Mikrobiota jelitowa – noworodek urodzony naturalnie i drogą cięcia cesarskiego

Autor: Bożena Cukrowska, Pracownia Immunologii, Zakład Patomorfologii Instytut „Pomnik – Centrum Zdrowia Dziecka”, Warszawa

Mikrobiota jelitowa/mikrobiom jelitowy – „superorgan” niezbędny do życia

Mikrobiota jelitowa to zespół mikroorganizmów (głównie bakterii) zasiedlających błony śluzowe jelit, natomiast mikrobiom to zespół genów mikrobioty jelitowej (obecnie oba terminy można stosować zamiennie) [1]. Liczba bakterii kolonizujących jelita jest porównywalna z liczbą wszystkich komórek ciała i 10. krotnie przewyższa liczbę jądrzastych komórek człowieka [2].

Mikrobiota jelitowa stanowi integralną część organizmu i obecnie uważana jest za „superorgan” niezbędny do prawidłowego funkcjonowania organów i układów (Tabela 1). Mikrobiota odpowiada za trawienie i wchłanianie substancji pokarmowych i odżywczych, produkcję witamin (głównie z grupy B i witaminy K), ale przede wszystkim wpływa za rozwój i działanie układu immunologicznego, indukcję tolerancji immunologicznej, utrzymanie homeostazy cytokinowej TH1/TH2 oraz funkcjonowanie bariery nabłonkowej jelit [1]. Metabolity mikrobioty jelitowej (zwane obecnie postbiotykami) mają zdolność transferu przez barierę jelitową i wraz z krążeniem dostają się do odległych narządów modulując ich działanie poprzez tzw. osie mikrobiom-jelita-narządy docelowe. Wyróżniamy wiele osi działania, wśród których najlepiej poznane są: oś jelita-mózg, oś jelita-skóra, oś jelita-płuca, oś jelita-wątroba, czy też oś jelita-tkanka tłuszczowa [3].

Tabela 1. Wpływ mikrobioty na przewód pokarmowy, metabolizm ogólnoustrojowy i układ immunologiczny

Przewód pokarmowy	Rozwój bariery nabłonkowej (uszczelnianie nabłonków, tworzenie połączeń międzynabłonkowych) Aktywacja enzymów trawiennych Wpływ na perystaltykę i przyswajanie składników odżywczych Aktywacja układu neuro-endokrynnego i osi jelito-mózg
Metabolizm ogólnoustrojowy	Metabolizm kwasów żółciowych, bilirubiny i cholesterolu Metobolizm kwasów tłuszczowych (produkcja scfa) Produkcja witamin (witaminy K i witamin B) Metabolizm enzymów karcynogennych (np. ureaza, beta-glukuronidaza)
Układ immunologiczny	Tworzenie „pierwszej linii obrony” (produkcja bakteriocyn, nadtlenku wodoru, kwasów obniżających ph, aktywacja produkcji śluzu i defenzyn przez nabłonki jelitowe, aktywacja produkcji sekrecyjnych przeciwciał iga) Rozwój i dojrzewanie układu immunologicznego związanego z błonami śluzowymi (galt i malt) Indukcja tolerancji immunologicznej Regulacja profilu cytokinowego th1/th2

Rozwój mikrobiomu jelitowego

Pierwsze 1000 dni życia pre – i postnatalnego dziecka to czas kiedy kształtuje się mikrobiom – organ, który programuje układ immunologiczny, metabolizm organizmu i funkcjonowanie osi jelitowych [4]. Na kształtowanie mikrobioty jelitowej ma wpływ wiele czynników takich jak mikrobiom matki, długość ciąży, rodzaj porodu, dieta dziecka i matki, otoczenie zewnętrzne (dom/szpital, liczba rodzeństwa, wieś/miasto), stosowane leki (antybiotyki, niesterydowe leki przeciwzapalne) (Rycina 2) [5, 6]. Uważa się, że optymalny skład mikrobioty mają niemowlęta matek zdrowych, nie przyjmujących antybiotyków oraz używek w czasie ciąży i laktacji, urodzone naturalnie, karmione piersią, żyjące w kontakcie z naturą, zwierzętami, rówieśnikami i rodzeństwem, bez stosowania antybiotyków i zbytniej sterylizacji życia.

