеноподобные вещества	Влияние на пролиферацию эпителия (изменение экспрессии генов)
Сигнальные молекулы	Позволяют иммунной системе человека распознавать эти микроорганизмы как "свои"

Микрофлора кишечника участвует в деконьюгации желчных кислот. 80-95% желчных кислот реабсорбируются, остальные под действием бактериальных ферментов в комплексе с холестерином превращаются в нерастворимые соединения и выделяются с каловыми массами. Выраженными холестеринснижающей активностью обладают бифидо- и лактобактерии, уменьшающие растворимость холестерина.

Нормальная микрофлора участвует в синтезе основных витаминов группы В (В₁,В₂,В₆,В₈,В₁₂), витаминах К, С, никотиновой, фолиевой, пантотеновой, липоевой кислот. Доминирующее позиции в этом плане занимает кишечная палочка, обеспечивающая синтез 9 витаминов.

Функционирование обширной и активированной иммунной системы кишечника зависит от наличия нормальной микрофлоры. При этом иммунная система кишечника у здоровых людей регулируется таким образом, чтобы избежать чрезмерного кишечного ответа на пищевые антигены и кишечные бактерии-комменсалы. Отличительной особенностью мукозной иммунной системы пищеварительного тракта является лимфоидная ткань, представленная пейеровыми бляшками. При активации Т- и В- клетки пейеровых бляшек, мигрируют в кровь и экспрессируют α4β7-интегрин. Способность лимфоцитов мигрировать из кровеносных сосудов в собственную пластинку достигается при экспрессии лиганда к α4β7-интегрину на эндотелиальных клетках сосудов кишечника [Campbell D.J. et al.,2003]. Посредством данного механизма хемокины, вырабатываемые эпителиальными клетками, регулируют миграцию лимфоцитов в ткани кишечника.

Кишечная микрофлора обеспечивает активацию специфического клеточного и гуморального иммунитета, а также стимулирует неспецифическую резистентность организма. Сложившийся микробиоценоз кишечника стимулирует продукцию IgА и секреторного IgА, участвующего в локальной защите слизистой оболочки кишечника от патогенных вирусов, бактерий, токсинов и аллергенов. Микрофлора кишечника активирует фагоцитарную активность макрофагов и нейтрофилов. Нормофлора стимулирует созревание лимфоидного аппарата, потенцируя продукцию интерферона и лизоцима. Лакто- и бифидобактерии повышают фагоцитарную активность гранулоцитов крови, стимулируют продукцию цитокинов мононуклеарами, нормализуют иммунорегуляторный индекс, синтезируют ряд биологически активных веществ, разрушающих антигены.

Для нормального развития мукозного иммунного ответа необходимо наличие в кишечнике бактерий-комменсалов, при этом мукозная иммунная система распознает их постоянно, обеспечивая толерантность и контролируя воспаление [Broad A. et. al., 2006]. Кишечный эпителий определяет присутствие бактерий-комменсалов через паттерн-распознающие рецепторы, к которым относятся Тoll-подобные (ТПР) и внутриклеточные NOD-подобные рецепторы. Паттерн-распознающие рецепторы идентифицируют структуру бактерий и вирусов и запускают провоспалительные механизмы путем активации транскрипционного ядерного транскрипционного фактора kВ (NF-kB) [Macdonald T.T., Monteleone G., 2005].. В норме активация ТПР сопровождается усиление естественной резистентности, обеспечивающей гомеостаз желудочно-кишечного тракта и дает возможность избежать проникновения патогенных бактерий и повреждения эпителия.

Нормальная микрофлора кишечника обеспечивает трофический гомеостаз, влияя на регенераторные процессы в слизистой оболочки кишечника. Так, бифидо- и лактобактерии повышают митотическую активность энтероцитов крипт. Представители нормальной кишечной флоры синтезируют короткоцепочечные жирные кислоты, которые являясь энергетическим субстратом окисления в цикле Кребса, оказываю благотворное влияние на трофику и клеточную регенерацию слизистой оболочки кишечника и других тканей организма.

