Pojem střevní mikrobiota označuje miliony mikroorganismů, které se nacházejí v lidském trávicím traktu. Její rozmanitost významně ovlivňuje zdraví již od prenatálního období a je ovlivněna mnoha faktory, včetně etnické příslušnosti a pohlaví. Naproti tomu střevní mikrobiom je širší pojem, který zahrnuje nejen tyto mikroorganismy, ale také jimi produkované metabolity, jejich genetický materiál a ostatní podmínky okolního prostředí. Od narození po celý život dochází v mikrobiomu k dynamickým změnám, které významně ovlivňují zdraví.
U donošených novorozenců se složení střevní mikrobioty mění v závislosti na způsobu porodu a typu výživy. V případě přirozeného porodu dochází ke kolonizaci, která odráží vlastnosti vaginálního traktu matky a dominují v ní bakterie jako Lactobacillus, Prevotella nebo Sneathia spp. U císařského řezu se projevuje jiný typ kolonizace a uplatňují se mikroorganismy vyskytující se na kůži matky a v dutině ústní, jako jsou Enterobacter hormaechei, Enterobacter cancerogenus, Haemophilus parainfluenzae, Haemophilus aegyptius, Haemophilus influenzae, Haemophilus haemolyticus, Staphylococcus saprophyticus, Staphylococcus lugdunensis, Staphylococcus aureus, Streptococcus australis, Veillonella dispar a Veillonella parvula. Důležité je, že u porodů císařským řezem chybí nejen expozice vaginální mikrobiotě, ale také mikrobiotě fekální.
Na složení střevní mikrobioty novorozenců a pozdějších kojenců má vliv i strava. Novorozenci a kojenci, kteří jsou kojeni mateřským mlékem, mají odlišné složení střevní mikrobioty. Tvoří ji především Lactobacillus, Staphylococcus a Bifidobacterium. U kojenců krmených umělou výživou je naopak střevní mikrobiota tvořena především Roseburia, Clostridium a Anaerostipes.
Obecně platí, že první dva roky života se vyznačují nejdynamičtějšími a nejintenzivnějšími změnami střevní mikrobioty. Zařazení pevné stravy vyvolává rychlé změny v mikrobiální diverzitě. Formuje se složení střeva, a to se stále více začíná podobat složení střeva dospělého člověka. Do pátého roku života se vytvoří základ střevní mikroflóry, který určuje její podobu pro celý další život. Složení střevního mikrobiomu se stabilizuje během puberty.
Zejména v prvních dvou letech života mají vliv na složení mikrobioty prodělané infekce a užívání antibiotik. V pozdějších fázích života hrají při utváření mikrobioty významnou roli strava, životní styl, chronický stres, léčiva jako například nesteroidní protizánětlivé léky a inhibitory protonové pumpy, expozice prostředí a xenobiotika.
Vliv na cirkadiánní rytmus hostitele
Biologické hodiny představují složitý systém, který usnadňuje reakce na změny v čase, reaguje na proměny prostředí a reguluje celou řadu fyziologických procesů. Tento pojem zahrnuje všechny mechanismy, struktury a dráhy, které se podílejí na měření nebo vnímání času, a to od buněčné až po systémovou úroveň. Cirkadiánní hodiny jsou nejspecializovanějším typem biologických hodin. U člověka slouží jako dominantní, víceúrovňový a robustní časový systém, který funguje v téměř 24hodinovém cyklu. Je synchronizován vnějšími signály, jako je světlo a příjem potravy, které ovlivňují jeho fázi. V rámci mikrobioty mohou existovat primitivnější formy biologických hodin. Funkce těchto jednodušších, hypotetických časových systémů lze pozorovat v rytmické aktivitě mikrobiomu.
Změna kvantitativního a kvalitativního složení střevní mikrobioty vede k dysbióze, která může narušit tělesné funkce a potenciálně vést k onemocnění a poruchám spánku. Střevní mikrobiota a hostitel se vzájemně ovlivňují. Tento vztah upravuje regulaci cirkadiánního rytmu hostitele i aktivitu mikrobiomu. Patogenní faktory vyplývající z moderního životního stylu (mezi něž patří mimo jiné strava, vystavení umělému světlu v nočních hodinách, pozdní stravování a nepravidelné cykly spánku a bdění) tento vztah narušují a mohou se podílet na rozvoji poruch spánku, chronického zánětu a civilizačních chorob.
Trvalé narušení cirkadiánního rytmu v důsledku změny stravovacích návyků, používání elektronických zařízení, jet lagu, práce na směny nebo stresu má škodlivý vliv na složení střevního mikrobiomu. Tento vliv však není jednostranný, neboť bylo prokázáno, že rytmicita střevní mikrobioty může ovlivňovat i funkci cirkadiánních hodin. U myší například suplementace prebiotickou vlákninou pozitivně reguluje cirkadiánní hodiny díky rytmické produkci mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA) prostřednictvím střevního mikrobiomu. Jak načasování, tak složení jídla jsou zásadními prvky pro udržení správné funkce biologických hodin. Složení, lokalizace a činnost střevního mikrobiomu jsou dále závislé na cyklu příjmu potravy hostitele. Jsou pozorovány rozdíly ve složení střevní mikrobioty mezi dnem a nocí.