Dominującą grupą mikroorganizmów zasiedlających przewód pokarmowy niemowląt są bakterie należące do typów: Bacteroides, Firmicutes, Proteobacteria i Actinobacteria [5]. U dorosłych więcej niż 90% bakterii jelitowych należy do dwóch typów Firmicutes i Bacteroidetes, podczas gdy Actinobacteria i Proteobacteria stanowią niewielki odsetek. Od 2. tygodnia życia u dzieci karmionych piersią w przewodzie pokarmowym dominują bifidobakterie (należące do typu Actinobacteria) [5]. Wraz z rozwojem dziecka oraz wprowadzaniem do diety pokarmów stałych skład mikrobioty staje się bardziej zróżnicowany. Około 2. roku życia mikrobiom jelitowy stabilizuje się, a udział procentowy poszczególnych typów bakterii jest podobny do obserwowanego u osoby dorosłej, z dominacją Bacteroidetes i Firmicutes.

Rycina 1. Czynniki wpływające na rozwój mikrobioty jelitowej noworodka

Cięcie cesarskie a rozwój mikrobioty jelitowej

Poród – to czas kiedy noworodek bezpośrednio styka się z mikrobami pochodzącymi od matki lub ze środowiska zewnętrznego. W trakcie porodu naturalnego dochodzi do kontaktu dziecka z mikrobiotą matki pochodzącą z przewodu pokarmowego i dróg rodnych i to ona jest głównym źródłem mikroorganizmów kolonizujących noworodka [5-7]. W pierwszej dobie życia w jelitach noworodka dominują względnie beztlenowe bakterie Escherichia coli i enterokoki, które namnażają się w bogatym w tlen przewodzie pokarmowym noworodka i stwarzają warunki do dalszej kolonizacji bakteriami z rodzaju Bifidibacterium, Lactobacillus, Bacteroides i Clostridium. Bifidobakterie pojawiają się dopiero w 2 dobie życia. Korzystnym efektem obserwowanym u noworodków z porodów drogami natury jest zmniejszanie się już w 3 dobie życia liczebności bakterii z rodzaju Clostridium na korzyść Bifidobacterium [8]. Od 2 tygodnia życia u dzieci karmionych piersią i urodzonych naturalnie w jelitach dominują bifidobakterie [5].

Noworodek urodzony z cięcia cesarskiego pozbawiony jest kontaktu z mikrobiotą jelitową matki, co skutkuje dysbiozą (zaburzeniem składu i aktywności mikrobioty jelitowej) obserwowaną już w pierwszych godzinach, a następnie dniach życia dziecka [7, 8]. U 1-dniowych noworodków z cięć cesarskich wykazano dominację mikroorganizmów kolonizujących skórę matki, tj. Staphylococcus, Corynebacterium i Propionibacterium spp. Obserwowano u nich również zmniejszenie liczby Escherichia coli oraz Bacteroides fragilis, natomiast częściej izolowano Clostridium difficile oraz bakterie pochodzące ze środowiska szpitalnego (w tym szczepy antybiotykooporne). U 3 dniowych noworodków urodzonych z cięć cesarskich pomimo karmienia piersią nadal nie obserwowano obecności bifidobakterii. Opublikowany w 2021 roku przegląd systematyczny badań oceniających wpływ porodu na kształtowanie mikrobiomu jelitowego pokazał długotrwałe utrzymywanie się dysbiozy u niemowląt z cięć cesarskich [9]. Niemowlęta urodzone naturalnie miały wyższą liczebność Bifidobacterim i Bacteroidetes w pierwszym roku życia oraz przejściowo Lactobacillus w drugim półroczu w porównaniu do urodzonych cięciem cesarskim. Natomiast u niemowląt urodzonych cięciem częściej występowały w drugim półroczu Clostridium i Enterococcus. Dysbioza spowodowana porodem była obecna również po ukończeniu pierwszego roku życia – u dzieci z cięć cesarskich obserwowano znacznie mniej Bacteroides, Enterobacter i paciorkowców niż u tych urodzonych naturalnie [9].

