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第一節 微生態平衡

微生物群與宿主之間的相互作用可以分為共生、致病和棲生,共生(symbiotic)是指兩種不同的有機體或生物體一起生存,至少一種對另一種有益處;致病(pathogenic)是指一種生物體對另外一種有害,引起細胞或組織損傷,甚至死亡;棲生(commensal)是指一種生物體僅利用另外一種生物體生存,兩者既沒有益處也沒有害處。微生物群與宿主之間的關系不是固定不變的,而是像“軍備競賽”,一方的變化必須與另一方的改變相適應,以達到并且維持平衡,并且這種關系總是向著互惠互利的方向發展。因此微生物群與其宿主的平衡是微生態學的核心問題,兩者處于平衡,維持著機體的健康,即生理狀態;兩者失衡,即為病理狀態,引起亞健康,甚至導致疾病的發生。

一、微生態平衡的概念

宏觀生態學認為,生態平衡(ecological balance)是指在一定時間內生態系統中的生物和環境之間、生物各個種群之間,通過能量流動、物質循環和信息傳遞,使它們相互之間達到高度適應、協調和統一的狀態。也就是說當生態系統處于平衡狀態時,系統內各組成成分之間保持一定的比例關系,能量、物質的輸入與輸出在較長時間內趨于相等,結構和功能處于相對穩定狀態,在受到外來干擾時,能通過自我調節恢復到初始的穩定狀態。
1988年我國微生態學家康白教授提出,微生態平衡(eubiosis)是在長期歷史進化過程中形成的正常微生物群與宿主在不同發育階段的動態生理組合。這種組合是指在共同的宏觀環境條件影響下,正常微生物群各級生態組織結構與其宿主(人類、動物與植物)體內、體表的相應的生態空間結構正常的相互作用的生理性統一體。這個統一體內部結構與存在狀態即稱之為微生態平衡。
由以上概念可以看出,微生態平衡是與不同的年齡階段和不同的生理功能狀態相適應的;在宿主不同的生態空間,如口腔、消化道、呼吸道、泌尿生殖道和皮膚存在著各自獨立的微生態平衡,這種局部的平衡又不是孤立的,而是受到總體生態平衡和宏觀環境的影響。

二、微生態平衡的特點

宿主體內微生物之間、宿主與微生物之間、宿主與宏觀環境之間不斷地相互影響,總是處于相互作用、相互適應的過程中,因此微生態平衡是一種動態的相對平衡。
作為生態系統的潛能,微生態系統內部存在著反饋和控制機制,能夠不斷地對微生物群、宿主和環境發生的變化進行自動調節,以達到并維持平衡狀態。但是這種調節機制是有一定限度的,當微生物群、宿主和環境的改變引起的作用,超出調節能力時,就會出現微生態失衡。