Mezi mozkem a střevem existuje spojení prostřednictvím osy mikrobiom-střevo-mozek. Střevní mikrobiota ovlivňuje funkci mozku prostřednictvím následujících tří drah: imunoregulační, neuroendokrinní a autonomní (obr. 1). V imunoregulační dráze mikrobiom interaguje s imunitními buňkami, a tím ovlivňuje hladiny prostaglandinu E2, cytokinů a činitele cytokinové odpovědi. Tyto procesy modulují funkci mozku. Při autonomní dráze, kterou tvoří především bloudivý nerv, vytvářejí senzorické neurony střevního svalového pletence synaptická spojení s motorickými neurony ve střevě. Tyto motorické neurony se podílejí na regulaci hormonální sekrece ve střevě a řízení pohybových vzorců střeva. Střevní nervový systém také vytváří synaptická spojení, která propojují bloudivý nerv s mozkem, a vytváří tak cestu mezi střevním mikrobiomem, bloudivým nervem a mozkem. Neurotoxické metabolity produkované střevním mikrobiomem, jako je amoniak a kyselina D-mléčná, mohou touto cestou negativně ovlivňovat funkci mozku, kvalitu spánku a reakce na stres. Neuroendokrinní dráha představuje další cestu, díky níž může střevní mikrobiom ovlivňovat centrální nervový systém a osu hypotalamus-
-hypofýza-nadledviny, a to převážně prostřednictvím regulace sekrece neurotransmiterů, včetně serotoninu, kortizolu a melatoninu.
Mikroorganismy kolonizující lidské střevo produkují různé neurotransmitery a cytokiny jako například mastné kyseliny s krátkým řetězcem, dopamin, kyselinu gama-aminomáselnou (GABA), 5-hydroxytryptofan (5-HT) a melatonin. Všechny tyto metabolity mohou interagovat nejen s bloudivým nervem, ale také s centrálním nervovým systémem prostřednictvím regulace enteroendokrinních buněk. Například bakterie rodu Lactobacillus a Bifidobacterium mohou vylučovat kyselinu gama-aminomáselnou, jejíž nedostatek pozitivně koreluje s poruchami spánku. U pacientů s nespavostí a depresí je často pozorována abnormální exprese mRNA kyseliny gama-aminomáselné. Tento proces může potenciálně ovlivnit expresi genů cirkadiánních hodin hostitele v endotelových buňkách.
Obr. 1 Faktory ovlivňující složení a aktivitu střevní mikrobioty a cesty její komunikace s mozkem
Regulace spánku
Hlavním faktorem odpovědným za optimální činnost a přesné vyladění lidských cirkadiánních hodin je světlo. Cirkadiánní rytmus však může podstatně ovlivňovat i řada dalších podnětů a signálů z prostředí, včetně doby jídla, typu stravy, cvičení, tělesné teploty, a dokonce i sociálních interakcí.
Biologické hodiny řídí fyziologii trávení a funkci střevní bariéry a také modulují expresi hormonů a peptidů. Tyto procesy regulují příjem potravy prostřednictvím pocitu hladu a sytosti. Diverzita a složení mikrobioty procházejí denními změnami, které jsou silně závislé na denní době, typu konzumované potravy a uplatňování půstu. Proto mohou abnormality nebo jednoduše nesprávné stravovací návyky negativně ovlivnit funkci biologických hodin.
Pojem chronotyp označuje cirkadiánní fenotyp jedince, který zahrnuje jeho časové preference pro bdění, aktivitu a spánek. V závislosti na vnitřním cirkadiánním rytmu lze rozlišit ranní a večerní chronotypy. Ty lze dále rozdělit na extrémní a mírné. Kromě toho lze rozlišit ještě třetí typ, tzv. ani-typ. Přibližně 40 procent dospělé populace lze zařadit mezi ranní a večerní chronotypy, zatímco přibližně 60 procent tvoří ani-typy, které nezapadají do typicky charakterizovaných kategorií. Tito jedinci mají tendenci zachovávat flexibilitu v rozvrhu spánku a aktivit a jsou více přizpůsobiví různým denním dobám v závislosti na situaci nebo preferencích.
Lidé ranního typu mají tendenci usínat a probouzet se brzy, přičemž svůj spánkový režim úzce sladí s časem východu a západu slunce. V časných hodinách obvykle zažívají vrchol své duševní a fyzické výkonnosti. Naopak jedinci večerního typu mají tendenci chodit spát a probouzet se mnohem později, přičemž nejvyšší duševní a fyzickou výkonnost podávají v druhé polovině dne. Právě u nich je větší pravděpodobnost, že se ráno setkají s potížemi v úrovni bdělosti.
Na vzniku nepříjemných pocitů spojených s ranním probuzením se může podílet střevní mikrobiom. Bylo zjištěno, že jedinci s večerním typem vykazují vyšší počty Enterobacteriales a Enterobacteriaceae ve srovnání s ranními typy. Mezi bakteriální kmeny, které mohou být spojeny s delší dobou spánku, patří Lachnospiraceae, Odoribacter, Victivallaceae, Lentisphaerae a Lentisphmulaeria.
Bylo prokázáno, že osa mikrobiota-střevo-mozek ovlivňuje cirkadiánní rytmy, a tím i odpověď mozku na melatonin. Například u jedinců s vyšším výskytem Selenomonadales a Negativicutes může být zvýšené riziko nespavosti. Naopak bakterie jako Anaerofilum a řád Enterobacteriales mohou ovlivňovat hodinové geny střevního epitelu, a tím zvyšovat pravděpodobnost vzniku večerního chronotypu, který je navíc spojován s vyšší tělesnou hmotností.
Ing. Jana Brabcová, Ph.D.
Foto: 123rf.com
Zdroj obrázků: Sejbuk M, Siebieszuk A, Witkowska AM. The role of gut microbiome in sleep quality and health: Dietary strategies for microbiota support. Nutrients. 2024;16(14):2259.
Mikrobiom a kvalita spánku – II
Mikrobiom a kvalita spánku – III
