人體所攜帶的細菌種類繁多，數量巨大，主要分布在人體與外界相通的腔道如腸道、呼吸道和泌尿生殖道以及體表。胃腸道黏膜表面積達300m ²，是與外界環境相互作用的最大區域，為微生物提供了良好的棲息環境。腸道中微生物達到了10 ¹²～10 ¹⁴個，遠遠超過人體表皮微生物數量，且10倍于人體自身細胞數目。前人研究通常將腸道微生物群落與人體的關系歸納為“共棲”或“共生”，對其生物學功能歸結為維持腸道生物屏障功能、拮抗病原微生物定植、抗感染和調節機體免疫功能。近年來隨著科學技術水平的不斷提高，人們對腸道微生物群的功能又有了更深入細致的認識，認為“腸道內微生物群落”是人體的“一個器官”，并由多種細胞系組成，細胞間或細胞與宿主間存在“信息交流”，能夠消耗、貯藏和重新分配能量，調控具有代謝重要性的化學轉換，能夠通過自復制來維持和修復自身。而且腸道微生物群落基因組中所包含的基因數目約是人體自身基因數目的100倍，具有人體自身不具備的代謝功能。因此，了解腸道微生物群落的功能和生物學意義對于兒童健康和提高抗感染能力至關重要。

正常人體表體內均有微生物存在，通常情況下不引起“不正常”或“致病現象”，這層微生物群稱為“正常微生物群”，包括細菌、病毒、真菌、衣原體、支原體等，其中以細菌數量最為龐大。一個健康個體由10 ¹³個動物細胞組成，定植的原核細胞達10 ¹⁴個，人體自身細胞只占棲居在體表和體內微生物細胞的10%。按重量計算：人體攜帶微生物重量約為1271g，其中腸道1000g，肺20g，口腔20g，鼻10g，眼1g，陰道20g，皮膚200g。所攜帶的微生物細胞主要分布在腸道，胃腸微生物量占人體總微生物量的78.67%。胃腸道菌群分布和構成與其定植的微環境有關，如口腔存在約200種微生物群，在牙斑有密集的菌群約10 ¹¹個/g；唾液僅有短暫過路菌群；胃、十二指腸和空腸菌群密度、種類相對較低，約10 ³～10 ⁴個/ml內容物，由于胃內環境pH低、蠕動快和消化液的快速流動，使其定植菌群中主要為需氧菌，如白色念珠菌、乳桿菌和鏈球菌；回腸是上段腸道中稀菌群與結腸中大量菌群的過渡區，菌群種類和密度增加，約10 ⁷～10 ⁸個/ml腸內容物，主要以需氧菌或兼性厭氧菌，如類桿菌、梭菌、腸桿菌和乳桿菌；結腸是腸道菌群定植的主要部位，因有充足的營養供給、腸蠕動和消化液流動較慢、氧化還原電位較低，菌群的種類和密度較高達10 ¹⁰～10 ¹¹個/ml，且復雜多樣。定植的正常菌群分為：①優勢菌群（predominant microflora）：主要為原籍菌（autochthony）或常駐菌（resident flora），包括類桿菌屬、優桿菌屬、雙歧桿菌屬、瘤胃球菌屬和梭菌屬等專性厭氧菌，是對宿主發揮生理功能的菌群，數量在10 ⁷～10 ⁸個/g以上；②次要菌群（subdominant microflora）：主要為外籍菌（allochthony）或過路菌（transient flora），如大腸埃希菌和鏈球菌等，流動性大，有潛在致病性，其數量在10 ⁷～10 ⁸個/g以下。原籍菌又稱固有菌群（indigenous flora）或常居菌群（resident flora）與宿主組織細胞接觸愈密切，其生理作用愈明顯，對宿主愈有保護作用。反之，外籍菌對宿主組織細胞接觸愈密切，其致病作用愈明顯，對宿主愈有損害和侵襲作用。所謂“定植”（colonization）是指微生物在身體特定部位長久存在與不斷生長繁殖，定植的微生物須依賴宿主局部的微環境供給營養物質，一般定植的微生物不會導致宿主病變，也不引起宿主免疫反應。需要指出的是，“定植”不同于“感染”（infection），后者是指微生物在體內長期停留并有引起宿主病變和免疫反應的可能。人體定植細菌最多的區域是胃腸道，其細菌的定植是個復雜過程，受諸多因素影響如環境、食物、微生物和宿主相關因素動態作用等。近年來隨著分子生物學技術在感染微生態學上的應用，尤其是“人類腸道宏基因組計劃”（MetaHIT計劃）的研究顯示，人類胃腸道中存在1000～1150種細菌，其中主要有擬桿菌屬、梭菌、乳桿菌、大腸埃希菌，數量超過10 ¹⁴個，約10倍于人體細胞。在健康的母乳喂養嬰兒腸道中，雙歧桿菌約占腸道菌群的98%。機體與大量細菌共生的環境中，不同菌種間的相互作用，維系著消化道微生物生態系統的平衡。腸道中的專性厭氧菌在數量上限制潛在致病菌過度生長，維持腸道各菌群間的平衡，一個結構合理的腸道正常微生物群組合，能夠對抗外源性致病菌的定植和侵襲，形成腸道菌群的“生物拮抗（antagonism）作用”。“生物拮抗”是維持腸道正常菌群內部自穩的主要機制，也是保護宿主免于感染的重要的生理功能之一，這一點在動物實驗中已得到證實。所謂“定植抗力”（colonization resistance，CR）是指正常情況下腸道中專性厭氧菌（原籍菌群）具有抗外源性致病菌或腸道中潛在致病菌定植繁殖的能力，其效應機制：①占位保護性效應：厭氧菌與腸上皮細胞緊密結合，占據腸上皮細胞表面的空間位置，構成一層菌膜屏障，在數量上和占有空間上限制潛在致病菌的黏附、定植和入侵。②營養競爭：專性厭氧菌數量大，在厭氧條件下生長速度超過兼性厭氧菌，在營養物質有限情況下，專性厭氧菌優勢生長，潛在致病菌處于劣勢狀態。③產生有機酸：原籍菌通過產生乙酸、丙酸、乳酸等有機酸，降低微生境的PH值和氧化還原電位（Eh），抑制外籍菌的生長、繁殖。有機酸主要是短鏈脂肪酸（SCFAs），SCFAs可通過直接或間接途徑促進胃腸道蠕動，使外籍菌與腸黏膜表面黏附定植前就被排出體外。體外研究表明，雙歧桿菌產生的SCFAs如乙酸、丙酸還具抗菌活性，對假單胞菌屬、金黃色葡萄球菌有抗菌作用。④產生抑菌物質：腸道正常菌群能產生防御素、細菌素、過氧化氫、抗菌肽等，對腸道內的潛在致病菌起抑制或殺滅作用。⑤增加腸道黏蛋白的合成：乳酸菌能誘導腸道上皮細胞黏蛋白的表達與分泌，防止細菌及病毒定植、感染。⑥免疫調節作用：腸道正常菌群能刺激腸道內分泌型IgA（sIgA）的分泌，促進抗炎癥因子的產生，有利于排除外源性致病菌和毒素，調節機體的免疫應答。