Нормальная кишечная микрофлора участвует в нейтрализации экзогенных и эндогенных метаболитов (нитратов, ксенобиотиков, мутагенных стероидов, токсичных продуктов белкового обмена — индола, скатола, фенола)

Микробиологическое исследование на анализаторе VITEK bioMerieux, позволяющее с более высокой чувствительностью и специфичностью, чем обычный посев, идентифицировать около 200 видов клинически значимых бактерий и подобрать антибиотикотерапию с расчетом минимальной эффективной дозировки препарата. Преимущества исследования по сравнению с обычным посевом: срок выполнения короче на 24 часа; чувствительность определяется к расширенному списку антибиотиков (до 20 шт.); результат выдается как в виде критических значений (чувствителен, умеренно-устойчив, устойчив), так и в виде значений минимальных ингибирующих концентраций антибиотика (МИК). Что, в свою очередь, позволяет выбрать наиболее эффективную минимальную дозу антибиотика, снизив его негативное влияние на человеческий организм. * Чувствительность к антибиотикам будет определена при выявлении патогенных и/или условно-патогенных микроорганизмов. При обнаружении микроорганизмов, составляющих нормальную микрофлору, чувствительность к антибиотикам не определяется, т.к. не имеет диагностического значения.

Бактериологическое исследование клинического материала с определением чувствительности к антибиотикам на анализаторе VITEK bioMerieux; посев на микрофлору в аэробных условиях.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Грудное молоко, мазок из десневого кармана, мазок из зева, мазок с конъюнктивы, мазок из носа, мазок из носоглотки, мазок урогенитальный (с секретом предстательной железы), мокроту, отделяемое уха, рвотные массы, синовиальную жидкость, смыв из бронхов, среднюю порцию утренней мочи, эякулят.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Рекомендуется употребить большой объем жидкости (чистой негазированной воды) за 8-12 часов до сбора мокроты.
• За 3-4 часа до взятия мазков из ротоглотки (зева) не употреблять пищу, не пить, не чистить зубы, не полоскать рот/горло, не жевать жевательную резинку, не курить. За 3-4 часа до взятия мазков из носа не закапывать капли/спреи и не промывать нос. Взятие мазков оптимально выполнять утром, сразу после ночного сна.
• Женщинам исследование (процедуру взятия урогенитального мазка или сбор мочи) рекомендуется производить до менструации или через 2-3 дня после её окончания.
• Мужчинам — не мочиться в течение 3 часов до взятия урогенитального мазка или сбора мочи.

Общая информация об исследовании

Анаэробная микрофлора – это микроорганизмы, для жизнедеятельности и размножения которых не требуется кислород, для многих из них он, наоборот, является губительным. Анаэробы населяют организм человека в норме (в пищеварительном тракте, органах дыхания, мочеполовой системе). При снижении иммунитета или травмах, повреждениях возможна активация инфекции с развитием воспалительного процесса. Организм человека тогда может становиться по сути источником заражения сам для себя (эндогенное инфицирование). Реже анаэробы попадают в организм снаружи (глубокая колотая рана, инфицированный аборт, ранения брюшной и грудной полости, введение спиц и протезов). Развиваясь в толще кожи, мягких тканей и мышц, анаэробные организмы способны вызывать целлюлиты, абсцессы, миозиты. Симптомы, позволяющие заподозрить анаэробную инфекцию мягких тканей: плотный отёк, газообразование (ощущение, что лопаются пузырьки воздуха под кожей при надавливании), гнилостное воспаление, зловонный запах.

Основное лечение анаэробного воспаления – хирургическое. При этом необходимо устранить источник воспаления либо раскрыть рану, обеспечив доступ кислорода, губительного для анаэробов.

