实用儿童微生态学
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第一节 微生态平衡

微生物群与宿主之间的相互作用可以分为共生、致病和栖生,共生(symbiotic)是指两种不同的有机体或生物体一起生存,至少一种对另一种有益处;致病(pathogenic)是指一种生物体对另外一种有害,引起细胞或组织损伤,甚至死亡;栖生(commensal)是指一种生物体仅利用另外一种生物体生存,两者既没有益处也没有害处。微生物群与宿主之间的关系不是固定不变的,而是像“军备竞赛”,一方的变化必须与另一方的改变相适应,以达到并且维持平衡,并且这种关系总是向着互惠互利的方向发展。因此微生物群与其宿主的平衡是微生态学的核心问题,两者处于平衡,维持着机体的健康,即生理状态;两者失衡,即为病理状态,引起亚健康,甚至导致疾病的发生。

一、微生态平衡的概念

宏观生态学认为,生态平衡(ecological balance)是指在一定时间内生态系统中的生物和环境之间、生物各个种群之间,通过能量流动、物质循环和信息传递,使它们相互之间达到高度适应、协调和统一的状态。也就是说当生态系统处于平衡状态时,系统内各组成成分之间保持一定的比例关系,能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等,结构和功能处于相对稳定状态,在受到外来干扰时,能通过自我调节恢复到初始的稳定状态。
1988年我国微生态学家康白教授提出,微生态平衡(eubiosis)是在长期历史进化过程中形成的正常微生物群与宿主在不同发育阶段的动态生理组合。这种组合是指在共同的宏观环境条件影响下,正常微生物群各级生态组织结构与其宿主(人类、动物与植物)体内、体表的相应的生态空间结构正常的相互作用的生理性统一体。这个统一体内部结构与存在状态即称之为微生态平衡。
由以上概念可以看出,微生态平衡是与不同的年龄阶段和不同的生理功能状态相适应的;在宿主不同的生态空间,如口腔、消化道、呼吸道、泌尿生殖道和皮肤存在着各自独立的微生态平衡,这种局部的平衡又不是孤立的,而是受到总体生态平衡和宏观环境的影响。

二、微生态平衡的特点

宿主体内微生物之间、宿主与微生物之间、宿主与宏观环境之间不断地相互影响,总是处于相互作用、相互适应的过程中,因此微生态平衡是一种动态的相对平衡。
作为生态系统的潜能,微生态系统内部存在着反馈和控制机制,能够不断地对微生物群、宿主和环境发生的变化进行自动调节,以达到并维持平衡状态。但是这种调节机制是有一定限度的,当微生物群、宿主和环境的改变引起的作用,超出调节能力时,就会出现微生态失衡。