腸道微生物的多樣性是宿主和腸道微生物之間強烈選擇和協同進化的結果。宿主通過兩種手段即腸道切應力和腸道免疫應答對腸道微生物菌群進行選擇，腸道運動和食物流動產生切應力，可將腸道內容物排出體外，對腸道各種微生物進行選擇，腸道微生物通過黏附在食物顆粒或脫落的上皮細胞及腸道表面抵御一定強度的切應力；另外，腸道通過建立一系列抗原識別、捕獲、傳遞和加工處理等免疫應答機制，有效的將異體抗原排出體外，對腸道微生物進行選擇，使腸道正常微生物通過上述策略逃避腸道免疫應答，在宿主腸道內建立起固定的生態學格局，最終形成穩定的腸道微生物菌群落。對于腸道微生態系統中菌群多樣性的研究報道愈來愈多，一方面體現在個體發育過程中腸道菌群的變更和檢測技術水平提高對腸道菌群的多樣性又有了新的認識。一般小兒在2歲前其腸道菌群結構不穩定易受諸多因素的影響，如分娩方式、喂養方式、孕齡、環境和地域分布以及抗生素應用等。2歲后基本形成穩定的“成人菌群結構模式”。另外，不同地區、不同民族人群腸道菌群構成存在差異，通過對赤峰地區蒙古族與漢族老年人腸道微生態學研究發現，蒙古族老人腸道中腸桿菌、鏈球菌、酵母菌、乳桿菌、雙歧桿菌均高于漢族人群，真桿菌、消化球菌均低于漢族人群。這種菌群分布與人群的生活區域和飲食習慣密切相關。該地區老人腸道乳桿菌數量增多主要與食入大量奶制品有關，腸道中腸桿菌、腸球菌數量較多與生活習慣和衛生觀念存在關聯。早期的腸道微生物研究是以微生物分離培養為基礎，近年來檢測技術和手段的不斷改進，主要以細菌核糖體RNA序列（16SrRNA）分析為科學技術手段，不僅拓寬了腸道微生物群研究的內容，也通過對細菌進行標記基因16SrRNA基因測序，全面深入地反映了腸道微生物群落的多樣性，對腸道微生物有了更新的認識。rRNA結構具有保守性和可變性，“保守性”反映在生物物種的親緣關系，“高變性”反映出生物物種的特征核酸序列，是種屬鑒定的分子基礎。目前16SrRNA/rDNA已廣泛用于微生物遺傳特征和分子差異的研究，把以往細菌培養60%～80%未分離出的細菌進行了鑒別和認知。研究結果，人類腸道中細菌細胞密度最高，但在“門”分類水平上，人類腸道微生物多樣性水平較低。目前已知55個細菌門中，人體腸道微生物僅有其中8個門，主要包括噬胞菌屬（cytophaga）、黃質菌屬（flavobacterium）和擬桿菌門（bacteroides）和厚壁菌門（firmicutes），每個門約占人糞便和腸道上皮黏液中細菌數量的30%。對不同年齡段人群糞便進行活菌計數和16SrRNA探針的豐度分析表明，隨著年齡變化，腸道微生物區系結構發生了顯著變化，其中雙歧桿菌（bifidobacteria）的變化尤為顯著，在一定程度上證明微生物區系的動態性，對于未純培養的細菌與宿主作用關系，還需進行深入的探索。在獲取了這些未培養的腸道微生物的基因序列后，研究其基因序列所對應的功能就成了學者研究的重要方向，采用的主要技術手段是以序列分析為基礎的宏基因組學（metagenomics）方法。“宏基因組”指的是自然環境中全部微生物基因組的總和。宏基因組文庫中既包含了可培養的和不可培養的微生物基因和基因組，將某個自然環境中的總DNA克隆到可培養的宿主細胞中，從而避開了微生物分離培養的難題。宏基因組學借助大規模序列分析，結合生物信息學工具，發現了大量過去無法得到的未知生物新基因或新基因簇，對于了解微生物區系組成、進化和代謝具有重要意義。為了解腸道微生物多樣性和生物功能，研究者發現腸道微生物基因組中含有參與碳水化合物、氨基酸、甲烷、維生素和類異戊二烯代謝的基因，同時也富集了參與短鏈脂肪酸生成相關的基因。必需氨基酸和維生素等物質代謝途徑也存在類似特點，表明人體不僅是微生物與人體共生的一個超生物體，而且還參與人體代謝。Kurokawa等對來自美國和日本的13個未斷乳嬰兒和健康成年的腸道微生物群落進行了元基因組測序，比較分析發現，未斷乳嬰兒腸道微生物群落結構簡單，個體間的種屬和基因組成出現個體變異。而成人腸道微生物組的功能相對較一致，但與宿主年齡、性別無相關性，成人腸道微生物的多樣性有利于保持其功能的一致性。這些研究為腸道微生物組與人體的共進化提供了證據，為了解腸道微生物在人體健康和疾病控制中的作用提供了理論基礎。