Жизнедеятельность аэробной флоры возможна лишь при наличии свободного кислорода. В отличие от анаэробов, у них он участвует в процессе выработки энергии, необходимой им для размножения. Эти бактерии не имеют выраженного ядра. Они размножаются почкованием или делением, при окислении образуя токсичные продукты. Культивирование аэробных бактерий подразумевает не только использование подходящей для них питательной среды, но также и количественный контроль кислородной атмосферы и поддерживание оптимальных температур. Для каждого микроорганизма данной группы существует минимум и максимум кислородной концентрации в среде, окружающей его, необходимой для его нормального размножения и развития.

Факультативные анаэробы – организмы, которые существуют и выполняют все энергетические и репродуктивные циклы по анаэробному пути, но при этом при этом способны существовать и развиваться в присутствии кислорода. Последней характеристикой облигатные и факультативные анаэробы и отличаются, т.к. облигатные не способны существовать в условиях кислорода и при его появлении гибнут. Всю необходимую для своего существования, развития и размножения энергию факультативные анаэробы получают с помощью расщепления органических и неорганических соединений.

Для дифференциальной диагностики анаэробной и аэробной инфекции проводят посев биоматериала на флору, так как принципы лечения в том или ином случае будут разные. По выросшей культуре определяется вид микроорганизмов, которые участвуют в формировании воспалительной реакции. Зная вид возбудителя, можно подобрать антибактериальный препарат, который способен успешно влиять на данные микроорганизмы.

В ходе данного исследования определяется наличие аэробной и факультативно-анаэробной флоры.

Микробиологическое исследование на анализаторе VITEK bioMerieux позволяет с более высокой чувствительностью и специфичностью, чем обычный посев, идентифицировать около 200 видов клинически значимых бактерий и подобрать антибиотикотерапию с расчетом минимальной эффективной дозировки препарата. Система анализатора предназначена для идентификации грамотрицательных палочек, грамположительных кокков, анаэробных бактерий, нейссерий, гемофильных палочек, других прихотливых бактерий, коринбактерий, лактобактерий, бацилл, грибов (более 450 таксонов). Система анализатора состоит из анализатора бактериологического и персонального компьютера. Автоматизация процесса снижает риск контаминации материала и ошибок в результатах исследования.

После выявления культуры бактерий целесообразно провести определение их чувствительности к разным антибиотикам. Зная вид возбудителя, можно подобрать антибактериальный препарат, который способен успешно влиять на данные микроорганизмы. В связи с тем что все чаще наблюдается развитие антибиотикорезистентности микроорганизмов, подбор антибиотиков по их спектру действия на бактерии может привести к малоэффективному или вообще безрезультатному лечению. Преимуществом метода определения чувствительности к антибиотикам является точное определение антибактериального препарата, имеющего наивысшую эффективность в конкретном случае.

Для чего используется исследование?

• Дифференциальная диагностика анаэробной и аэробной инфекций, подбор адекватного терапевтического лечения с учетом обнаруженной микрофлоры.
• Диагностика латентных, скрытых и хронических инфекций: обнаружение персистирующих, труднокультивируемых и/или некультивируемых форм микроорганизмов.
• Для выбора антибиотика для успешного лечения инфекции.

Когда назначается исследование?

• При различных патологиях воспалительно-инфекционного генеза — для своевременной, быстрой идентификации возможного возбудителя.
• При симптомах, позволяющих заподозрить анаэробную инфекцию (газообразование, гнилостное воспаление).

Что означают результаты?

Причина выявления микроорганизмов — присутствие роста колоний данного вида микроорганизмов на питательной среде (при этом данная микрофлора может быть нормальной: Streptococcus mitis, Neisseria mucosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus viridans group).

Данное исследование не предусматривает выделение анаэробной микрофлоры, вирусов, хламидий, а также микроорганизмов, требующих особых условий культивирования, таких как Neisseria meningitidis, Neisseria gonorrhoeae, Bordetella pertussis, Bordetella parapertussis, Corynebacterium diphtheriae, Mycoplasma spp, Ureaplasma spp, Mycobacterium tuberculosis. При отсутствии роста диагностически значимой микрофлоры при бактериологическом посеве и наличии клинической картины рекомендуется назначение дополнительных исследований.