Jakobsson i wsp. pokazali, że długotrwale utrzymująca się dysbioza jelitowa spowodowana cięciem może skutkować opóźnionym dojrzewaniem układu immunologicznego [10]. U niemowląt z cięć cesarskich obserwowano znacznie mniejszą liczebność i różnorodność bakterii Bacteroidetes do 2 roku życia, co korelowało z niższym poziomem chemokin związanych z anty-alergicznym profilem cytokinowym Th1 (u niemowląt dominuje pro-alergiczny profil Th1) [10].

Długoterminowe konsekwencje wczesnej dysbiozy jelitowej

Dysbioza jelitowa spowodowana cięciem cesarskim może mieć długoterminowe konsekwencje zdrowotne. Mikrobiotyczna koncepcja rozwoju przewlekłych chorób niezapalnych (zwanych również cywilizacyjnymi) zakłada, że mikrobiota zasiedlająca przewód pokarmowy programuje organizm dziecka, wpływając na jego stan zdrowia w późniejszych latach [11]. Szczególnie ważnym etapem dla programowania mikrobiotycznego jest czas kształtowania mikrobioty jelitowej w okresie ciąży i pierwszych 2 latach życia (teoria pierwszych 1000 dni) [12]. Dysbioza jelitowa obecna w tym okresie niekorzystnie wpływa na rozwój niedojrzałego układu immunologicznego, barierę jelitową i procesy metaboliczne, powodując zaburzenia homeostazy układu immunologicznego związanego z przewodem pokarmowym (układu GALT), aktywację przewlekłych procesów zapalnych i alergicznych, opóźniony rozwój tolerancji immunologicznej oraz nieprawidłowe funkcjonowanie osi jelitowych [11]. Wczesna dysbioza jelitowa spowodowana cięciem może indukować powstawanie takich chorób jak alergia, otyłość, zespół metaboliczny, przewlekłe choroby zapalne, choroby autoimmunizacyjne, choroby o podłożu neuro-psychogennym. Badania obserwacyjne potwierdzają, że dzieci z cięć cesarskich częściej chorują na niektóre postaci alergii (alergię pokarmową, astmę), celiakię, czy cukrzycę typu 1 [12-16]. Opublikowana w 2020 roku meta-analiza badań dotyczących wpływu cięć cesarskich na zdrowie dzieci wykazała, że cięcia cesarskie zwiększają ryzyko infekcji dróg oddechowych (OR = 1.30 95%CI 1.06-1.60, p = 0.001), astmy (OR = 1.23 95%CI 1.14-1.33, p < 0.00001) i otyłości (OR = 1.35 95%CI 1.29-1.41, p < 0.00001) [17].

Pokarm kobiecy – źródło prebiotycznych oligosacharydów stymulujący prawidłowy rozwój mikrobioty jelitowej

Należy podkreślić, że u noworodków z cięć cesarskich dodatkowym czynnikiem negatywnie wpływającym na kształtowanie mikrobioty jelitowej jest opóźnione w porównaniu do dzieci z porodów naturalnych karmienie piersią. Optymalny rozwój mikrobioty u niemowląt karmionych piersią wynika z unikatowego składu mleka kobiety [18]. Mleko kobiece jest głównym źródłem oligosacharydów o właściwościach prebiotycznych (ang. human milk oligosaccharides, HMO) [19, 20]. Prebiotyki definiuje się jako substancje pokarmowe, oporne są na działanie enzymów trawiennych, które w niezmienionej postaci docierają się do jelita grubego, gdzie stanowią pożywkę dla bakterii zasiedlających jelita.