腸道正常菌群與腸黏膜緊密結合構成“腸道生物屏障”，通過占位效應、營養競爭及其所分泌的各種代謝產物和細菌素等抑制條件致病菌的過度生長以及外來致病菌的入侵，從而維持腸道的微生態平衡。研究表明，腸道正常微生物通過與致病菌競爭腸上皮微絨毛上的脂質和蛋白質上的相同復合糖受體阻止致病菌定植，減輕腸上皮細胞損傷。同時正常菌群與腸黏膜上皮細胞緊密結合，促進上皮細胞分泌黏液，使其在黏膜和微生物之間形成保護層，防止細菌移位。以往研究證明，益生菌能誘導腸黏膜上皮細胞表達黏蛋白，抑制致病菌黏附腸上皮細胞及在腸黏膜內移位，從而阻止腸道免疫細胞的激活和炎癥因子的釋放。雙歧桿菌是腸道優勢菌，通過磷壁酸黏附于腸上皮細胞表面，與其他專性厭氧菌共同形成生物菌膜，通過占據上皮細胞的空間，參與致病菌之間生存與繁殖的時空競爭、定居部位競爭以及營養競爭，阻止外來菌入侵的定植。同時腸道菌群形成致密的膜菌群，構成微生物屏障，抑制外來細菌對腸道的黏附、定植和入侵。鄭躍杰等研究顯示，雙歧桿菌與腸上皮細胞系黏附，能抑制致病性大腸埃希菌（EPEC）和產毒性大腸埃希菌（ETEC）的黏附。