Кто назначает исследование?

Инфекционист, терапевт, гинеколог, врач общей практики, оториноларинголог, педиатр.

Литература

• Fermin A Carranza, Paulo M. Camargo. The Periodontal Pocket. / Carranza’s Clinical Periodontology, 2012, 127-139.
• Mirela Kolakovic, Ulrike Held, Patrick R Schmidlin, Philipp Sahrmann. An estimate of pocket closure and avoided needs of surgery after scaling and root planing with systemic antibiotics: a systematic review. / BMC Oral Health. 2014; 14: 159.

Анаэробы — организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путём субстратного фосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование.

Анаэробы — обширная группа организмов, как микро-, так и макроуровня:

• анаэробные микроорганизмы — обширная группа прокариотов и некоторые простейшие.
• макроорганизмы — грибы, водоросли, растения и некоторые животные (класс фораминиферы, большинство гельминтов (класс сосальщики, ленточные черви, круглые черви (например, аскарида).

Помимо этого, анаэробное окисление глюкозы играет важную роль в работе поперечнополосатой мускулатуры животных и человека (особенно в состоянии тканевой гипоксии).

Термин «анаэробы» ввел Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения. Анаэробное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов при использовании в качестве конечного акцептора электронов не кислорода, а других веществ (например, нитратов) и относится к процессам энергетического обмена (катаболизм, диссимиляция), которые характеризуются окислением углеводов, липидов и аминокислот до низкомолекулярных соединений.

Содержание

Степень аэробности среды [ править | править код ]

Для измерения потенциала среды М. Кларк предложил использовать величину pH₂ 0 — отрицательный логарифм парциального давления газообразного водорода. Диапазон [0-42,6] характеризует все степени насыщения водного раствора водородом и кислородом. Аэробы растут при более высоком потенциале [14-20], факультативные анаэробы [0-20], а облигатные — при наиболее низком [0-10] [2] .

Классификация анаэробов [ править | править код ]

Согласно устоявшейся в микробиологии классификации, различают:

• Факультативные анаэробы
• Капнеистические анаэробы и микроаэрофилы
• Аэротолерантные анаэробы
• Умеренно-строгие анаэробы
• Облигатные анаэробы

Если организм способен переключаться с одного метаболического пути на другой (например, с анаэробного дыхания на аэробное и обратно), то его условно относят к факультативным анаэробам [3] .

До 1991 года в микробиологии выделяли класс капнеистических анаэробов, требовавших пониженной концентрации кислорода и повышенной концентрации углекислоты (Бруцеллы бычьего типа — B. abortus) [2] .

Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O₂, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O₂.

Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии.

Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O₂ гибнут — например, представители рода бактерий и архей: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишённой кислорода среде. К облигатным анаэробам относятся некоторые бактерии, дрожжи, жгутиковые и инфузории.

Токсичность кислорода и его форм для анаэробных организмов [ править | править код ]

Среда с содержанием кислорода является агрессивной по отношению к органическим формам жизни. Это связано с образованием активных форм кислорода в процессе жизнедеятельности или под действием различных форм ионизирующего излучения, значительно более токсичных, чем молекулярный кислород O₂. Фактор, определяющий жизнеспособность организма в среде кислорода [4] — наличие у него функциональной антиоксидантной системы, способной к элиминации: супероксид-аниона(O₂ − ), пероксида водорода(H₂O₂), синглетного кислорода( 1 O₂), а также молекулярного кислорода (O₂) из внутренней среды организма. Наиболее часто подобная защита обеспечивается одним или несколькими ферментами:

• супероксиддисмутаза, элиминирующая супероксид-анион(O₂ − ) без энергетической выгоды для организма
• каталаза, элиминирующая перекись водорода(H₂O₂) без энергетической выгоды для организма
• цитохром — фермент, отвечающий за перенос электронов от NAD•H к O₂. Этот процесс обеспечивает существенную энергетическую выгоду организму.