HMO to rodzina około 200 zróżnicowanych pod względem budowy oligosacharydów, zazwyczaj złożonych z 3 do 8 jednostek monosacharydowych, które stanowią trzeci co do wielkości, po laktozie i tłuszczu, składnik mleka kobiecego [19, 20]. Stężenie HMO zależy od fazy laktacji i waha się między 20–25 g/l w mleku początkowym (siarze) i 5–15 g/l w mleku dojrzałym [21]. Każda cząsteczka HMO zawiera laktozę, do której dołączane są najczęściej N-acetyloglukozamina, D-galaktoza, fukoza i kwas sjalowy. HMO można podzielić na HMO obojętne, do których należą oligosacharydy nie zawierające kwasu sjalowego oraz kwaśne zawierające kwas sjalowy. W zależności od składu HMO kwalifikuje się do 3 kategorii:

• niefukozylowane obojętne HMO (rdzeń rodziny HMO, np. lakto-N-tetroza (LNT), lakto-N-neotetroza (LNnT)),
• fukozylowane obojętne HMO (rodzina fukozylo-HMO, np. 2’fukozylolaktoza (2’FL) lub 6FL),
• kwaśne sjalowane HMO (rodzina HMO z kwasem sjalowym, np. 3’sjalolaktoza, 3’SL).

Zawartość poszczególnych frakcji HMO w mleku matek, zależy od obecności genów kodujących fukozylotrasferazy – enzymy biorące udział w fukozylacji [21, 22]]. Większość matek (79%) posiada aktywny gen dla fukozylotransferazy 2 (FUT2) – tzw. matki „wydzielaczki”. W mleku matek „wydzielaczek” 2’-FL jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych HMO. Matki, które nie mają funkcjonalnego enzymu FUT2 i posiadają status „niewydzielaczek”, reprezentują około 21% kobiet, wytwarzają mleko pozbawione fukozylowanych HMO i u nich LNT, LNnT są najbardziej rozpowszechnionymi HMO w kategorii niefukozylowanej neutralnej frakcji.

HMO selektywnie indukują namnażanie bifidobakterii, powodują wzrost stężenia krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) i obniżenie pH kału [19, 20]. Ponadto HMO mają zdolność wiązania się ze specyficznymi receptorami na powierzchni nabłonka jelitowego, co zapobiega adhezji bakterii patogennych.

W mleku kobiecym oprócz naturalnych prebiotyków obecne są również bakterie o działaniu probiotycznym [24]. Bakterie te najprawdopodobniej pochodzą z mikrobioty jelitowej matki, skąd są transferowane do gruczołów mlecznych za pomocą komórek dendrytycznych zlokalizowanych w przewodzie pokarmowym. Mleko kobiece jest więc naturalnym synbiotykiem, który odpowiada za prawidłowy rozwój mikrobioty jelitowej.

Mieszanki wzbogacone w HMO – znaczenie w kształtowaniu mikrobiomu jelitowego i wpływ na zdrowie

W przypadku niemowląt z cięć cesarskich optymalnym pokarmem niwelującym skutki dysbiozy spowodowanej cięciem cesarskim jest mleko matki [25]. Efekty karmienia piersią mogą być zależne od składu mleka („wydzielaczki” versus „niewydzielaczki”). Wykazano, że stan wydzielniczy matki nie ma znaczenia w aspekcie wpływu na mikrobiotę jelitową w przypadku niemowląt urodzonych naturalnie [25]. Natomiast korzystny wpływ karmienia piersią na normalizację dysbiozy po cięciu cesarskim obserwowano głównie u matek „wydzielaczek”, co sugeruje, że w procesie korygowania zaburzeń składu mikrobioty 2’FL odgrywa znaczącą rolę. Znaczenie 2’ FL w rozwoju chorób zależnych od dysbiozy jelitowej zostało pokazane w badaniu oceniającym ryzyko alergii u dzieci z cięć cesarskich. Wykazano, że mleko „wydzielaczek” (z dominującą zawartością 2’FL) może korzystnie wpływać na rozwój chorób alergicznych. Autorzy obserwowali u dzieci karmionych mlekiem matki z wysoką zawartością 2’FL opóźnienie wystąpienie pierwszych objawów alergii powyżej 2 roku życia (pozytywny efekt 2’FL widoczny był w 2 roku życia, ale nie w wieku 5 lat), co powiązano z pozytywnym efektem 2’FL na rozwój mikrobiomu jelitowy po cięciach cesarskich [26].