腸道正常菌群如雙歧桿菌、乳桿菌等生理有益菌通過營養爭奪產生各種有機酸，降低腸道pH值。每種細菌都有一個可生長的pH范圍以及最適生長的pH值。大多數嗜中性細菌生長的pH范圍6.0～8.0，嗜酸性細菌最適生長pH是3.0，嗜堿性細菌最適生長pH可高達10.5，多數病原菌最適pH為7.2～7.6。如霍亂弧菌在pH為8.4～9.2范圍生長最好，雙歧桿菌黏附的最佳pH為4.0，乳桿菌能對腸道內的潛在致病菌起抑制或殺滅作用。實驗證明，以鼠傷寒沙門菌攻擊小鼠，需10萬個活菌才能使其致死。若先給予口服鏈霉素殺抑正常菌群，則只需口飼10個活菌就能將其致死。腸道中正常生理細菌如雙歧桿菌產生有機酸，如乙酸、乳酸和甲酸等，降低腸道pH和氧化還原電勢，抑制致病菌、條件致病菌的黏附和定植，進而阻斷有害微生物的生長繁殖，同時是腸道上皮細胞主要能源。體外研究表明雙歧桿菌產生的短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸具有抗菌活性，對假單胞菌屬、金黃色葡萄球菌屬有抗菌作用，抑制腸道有害菌和致病菌的生長。研究發現，小白鼠口服異-半乳糖基低聚糖和短雙歧桿菌（用量＞10 ⁹CFU/d）后，發現尿中的吲哚、酚、硫酸鹽、對甲酚、哌啶、胺含量下降，原因與短雙歧桿菌的生長抑制有害微生物生長，使其代謝物減少，并調節和協調其他腸道菌群，促進腸蠕動，使致病菌黏附到腸黏膜上皮的機會減少。

腸道正常菌群大多數是專性厭氧菌，其數量是兼性厭氧或需氧細菌100～1000倍，在腸腔厭氧條件下，其生長速度超過兼性厭氧或需氧菌，并通過爭奪營養，抑制兼性厭氧或需氧的潛在致病菌的生長與繁殖。還利用本身所特有的某些酶類（如半乳糖苷酶等）補充宿主在消化酶上的不足，幫助分解上消化道未被充分水解吸收的營養物質，有利于宿主進一步吸收利用各種營養物質，包括增加人體必需的維生素（如維生素B、維生素K）、氨基酸、微量元素、某些無機鹽類（如鈣、磷、鐵、等）的吸收和利用。雙歧桿菌還具有將膽固醇轉化成類膽固醇的作用，因而降低血清膽固醇和甘油三酯，具有改善脂質代謝紊亂的作用。