三、微生态平衡的标准

微生态平衡涉及宿主体内的微生物群之间、宿主与微生物之间、宿主及其微生物与环境的适应性,因此评定其平衡的标准包括了宿主、宿主体内微生物以及环境。既往仅针对微生物的评价是不全面的,宿主、微生物群与环境是相互联系和相互作用的。
(一) 微生物群方面
正常人的体表和与外界相通的腔道(如口腔、鼻咽腔、呼吸道、消化道和泌尿生殖道)中寄居着不同种类和数量的微生物,通称正常微生物群(normal microbial flora),因以细菌和真菌为主,故简称正常菌群(normal flora)。这些微生物群以特定的种类和数量存在于特定的部位,因此对微生物群平衡的判定标准应该包括定位、定性和定量三个方面,这三者不是孤立的,而是同一事物在三个方面的反映。
1. 定位标准
对正常微生物的检查,首先要确定检查的位置。正常情况下,人体的皮肤和黏膜以及一切与外界相通的腔道都有细菌和其他微生物的存在,但机体内部组织及血液循环系统是无菌的。
了解正常情况下,人体各个部位的微生物群的分布对检测到的微生物(细菌、病毒、真菌等)是否有临床意义是至关重要的,如果在正常有菌部位检测到微生物,有可能是正常定植、异常定植或病因菌;而如果在正常无菌部位分离到微生物,则一定是异常。
2. 定性标准
是对微生物群落中各种群的分离和鉴定,即确定微生物群落的种类。定性检查应包括微生物群落中生物所有成员如细菌、真菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体及病毒等。
定性标准是区分宿主正常微生物群与外来微生物的主要标志,一些原本只存在于某些动物的微生物如果在人体检出,则为异常,如动物疫源性疾病鼠疫(鼠疫杆菌引起),恙虫病(立克次体引起)等。
结合定位标准,定性标准同样是区分原籍菌群与外籍菌群的主要标志。原籍菌群(autochthonous flora)又称为常居菌群(resident flora),是微生物与宿主一起在长期进化过程中所形成的,他们在动物体内特定的部位定居和繁殖,定植区内的菌类及其数量基本上保持稳定,正常情况下对宿主健康有益或无害,具免疫和营养作用。外籍菌(allochthonous flora)又称为过路菌群(transient flora),是从原来生态部位以外来源的菌群,往往由非致病菌或条件致病菌所组成,来自周围环境或宿主其他生境,可在皮肤或黏膜上存留数小时、数天或数周。它们的存在往往对宿主产生不利影响,过路菌群可在体内定植(colonize)、繁殖和引起疾病。如呼吸道中原籍菌主要是肺炎链球菌、流感嗜血杆菌和卡他莫拉菌,在呼吸道中检出,可以是正常定植也可以是感染的病因菌,但如果在呼吸道检出大肠埃希菌、肺炎克雷伯杆菌、铜绿假单胞菌等,则一定是异常定植或感染病因菌。
3. 定量标准
是指对生境内微生物总菌数和各种菌群比例的测定。定量检查是微生态学的关键技术,可以说没有定量检查,就不可能有现代的微生态学。如果仅从定性的角度来看,人体表面和黏膜部位有许多微生物,并没有多大的意义,但如果通过定量检查,发现原本少量存在的细菌转变成为大量的优势菌种了,就可确定其有意义。
定量标准是区分主要(优势)菌群和次要菌群的标志。优势菌群(predominant microflora)指菌群中数量大或种群密集度大的细菌,常常是决定一个微生物群生态平衡的核心因素,如在肠道内的厌氧菌占绝对优势,属于原籍菌群。优势菌群是对宿主发挥生理功能的菌群,在很大程度上影响着整个菌群的功能,决定着菌群对宿主的生理病理意义。而次要菌群(subdominant microflora)是数量比较少,作用比较弱的菌群,在肠道主要为需氧菌或兼性厌氧菌,如大肠埃希菌和链球菌等,流动性大,有潜在致病性,大部分属于外籍菌群或过路菌群。在肠道中,尽管专性厌氧菌是主要菌群,占据优势,但这些菌群又依赖于需氧菌或兼性厌氧菌等次要菌群的存在,因为后者在增殖过程中消耗氧气,保证前者的生长条件。一个生理性组合的肠道菌群是有益的,而病理性组合的肠道菌群是有害的。
(二) 宿主方面
评定微生态平衡必须与宿主的不同生长发育阶段和生理功能相适应,这就是微生态平衡的生理波动。
1. 年龄阶段
胎儿在子宫内是没有微生物定植的,出生以后随着与外界的接触,在皮肤及与外界相通的各个腔道很快就会有微生物定植,因此正常微生物群的形成、直到稳定是一个连续的演变过程。一般认为,到2~3岁时正常微生物群达到稳定状态,维持至青年及中年,当进入老年期时,微生物群也同时加入“老化”,直到生命结束,因此在评定微生态平衡时必须考虑年龄因素,标准的确定一定要与年龄相适应。这方面内容详见相关章节。
2. 生理功能状态
宿主处于特定的生理功能期都会伴有微生态平衡的变化。如婴儿的哺乳、添加辅食、断奶换食物等对肠道正常菌群的影响;婴儿出牙、换牙对口腔正常菌群的影响;妇女的月经期、怀孕期和哺乳期对泌尿生殖道正常菌群的影响等。这些因素在判断微生态平衡时均需要考虑。
(三) 环境方面
在评定微生态平衡时,需要考虑环境方面的影响,主要包括食物、水、气候、空气、外来微生物等。食物包括饮食习惯和食物的成分组成、水的质量是影响肠道微生物群的主要因素,目前已经明确以高纤维为主要饮食的人群与以高蛋白、高热量为主的人群,其肠道菌群存在明显的不同;空气污染会改变呼吸道菌群,寒冷气候与热带气候情况下,呼吸道菌群有无差别值得进一步研究。

四、微生态平衡的维持

在生物进化过程中,通过适应与选择,微生物与宿主之间,微生物与微生物之间,微生物、宿主与环境之间,始终处于动态平衡,形成相互依赖、相互制约的动力学关系。要维持微生态平衡,就必须从环境、宿主和微生物三个方面考虑,这三个因素是相互联系的,最终的平衡维持取决于三个因素的综合作用。
1. 环境因素
维护宏观生态的稳定,包括食物、水、空气、气候等。
2. 宿主因素
维护宿主的正常生理功能;保持良好的生活方式,包括饮食、睡眠等;积极预防和治疗疾病,尽量减少对宿主屏障功能的破坏。
3. 微生物因素
尽量不使用或少使用影响正常微生物群的药物,特别是抗菌药物;尽量减少影响正常微生物群的操作和治疗如侵入性操作、放射治疗和抗肿瘤化疗等。