W przypadku niemożności karmienia piersią lub karmienia mieszanego optymalnym rozwiązaniem wydają się mieszanki wzbogacone w HMO lub mieszanki synbiotyczne suplementowane HMO i szczepami probiotycznymi [23]. Badanie randomizowane z grupą kontrolną potwierdziło, że mieszanka suplementowana 2‘-FL (1g/l) i LNnT (0,5g/l) stosowana u niemowląt do 6 miesiąca życia jest bezpieczna, dobrze tolerowana oraz wspiera odpowiedni do wieku wzrost. Rodzice dzieci karmionych taką mieszanką w porównaniu do mieszanki bez zawartości HMO zgłaszali niższą zachorowalność (szczególnie na zapalenie oskrzeli) i stosowanie leków (leki przeciwgorączkowe i antybiotyki). [27]. Badanie opublikowane w 2020 roku wykazało, że mieszanki wzbogacone w HMO korzystnie wpływają na skład i aktywność mikrobiomu jelitowego szczególnie w grupie niemowląt z cięć cesarskich [28]. Mieszanki z HMO niwelowały dysbiozę spowodowaną cięciem i indukowały rozwój mikrobiomu w kierunku profilu mikrobiotycznego obecnego u dzieci urodzonych naturalnie i karmionych piersią. Obserwowano u nich wzrost liczebności bifidobakterii, spadek Escherichia i Peptostreptococcaceae – rodziny, do której należy gatunek Clostridium difficile [29].

Podsumowanie

1. Mikrobiota jelitowa to superorgan, który rozwija się w ciągu 1000 pierwszych dni życia pre- i postnatalnego i jest odpowiedzialny za funkcjonowanie wielu narządów i układów.
2. Rodzaj porodu (poród naturalny versus cięcie cesarskie) i dieta niemowlęcia (pokarm matki versus mieszanki) to główne czynniki wpływające na kształtowanie mikrobiomu jelitowego.
3. Optymalny skład mikrobiomu mają dzieci urodzone naturalnie i karmione piersią, żyjące w kontakcie z naturą, bez stosowania antybiotyków i zbytniej sterylizacji życia.
4. Cięcia cesarskie powodują zaburzony rozwój mikrobioty jelitowej; dysbioza spowodowana cięciem cesarskim może mieć krótko – i długotrwałe konsekwencje zdrowotne związane ze zwiększonym ryzykiem infekcji oraz przewlekłych chorób niezapalnych (alergia, otyłość, celiakia, cukrzyca typu 1).
5. Mleko matki to optymalny pokarm niwelujący dysbiozę jelitową spowodowaną cięciem cesarskim, który może chronić niemowlęta z cięć przed infekcjami i rozwojem przewlekłych chorób niezapalnych; korzystny efekt jest spowodowany prebiotycznymi HMO obecnymi w mleku kobiecym.
6. W przypadku niemożności karmienia piersią podawanie niemowlętom z cięć cesarskich mieszanek z dodatkiem HMO wpływa na zmianę mikrobiomu jelitowego w kierunku mikrobiomu obecnego u niemowląt urodzonych naturalnie i karmionych piersią i może mieć korzystne konsekwencje zdrowotne.