腸道正常菌群能產生細菌素、防御素、過氧化氫、抗菌肽等多種抑菌物質，對腸道內的潛在致病菌起抑制或殺滅作用。細菌素作為一種抗菌肽，包括由嗜酸乳桿菌產生的細菌素lactacin B，由乳酸球菌產生的Nisin，植物乳桿菌產生的植物乳桿菌素等，在體外實驗中，植物乳桿菌DDEN 11007產生的pediocin AcH可抑制李斯特菌（ L.monocytogenes）的生長。細菌素的抗菌譜窄，絕大部分細菌素是通過膜滲透或者是影響某些酶來殺死相關的微生物的。腸上皮細胞分泌的β-防御素是一組耐受蛋白酶的分子，對細菌、真菌和有包膜病毒具有廣譜直接殺傷活性。人體內存在α-防御素和β-防御素。前者主要作用于某些細菌和有包膜病毒，后者主要由上皮細胞產生，是黏膜和上皮細胞抵抗微生物入侵的重要介質，在持續暴露于病原微生物的器官表面發揮重要抗菌作用。最近一些研究結果表明：EcN1917可以誘導Caco2細胞產生人源性hBD2。但是，在缺少NFB功能性結合位點的細胞，以及hBD2啟動子區缺乏催化蛋白1（AP1）的細胞，被NF-B抑制劑或者cJun氨基末端激酶處理的Caco2細胞中，EcN1917不能誘導Caco2細胞產生人源性hBD。口腔中唾液鏈球菌產生的H ₂O ₂能殺死腦膜炎奈瑟菌和白喉棒狀桿菌，雙歧桿菌、乳桿菌產生的H ₂O ₂能激活機體產生過氧化氫酶，抑制志賀菌、沙門菌和殺滅革蘭陰性菌。腸道中大腸埃希菌的大腸菌素和酸性產物能抑制志賀菌、金黃色葡萄球菌、白假絲酵母菌等。腸道益生菌能產生一些抗菌肽物質如乳酸素、乳酸鏈球菌肽等，發揮其抗菌作用。同時，腸道中的有益菌能刺激宿主產生黏蛋白，阻止細菌或病毒的黏附。雙歧桿菌產生的胞外糖苷酶可降解腸黏膜上皮細胞上的雜多糖。由于雜多糖既是腸道致病菌感染腸道的受體，也是細菌素與腸道結合的受體，故這種酶防止了致病菌和細菌毒素在腸黏膜上皮細胞的黏附。Yoh等的研究表明，雙歧桿菌及長雙歧桿菌3號株具有較高的β-半乳糖苷酶活力，而長雙歧桿菌2號株的酶活力較低。雙歧桿菌還可通過產生一種具有廣譜抗菌作用的稱之為M-A抽提物的物質起抗菌作用。

腸道微生物可刺激宿主腸道免疫系統發育。微生物對于腸道來講，屬于“外來入侵物種”，具有抗原性，而腸組織必須具備防止微生物入侵，并有效“管理”腸內微生態群的能力。腸相關淋巴樣組織（gut-associated lymphoid tissue，GALT）是腸道重要的免疫系統，可阻止腸腔內抗原（包括共生微生物）的入侵，同時也維持對食物等無害抗原和共生微生物的耐受性。腸上皮通過細胞和黏液形成物理屏障，還在基底和側邊面上表達多聚免疫球蛋白受體（polymeric Ig receptor，pIgR），協助IgA進入腸腔，同時還表達主要組織相容性復合體Ⅱ類分子（MHC II），捕捉抗原呈遞給抗原呈遞細胞。此外，上皮細胞還表達模式識別受體（pattern recognitionreceptors，PRRs），識別細菌保守結構，分泌可溶性因子影響樹突狀細胞、巨噬細胞、上皮內淋巴細胞等免疫細胞活動，并對抗原和共生微生物產生直接影響，抵抗致病菌感染，增強腸上皮干細胞活動，加快細胞更新。另外，由腸黏膜固有層中的漿細胞產生的sIgA，與腸上皮細胞緊密黏合，分布于黏膜表面發揮重要作用。其免疫學效應包括：阻止病原微生物黏附于黏膜上皮細胞；通常與溶菌酶補體共同作用引起細菌溶解；中和病毒及其毒素；免疫排除作用，即對抗原物質封閉和限制抗原物質入侵機體，有報道，急性輪狀病毒性腸炎患兒口服乳桿菌GG菌株后血中IgA、IgG、IgM分泌細胞數量明顯增多，且特異性抗輪狀病毒IgA應答增強。

機體是否感染以及感染后的發生發展不僅取決于病原微生物對機體的侵襲力、產生的毒素等因素，還取決于機體的正常微生態平衡狀態。傳統觀點認為，感染是由致病性微生物引起的。微生態學家則認為，感染是生態平衡與生態失調相互轉化的重要內容，引起感染的微生物不一定是致病菌或病原體，也可能是移位的正常微生物群。腸道正常菌群移位引起的感染已引起了廣泛關注。移位的腸道細菌主要為兼性厭氧菌，其中革蘭染色陰性桿菌占了很大一部分。通常移位的細菌與其在腸道中的數量密切相關，細菌數量越多，發生移位的可能性越大。目前未報道在健康人群中出現腸道專性厭氧菌如雙歧桿菌的“移位”。腸道細菌移位的主要原因有腸道內菌群失調、腸黏膜屏障通透性增加或宿主免疫功能下降，在機體出現急性應激或臟器功能衰竭如出血性休克、燒傷、外傷、腸道缺血、急性胰腺炎、嚴重感染、急性肝衰竭以及肝硬化等，均可導致“細菌移位”。各種原因尤其在抗生素治療期間引起的腸道菌群失調，也可導致細菌移位的擴散，有報道甲硝唑可顯著增加大腸埃希菌移位到局部淋巴結的發生率，引起腸道外感染（膿毒血癥、肺部感染、腹腔感染等）。動物實驗發現，腸道缺血再灌注時經常發生細菌移位。發生腸道菌群移位的細菌數量從多到少依次為大腸埃希菌、變形桿菌、凝固酶陰性葡萄球菌和腸球菌。若能保持腸道雙歧桿菌數量，維持機體免疫平衡則可大大減少腸道菌群移位的發生。