Аэробные организмы содержат чаще всего три цитохрома, факультативные анаэробы — один или два, облигатные анаэробы не содержат цитохромов.

Анаэробные микроорганизмы могут активно воздействовать на среду [2] , создавая подходящий окислительно-восстановительный потенциал среды (например, Clostridium perfringens). Некоторые засеянные культуры анаэробных микроорганизмов, прежде чем начать размножаться, снижают pH₂ 0 с величины [20-25] до [1-5], ограждая себя восстановительным барьером, другие — аэротолерантные — в процессе жизнедеятельности продуцируют перекись водорода, повышая pH₂ 0 [5] .

Дополнительная антиоксидантная защита может обеспечиваться синтезом или накоплением низкомолекулярных антиоксидантов: витамина С, А, E, лимонной и других кислот.

Получение энергии путём субстратного фосфорилирования. Брожение. Гниение [ править | править код ]

• Также анаэробные организмы могут получать энергию путём катаболизма аминокислот и их соединений (пептидов, белков). Такие процессы именуют гниением, а микрофлору в энергетическом обмене которой преобладают процессы катаболизма аминокислот называют гнилостной.
• Анаэробные микроорганизмы расщепляют гексозы (например, глюкозу) разными путями:

• Гликолиз (Путь Эмдена-Мейергофа) после которого продукт подвергается брожению
• окислительный пентозофосфатный путь (другие названия: Фосфогликонатный путь, иначе гексозомонофосфатный(ГКМ), иначе путь Варбурга — Диккенса — Хореккера)
• Путь Энтнера — Дудорова (особенно значимый, когда субстратами служат глюконовая, маннановая, гексуроновые кислоты или их производные)

В качестве примера организма, сбраживающего сахара по пути Энтнера — Дудорова, можно привести облигатно анаэробную бактерию Zymomonas mobilis. Однако её изучение позволяет предполагать, что Z. mobilis — вторичный анаэроб, произошедший от цитохромсодержащих аэробов. Путь Энтнера — Дудорова обнаружен и у некоторых клостридиев, что ещё раз подчеркивает неоднородность эубактерий, объединённых в эту таксономическую группу [6] .

При этом характерным только для анаэробов является гликолиз, который в зависимости от конечных продуктов реакции разделяют на несколько типов брожения:

В результате расщепления глюкозы расходуется 2 молекулы, а синтезируется 4 молекулы АТФ. Таким образом общий выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАД·Н₂. Полученный в ходе реакции пируват утилизируется клеткой по-разному в зависимости от того, какому типу брожения она следует.

Антагонизм брожения и гниения [ править | править код ]

В процессе эволюции сформировался и закрепился биологический антагонизм бродильной и гнилостной микрофлоры:

Расщепление микроорганизмами углеводов сопровождается значительным снижением pH среды, в то время как расщепление белков и аминокислот — повышением (защелачиванием). Приспособление каждого из организмов к определённой реакции среды играет важнейшую роль в природе и жизни человека, например, благодаря бродильным процессам предотвращается загнивание силоса, заквашенных овощей, молочных продуктов.

Культивирование анаэробных организмов [ править | править код ]

Культивирование анаэробных организмов в основном является задачей микробиологии.

Сложнее дело обстоит с культивированием анаэробных многоклеточных организмов, поскольку для их культивирования часто необходима специфическая микрофлора, а также определённые концентрации метаболитов. Применяется, например, при исследовании паразитов человеческого организма.

Для культивирования анаэробов применяют особые методы, сущность которых заключается в удалении воздуха или замены его специализированной газовой смесью (или инертными газами) в герметизированных термостатах — анаэростатах [7] .