Piśmiennictwo

1. Human Microbiome Project Consortium, Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature 2012;486:207–214.
2. Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol 2016;19;14(8):e1002533.
3. Mischke M, Plösch T. The gut microbiota and their metabolites: potential implications for the host epigenome. Adv Exp Med Biol. 2016;902:33-44.
4. Weng M, Walker WA. The role of gut microbiota in programming the immune phenotype. J Dev Orig Health Dis. 2013;4(3):203-14.
5. Collado MC, Cernada M, Baüerl C, Vento M, Pérez-Martínez G. Microbial ecology and host-microbiota interactions during early life stages. Gut Microbes 2012;3(4):352-365.
6. Penders J, Thijs C, Vink C i wsp. Factors influencing the composition of the intestinal microbiota in early infancy. Pediatrics 2006;118(2):511-521.
7. Dominguez-Bello MG, Costello EK, Contreras M i wsp. Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc Natl Acad Sci USA 2010;107(26):11971-11975.
8. Biasucci G, Benenati B, Morelli L, Bessi E, Boehm G. Cesarean delivery may affect the early biodiversity of intestinal bacteria. J Nutr 2008;138(9):1796S-1800S.
9. Shaterian N, Shaterian N, Abdi F, Ghavidel N, Alidost F. Open Med (Wars). Role of cesarean section in the development of neonatal gut microbiota: A systematic review. 2021;9;16(1):624-639.
10. Jakobsson HE, Abrahamsson TR, Jenmalm MC i wsp. Decreased gut microbiota diversity, delayed Bacteroidetes colonisation and reduced Th1 responses in infants delivered by caesarean section. Gut 2014;63(4):559-566.
11. Cukrowska B, Klewicka E. Programowanie mikrobiotyczne – homeostaza mikrobioty jelitowej a ryzyko chorób cywilizacyjnych. Standardy Med. Pediatria 2014;11(6):913-22.
12. Cukrowska B. Microbial and Nutritional Programming-The Importance of the Microbiome and Early Exposure to Potential Food Allergens in the Development of Allergies. Nutrients 2018;10(10):1541.
13. Guibas GV, Moschonis G, Xepapadaki P i wsp. Conception via in vitro fertilization and delivery by Caesarean section are associated with paediatric asthma incidence. Clin Exp Allergy 2013;43(9):1058-1066.
14. Marrs T, Bruce KD, Logan K i wsp. Is there an association between microbial exposure and food allergy? A systematic review. Pediatr Allergy Immunol 2013;24(4):311-320.
15. Vehik K, Dabelea D. Why are C-section deliveries linked to childhood type 1 diabetes? Diabetes 2012;61(1):36-37.
16. Decker E, Engelmann G, Findeisen A i wsp. Cesarean delivery is associated with celiac disease but not inflammatory bowel disease in children. Pediatrics 2010;125(6):e1433-1440.
17. Słabuszewska-Jóźwiak A, Szymański JK, Ciebiera M, Sarecka-Hujar B, Jakiel G. Pediatrics Consequences of Caesarean Section-A Systematic Review and Meta-Analysis. Int J Environ Res Public Health. 2020 Oct 31;17(21):8031. doi: 10.3390/ijerph17218031.
18. Musilova S, Rada V, Vlkova E, Bunesova V. Beneficial effects of human milk oligosaccharides on gut microbiota. Benef Microbes 2014;5(3):273-283.
19. Ballard O, Morrow AL. Human milk composition: Nutrients and bioactive factors. Pediatr Clin N Am. 2013;60:49–74.
20. Bode L. The functional biology of human milk oligosaccharides. Early Hum Dev. 2015;91:619–622
21. Sprenger N, Binia A, Austin S. Human Milk Oligosaccharides: Factors Affecting Their Composition and Their Physiological Significance. Nestle Nutr Inst Workshop Ser. 2019;90:43-56.
22. Lefebvre G, Shevlyakova M, Charpagne A i wsp. Time of Lactation and Maternal Fucosyltransferase Genetic Polymorphisms Determine the Variability in Human Milk Oligosaccharides. Front Nutr. 2020;7:574459.
23. Vandenplas Y, Berger B, Carnielli VP i wsp. Human Milk Oligosaccharides: 2'-Fucosyllactose (2'-FL) and Lacto-N-Neotetraose (LNnT) in Infant Formula. Nutrients. 2018;10(9):1161.
24. Fernández L, Langa S, Martín V i wsp. The microbiota of human milk in healthy women. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand) 2013;59(1):31-42.
25. Korpela K, Salonen A, Hickman B i wsp. Fucosylated oligosaccharides in mother's milk alleviate the effects of caesarean birth on infant gut microbiota. Sci Rep. 2018;8(1):13757.
26. Sprenger N, Odenwald H, Kukkonen AK i wsp. FUT2-dependent breast milk oligosaccharides and allergy at 2 and 5 years of age in infants with high hereditary allergy risk. Eur J Nutr. 2017;56(3):1293-1301.
27. Puccio G, Alliet P, Cajozzo C i wsp. Effects of Infant Formula With Human Milk Oligosaccharides on Growth and Morbidity: A Randomized Multicenter Trial. J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2017;64(4):624-631.
28. Berger B, Porta N, Foata F i wsp. Linking Human Milk Oligosaccharides, Infant Fecal Community Types, and Later Risk To Require Antibiotics. mBio. 2020;17;11(2):e03196-19.