感染（infection）是微生物與宿主或宏生物相互作用和相互斗爭的過程，是微生物對宿主細胞、組織的異常攻擊反應的總和。感染的結局，對微生物是增殖、限制和死亡，對宿主是隱性感染、帶菌、健康或顯性感染（疾病）與死亡。從微生物來源來講，感染可分為外源性和內源性，感染病原菌來自宿主外界，稱為外源性感染（exogenous infection）；來自宿主自身正常菌群則稱為內源性感染（endogenous infection）。

腸道菌群具有兩重性，在腸道菌群與宿主相互平衡的狀態下，能夠通過其生物拮抗和增強腸道屏障作用，對宿主發揮防御感染的作用。一旦這種平衡被打破，正常腸道菌群中的有害菌群或中間菌群可以轉變為病因菌，引起感染。

正常情況下，腸道菌群中各種細菌的數量和比例維持穩定、相互制約，與宿主及其微環境處于統一的平衡狀態，能夠保護宿主免于感染。宿主的這種對致病菌及潛在致病菌在體內定植和繁殖的阻抗力稱為定植抗力（colonization resistance，CR）。定植抗力取決于正常腸道菌群和宿主兩方面，其中腸道專性厭氧菌的生物拮抗作用占有主要的地位，宿主因素包括腸道的物理屏障、化學屏障和免疫屏障功能。

①引起內源性感染：腸道內大量細菌構成了人體的“貯菌庫”，這些菌群的組合或分布出現異常可轉變為病因菌引起機體內源性感染。腸道菌群紊亂的方式有幾種：一是菌群失調，是指腸道菌群在種類、數量及比例上發生改變，也稱為菌群比例失調。輕度菌群失調可沒有臨床表現，嚴重菌群失調能影響宿主代謝、營養和免疫，參與許多相應疾病的發生發展。再則是定位轉移，又稱細菌移（易）位（bacterial translocation，BT），指腸道正常菌群離開原來特定的生存空間，轉移到其他部位，移位可分為橫向移位和縱向移位，橫向移位是細菌由原來生存位置向周圍轉移，如下消化道細菌向上消化道轉移、下消化道細菌向膽管轉移、小消化道細菌轉移到呼吸道等。縱向移位是指細菌由黏膜表面突破黏膜層及黏膜下層向縱深轉移，如腸道內細菌突破突破產道黏膜屏障進入腸系膜淋巴結或門靜脈系統，進一步到達遠離腸道的其他器官，腸道細菌移位可引起各種內源性感染，腸道內毒素移位到血液，則引起腸源性內毒素血癥（intestinal endotoxemia）。腸道細菌和（或）內毒素移位還參與了許多嚴重疾病的病理生理過程，如膿毒癥、多器官功能障礙綜合征（MODS）、重癥胰腺炎、嚴重肝病、嚴重創傷和燒傷等。②增加外源性感染：腸道菌群通過生物拮抗和增強腸道屏障功能，發揮對外源性致病菌的限制作用，一旦腸道菌群出現紊亂，這種作用被削弱，勢必增加外源性致病菌的定植和侵入，外源性感染，特別是腸道感染，以及使用抗生素治療往往是造成腸道菌群紊亂的一個重要原因，腸道菌群紊亂又會進一步增加外源性感染。③內源性感染向外源性轉變：內源性感染的病原體主要源于腸道的正常菌群，如大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌、陰溝腸桿菌、變形桿菌、葡萄球菌、念珠菌等。在抗生素壓力下，這些細菌可以形成耐藥性和傳播性。使感染由內源性向外源性演變。流行環節難以切斷，感染難以控制。如產超廣譜β-內酰胺酶（ESBL）的大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌、多重耐藥（MDR）或泛耐藥（PDR）的銅綠假單胞菌和鮑曼不動桿菌、耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌（MPSA）和凝固酶陰性的葡萄球菌（MRCNS）、耐萬古霉素的腸球菌（VRE）等。