Другим способом выращивания анаэробов(чаще всего микроорганизмов) на питательных средах — добавление редуцирующих веществ (глюкозу, муравьинокислый натрий, казеин, сульфат натрия, тиосульфат, цистеин, тиогликолят натрия и др.), связывающих токсичные для анаэробов перикисные соединения.

Общие питательные среды для анаэробных организмов [ править | править код ]

Для общей среды Вильсона-Блера базой является агар-агар с добавлением глюкозы, сульфита натрия и двуххлористого железа. Клостридии образуют на этой среде колонии чёрного цвета за счёт восстановления сульфита до сульфид-аниона, который, соединяясь с катионами железа (II), даёт соль чёрного цвета. Как правило, чёрные на этой среде образования колонии появляются в глубине агарового столбика [8] .

Среда Китта-Тароцци состоит из мясопептонного бульона, 0,5 % глюкозы и кусочков печени или мясного фарша для поглощения кислорода из среды. Перед посевом среду прогревают на кипящей водяной бане в течение 20—30 минут для удаления воздуха из среды. После посева питательную среду сразу заливают слоем парафина или вазелинового масла для изоляции от доступа кислорода.

Общие методы культивирования для анаэробных организмов [ править | править код ]

GasPak — система химическим путём обеспечивает постоянство газовой смеси, приемлемой для роста большинства анаэробных микроорганизмов. В герметичном контейнере, в результате реакции воды с таблетками боргидрида натрия и бикарбоната натрия образуется водород и диоксид углерода. Водород затем реагирует с кислородом газовой смеси на палладиевом катализаторе с образованием воды, уже вторично вступающей в реакцию гидролиза боргидрида.

Данный метод был предложен Брюером и Олгаером в 1965 году. Разработчики представили одноразовый пакет, генерирующий водород, который был позднее усовершенствован ими до саше, генерирующих двуокись углерода и содержащих внутренний катализатор [9] [10] .

Метод Цейсслера применяется для выделения чистых культур спорообразующих анаэробов. Для этого производят посев на среду Китт-Тароцци, прогревают 20 мин при 80 °C (для уничтожения вегетативной формы), заливают среду вазелиновым маслом и инкубируют 24 ч в термостате. Затем производят посев на сахарно-кровяной агар для получения чистых культур. После 24-часового культивирования интересующие колонии изучаются — их пересеивают на среду Китт-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Фортнера — посевы производят на чашку Петри с утолщённым слоем среды, разделённым пополам узкой канавкой, вырезанной в агаре. Одну половину засевают культуру аэробных бактерий, на другую — анаэробных. Края чашки заливают парафином и инкубируют в термостате. Первоначально наблюдают рост аэробной микрофлоры, а затем (после поглощения кислорода) — рост аэробной резко прекращается и начинается рост анаэробной.

Метод Вейнберга используется для получения чистых культур облигатных анаэробов. Культуры, выращенные на среде Китта-Тароцци, переносят в сахарный бульон. Затем одноразовой пастеровской пипеткой материал переносят в узкие пробирки (трубки Виньяля) с сахарным мясо-пептонным агаром, погружая пипетку до дна пробирки. Засеянные пробирки быстро охлаждают, что позволяет фиксировать бактериальный материал в толще затвердевшего агара. Пробирки инкубируют в термостате, а затем изучают выросшие колонии. При обнаружении интересующей колонии на её месте делают распил, материал быстро отбирают и засеивают на среду Китта-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Перетца — в расплавленный и охлаждённый сахарный агар-агар вносят культуру бактерий и заливают под стекло, помещённое на пробковых палочках(или фрагментах спичек) в чашку Петри. Метод наименее надежен из всех, но достаточно прост в применении.

Дифференциально — диагностические питательные среды [ править | править код ]

• Среды Гисса («пестрый ряд»)
• Среда Ресселя (Рассела)
• Среда Эндо
• Среда Плоскирева или бактоагар «Ж»
• Висмут-сульфитный агар

Среды Гисса: К 1 % пептонной воде добавляют 0,5 % раствор определённого углевода (глюкоза, лактоза, мальтоза, маннит, сахароза и др.) и кислотно-щелочной индикатор Андреде, разливают по пробиркам, в которые помещают поплавок для улавливания газообразных продуктов, образующихся при разложении углеводородов.