通過對感染性腹瀉患兒腸道菌群動態研究證實，在感染性腹瀉患兒發病早期即出現腸道菌群紊亂，菌群紊亂程度與感染病原微生物種類、數量以及腹瀉的病情程度密切相關，而且腹瀉患兒腸道菌群速度扶正明顯晚于臨床癥狀的改善，通過補充益生菌能夠縮短腹瀉病程，且未發現任何毒副作用。臨床薈萃結果顯示，益生菌能有效性治療兒童急性腹瀉，縮短腹瀉持續時間，研究顯示，服用鼠李糖乳桿菌GG株能縮短患兒輪狀病毒感染性腹瀉的持續時間17～30小時，表明益生菌對胃腸道病毒引起的水樣腹瀉具有顯著效果。益生菌治療兒童感染性腹瀉存在菌株和劑量依賴性，國內大量的臨床研究均顯示，含有雙歧桿菌、乳桿菌、糞鏈球菌、酪酸梭菌、地衣芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、布拉酵母菌的益生菌藥物在感染性腹瀉病的治療中有明顯的效果。益生菌通過改善腸道菌群構成，競爭性抑制致病菌生長所需營養物質，競爭性抑制致病菌黏附，刺激或改善機體的非特異性和特異性免疫應答，阻斷致病菌和宿主細胞之間的對話，以及阻止病原體對腸上皮細胞支架和緊密連接蛋白的破壞，提高黏膜屏障功能等作用實現兒童感染性腹瀉的防治。

腸道菌群與炎癥性腸病（IBD）包括克羅恩病（CD）和潰瘍性結腸炎（UC），目前對其病因和發病機制尚不清楚。大量實驗室和臨床資料顯示，腸道微生物群落參與了炎癥性腸病的發生發展過程，并認為腸內細菌是促使IBD發病的前提和必要條件，腸道感染某些條件致病菌和（或）致病菌損害腸黏膜生物屏障功能使腸腔內某些抗原物質移位至腸黏膜固有層，激活腸黏膜免疫系統而誘導發病；腸內細菌也通過人體內Toll受體介導的天然免疫系統致病；有研究證明顯示，活動性CD患者腸道類桿菌數量增多，UC患者腸道需氧菌增多可促使分泌腸毒素，分泌免疫抑制性蛋白，使腸上皮通透性增加而導致黏膜免疫失衡；腸黏膜屏障功能受損致使腸內細菌和細菌產物如細菌脂多糖（LPS）、甲酰基二磺酰亮氨酰苯基丙氨酸等進入腸肝循環從而加重腸黏膜損壞，故而認為腸道菌群失調引發IBD的原因。另外，腸道菌群失調所致代謝功能異常使丁酸鹽和短鏈脂肪酸減少，阻礙腸上皮細胞的能量代謝。關于目前應用益生菌防治IBD也取得一定臨床效果，主要是通過改善腸道菌群結構，促進腸道菌群平衡，調節腸道生物屏障功能、降低腸道通透性，阻止致病菌定植和入侵，減少腸上皮細胞受損，阻止細菌移位，下調機體免疫對腸道內抗原的高反應性，阻斷促炎性細胞因子的產生，以及調控對腸道功能營養物質的生成實現對IBD的防治作用。

腸道菌群與抗生素相關性腹瀉（antibiotic associated diarrhea，AAD）是由于應用廣譜抗生素而造成機體腸道菌群失衡或優勢種群的更替，臨床出現以腹瀉為主要癥狀的胃腸道癥狀。引起AAD產生的常見抗生素有青霉素、克林霉素、頭孢菌素和氨芐西林等，這些抗生素由于殺滅腸道中正常菌群，引起菌群失調，從而導致腸道優勢菌群更替。艱難梭菌、金黃色葡萄球菌或產氣莢膜梭菌變為優勢菌種而成為產毒株，而引起相應的抗生素相關性腸炎。抗生素引發腹瀉的機制是復雜的，主要是由于破壞了腸道正常菌群結構，使碳水化合物和膽汁酸代謝發生紊亂而導致的滲透性腹瀉：①應用抗生素可致腸道菌群失調，利于病菌微生物異常生長，發生率最高是艱難梭狀芽孢桿菌，還有金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、產氣莢膜梭菌、沙門菌和克雷伯桿菌；②抗生素所致正常菌群被破壞，使糖不能被發酵成短鏈脂肪酸，初級膽汁酸不能生成次級膽汁酸，積滯在腸腔可致滲透性腹瀉。③抗生素所致的變態反應、毒性作用對黏膜具有直接侵害作用，如新霉素可致胃腸道黏膜形態學改變，即黏膜絨毛縮短、嗜酸性粒細胞浸潤、上皮腺泡損傷等。④抗生素本身藥理學效應致腸道動力的改變，如紅霉素是胃動素受體的興奮劑等。宿主可以通過免疫調節和補充益生菌對腸道致病菌起到直接拮抗和營養物質競爭作用。益生菌防治AAD主要是提升腸細胞刷狀緣的β-葡萄糖醛酸酶活性，對白色念珠菌有拮抗作用，并產生sIgA和促進腸道菌群平衡。國外兩項研究認為，布拉德酵母菌和鼠李糖乳桿菌可通過激活免疫功能，抑制致病菌定植，起到防治AAD的作用。

新生兒期是出生后無菌狀態至與外界環境各種物體接觸下完成腸道菌群構建的重要時期。早產兒和低體重出生兒則因其防御功能未成熟故處于易感染狀態。由于其正常腸道菌群定植誘導尚未充分，可能導致細菌過分生長（bacterial overgrowth）和細菌易位（bacterial translocation）而引發敗血癥。新生兒壞死性小腸結腸炎（necrotizingenterocolitis，NEC）、早產兒未成熟腸道感染、低氧血癥和腸管缺血皆可能以此為原因，特別是敗血癥多可進展為NEC。70%以上的NEC發生于出生體重極低的新生兒，臨床表現為拒哺、腹脹、嘔吐膽汁和血便，炎癥繼續進展則可并發腹膜炎乃至腸穿孔、敗血癥和DIC，病死率極高。病因目前尚未完全澄清，通過流行病學調研和實驗室研究與下列因素有關，如腸缺血、腸黏膜損傷引起麻痹性腸梗阻，繼而使腸道內容物停滯而促進細菌繁殖、胃腸道防御功能不成熟及血流調節功能差、腸道運動功能、消化酶及激素動力學腸道運動功能不成熟，低氧血癥及缺血導致的腸循環障礙及黏膜損傷，長鏈多價不飽和脂肪酸合成低下，從而促進腸道炎癥。90%病例與喂養有關，母乳喂養兒NEC發生率低主要與母乳中有細胞性、體液性免疫物質和非特異性感染防御因子，如雙歧桿菌的存在，故而不易引發本病。人工營養品中不同于母乳的短鏈脂肪酸，特別是酪酸對于未成熟腸道則為引起或促進炎癥以至發生出血性壞死的因子。益生菌對于NEC具有良好的作用。Huang等報道指出，益生菌在預防新生兒重癥感染和壞死性腸炎非常重要，主要是益生菌通過與致病菌競爭營養而抑制致病菌增殖，重構腸道正常菌群結構，促進sIgA生成，提高腸黏膜防御功能，從而降低NEC的發生。

腸道正常菌群代謝與肝臟代謝密切相關，肝臟功能異常可影響腸道菌群結構，腸道細菌失調又反過來直接影響肝臟功能。研究表明，腸道正常菌群具有降解膽固醇，促其形成膽汁酸作用，膽汁是調節腸道菌群的重要因素，其結合膽汁酸對腸道的外襲菌起到抑制作用，對腸道原籍菌則無抑制作用。腸道細菌的尿素酶能將尿素轉化為二氧化碳和氨，并利用部分氨中的氮維持自身的生存，大部分氨經門靜脈回吸收入肝臟，在肝臟重新合成尿素，這就是尿素的腸-肝循環。當肝臟受損害時，尿素合成受阻，大量氨進入體循環，出現肝性腦病，同時肝病時腸道菌群嚴重失調，腸道中雙歧桿菌數量下降，大腸埃希菌、梭菌大量繁殖，產生更多氨，使病情加重。腸道是革蘭陰性桿菌分泌的內毒素池，正常情況下低水平內毒素能提高機體免疫功能。當腸道內革蘭陰性桿菌，尤其是需氧革蘭陰性桿菌增多時，釋出大量內毒素進入肝臟，只有肝臟網狀內皮系統功能健全時才能破壞來自腸道的內毒素，否則內毒素就會進入體循環，形成內毒素血癥。