Среда Ресселя (Рассела) применяется для изучения биохимических свойств энтеробактерий(шигелл, сальмонелл). Содержит питательный агар-агар, лактозу, глюкозу и индикатор (бромтимоловый синий). Цвет среды травянисто-зелёный. Обычно готовят в пробирках по 5 мл со скошенной поверхностью. Посев осуществляют уколом в глубину столбика и штрихом по скошенной поверхности.

Среда Плоскирева (бактоагар Ж) — дифференциально-диагностическая и селективная среда, поскольку подавляет рост многих микроорганизмов, и способствует росту патогенных бактерий (возбудителей брюшного тифа, паратифов, дизентерии). Лактозоотрицательные бактерии образуют на этой среде бесцветные колонии, а лактозоположительные — красные. В составе среды — агар, лактоза, бриллиантовый зелёный, соли желчных кислот, минеральные соли, индикатор (нейтральный красный).

Висмут-сульфитный агар предназначен для выделения сальмонелл в чистом виде из инфицированного материала. Содержит триптический гидролизат, глюкозу, факторы роста сальмонелл, бриллиантовый зелёный и агар. Дифференциальные свойства среды основаны на способности сальмонелл продуцировать сероводород, на их устойчивости к присутствию сульфида, бриллиантового зелёного и лимоннокислого висмута. Маркируются колонии в чёрный цвет сернистого висмута (методика схожа со средой Вильсона-Блера).

Метаболизм анаэробных организмов [ править | править код ]

Метаболизм анаэробных организмов имеет несколько различных подгрупп:

• Организмы способные использовать анаэробное дыхание (другие окислители — серу, азот (см. Анаэробное дыхание), хлораты, перхлораты, хроматы и перманганаты [11] );
• Использующие циклическое фотосинтетическое фосфорилирование (лучевую энергию (чаще всего Солнца)) — фототрофные анаэробы (см. также Аноксигенный фотосинтез);
• Организмы, энергетический обмен которых опирается на катаболизм высокомолекулярных/высокоэнергетических соединений (например, гликолиз).

Анаэробный энергетический обмен в тканях человека и животных [ править | править код ]

Некоторые ткани животных и человека отличаются повышенной устойчивостью к гипоксии (особенно мышечная ткань). В обычных условиях синтез АТФ идет аэробным путём, а при напряжённой мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в состоянии гипоксии, а также при воспалительных реакциях в тканях доминируют анаэробные механизмы регенерации АТФ. В скелетных мышцах выявлены 3 вида анаэробных и только один аэробный путь регенерации АТФ.

К анаэробным относятся:

• Креатинфосфатазный (фосфогеный или алактатный) механизм — перефосфорилирование между креатинфосфатом и АДФ
• Миокиназный — синтез (иначе ресинтез) АТФ при реакции трансфосфорилирования 2 молекул АДФ (аденилатциклаза)
• Гликолитический — анаэробное расщепление глюкозы крови или запаса гликогена, заканчивающийся образованием молочной кислоты (иначе именуется «лактатным»).

Необходимо отметить, что прямым следствием гликолиза является критическое снижение рН тканей — ацидоз. Это ведёт к снижению эффективного транспорта кислорода гемоглобином, и формирует положительную обратную связь.

Каждый механизм имеет своё время удержания максимальной мощности и оптимум энергообеспечения тканей. Наибольшая мощность и наименьшее время удержания:

• креатинфосфаткиназный механизм (3600 Дж/(кг·мин), при времени 6—12 сек)
• лактатный (2510 Дж/(кг·мин), при времени 30—60 сек)
• аэробный (600 Дж/(кг·мин), при времени около 600 секунд).