三、微生態平衡的標準

微生態平衡涉及宿主體內的微生物群之間、宿主與微生物之間、宿主及其微生物與環境的適應性,因此評定其平衡的標準包括了宿主、宿主體內微生物以及環境。既往僅針對微生物的評價是不全面的,宿主、微生物群與環境是相互聯系和相互作用的。
(一) 微生物群方面
正常人的體表和與外界相通的腔道(如口腔、鼻咽腔、呼吸道、消化道和泌尿生殖道)中寄居著不同種類和數量的微生物,通稱正常微生物群(normal microbial flora),因以細菌和真菌為主,故簡稱正常菌群(normal flora)。這些微生物群以特定的種類和數量存在于特定的部位,因此對微生物群平衡的判定標準應該包括定位、定性和定量三個方面,這三者不是孤立的,而是同一事物在三個方面的反映。
1. 定位標準
對正常微生物的檢查,首先要確定檢查的位置。正常情況下,人體的皮膚和黏膜以及一切與外界相通的腔道都有細菌和其他微生物的存在,但機體內部組織及血液循環系統是無菌的。
了解正常情況下,人體各個部位的微生物群的分布對檢測到的微生物(細菌、病毒、真菌等)是否有臨床意義是至關重要的,如果在正常有菌部位檢測到微生物,有可能是正常定植、異常定植或病因菌;而如果在正常無菌部位分離到微生物,則一定是異常。
2. 定性標準
是對微生物群落中各種群的分離和鑒定,即確定微生物群落的種類。定性檢查應包括微生物群落中生物所有成員如細菌、真菌、支原體、衣原體、立克次體、螺旋體及病毒等。
定性標準是區分宿主正常微生物群與外來微生物的主要標志,一些原本只存在于某些動物的微生物如果在人體檢出,則為異常,如動物疫源性疾病鼠疫(鼠疫桿菌引起),恙蟲?。⒖舜误w引起)等。
結合定位標準,定性標準同樣是區分原籍菌群與外籍菌群的主要標志。原籍菌群(autochthonous flora)又稱為常居菌群(resident flora),是微生物與宿主一起在長期進化過程中所形成的,他們在動物體內特定的部位定居和繁殖,定植區內的菌類及其數量基本上保持穩定,正常情況下對宿主健康有益或無害,具免疫和營養作用。外籍菌(allochthonous flora)又稱為過路菌群(transient flora),是從原來生態部位以外來源的菌群,往往由非致病菌或條件致病菌所組成,來自周圍環境或宿主其他生境,可在皮膚或黏膜上存留數小時、數天或數周。它們的存在往往對宿主產生不利影響,過路菌群可在體內定植(colonize)、繁殖和引起疾病。如呼吸道中原籍菌主要是肺炎鏈球菌、流感嗜血桿菌和卡他莫拉菌,在呼吸道中檢出,可以是正常定植也可以是感染的病因菌,但如果在呼吸道檢出大腸埃希菌、肺炎克雷伯桿菌、銅綠假單胞菌等,則一定是異常定植或感染病因菌。
3. 定量標準
是指對生境內微生物總菌數和各種菌群比例的測定。定量檢查是微生態學的關鍵技術,可以說沒有定量檢查,就不可能有現代的微生態學。如果僅從定性的角度來看,人體表面和黏膜部位有許多微生物,并沒有多大的意義,但如果通過定量檢查,發現原本少量存在的細菌轉變成為大量的優勢菌種了,就可確定其有意義。
定量標準是區分主要(優勢)菌群和次要菌群的標志。優勢菌群(predominant microflora)指菌群中數量大或種群密集度大的細菌,常常是決定一個微生物群生態平衡的核心因素,如在腸道內的厭氧菌占絕對優勢,屬于原籍菌群。優勢菌群是對宿主發揮生理功能的菌群,在很大程度上影響著整個菌群的功能,決定著菌群對宿主的生理病理意義。而次要菌群(subdominant microflora)是數量比較少,作用比較弱的菌群,在腸道主要為需氧菌或兼性厭氧菌,如大腸埃希菌和鏈球菌等,流動性大,有潛在致病性,大部分屬于外籍菌群或過路菌群。在腸道中,盡管專性厭氧菌是主要菌群,占據優勢,但這些菌群又依賴于需氧菌或兼性厭氧菌等次要菌群的存在,因為后者在增殖過程中消耗氧氣,保證前者的生長條件。一個生理性組合的腸道菌群是有益的,而病理性組合的腸道菌群是有害的。
(二) 宿主方面
評定微生態平衡必須與宿主的不同生長發育階段和生理功能相適應,這就是微生態平衡的生理波動。
1. 年齡階段
胎兒在子宮內是沒有微生物定植的,出生以后隨著與外界的接觸,在皮膚及與外界相通的各個腔道很快就會有微生物定植,因此正常微生物群的形成、直到穩定是一個連續的演變過程。一般認為,到2~3歲時正常微生物群達到穩定狀態,維持至青年及中年,當進入老年期時,微生物群也同時加入“老化”,直到生命結束,因此在評定微生態平衡時必須考慮年齡因素,標準的確定一定要與年齡相適應。這方面內容詳見相關章節。
2. 生理功能狀態
宿主處于特定的生理功能期都會伴有微生態平衡的變化。如嬰兒的哺乳、添加輔食、斷奶換食物等對腸道正常菌群的影響;嬰兒出牙、換牙對口腔正常菌群的影響;婦女的月經期、懷孕期和哺乳期對泌尿生殖道正常菌群的影響等。這些因素在判斷微生態平衡時均需要考慮。
(三) 環境方面
在評定微生態平衡時,需要考慮環境方面的影響,主要包括食物、水、氣候、空氣、外來微生物等。食物包括飲食習慣和食物的成分組成、水的質量是影響腸道微生物群的主要因素,目前已經明確以高纖維為主要飲食的人群與以高蛋白、高熱量為主的人群,其腸道菌群存在明顯的不同;空氣污染會改變呼吸道菌群,寒冷氣候與熱帶氣候情況下,呼吸道菌群有無差別值得進一步研究。

四、微生態平衡的維持

在生物進化過程中,通過適應與選擇,微生物與宿主之間,微生物與微生物之間,微生物、宿主與環境之間,始終處于動態平衡,形成相互依賴、相互制約的動力學關系。要維持微生態平衡,就必須從環境、宿主和微生物三個方面考慮,這三個因素是相互聯系的,最終的平衡維持取決于三個因素的綜合作用。
1. 環境因素
維護宏觀生態的穩定,包括食物、水、空氣、氣候等。
2. 宿主因素
維護宿主的正常生理功能;保持良好的生活方式,包括飲食、睡眠等;積極預防和治療疾病,盡量減少對宿主屏障功能的破壞。
3. 微生物因素
盡量不使用或少使用影響正常微生物群的藥物,特別是抗菌藥物;盡量減少影響正常微生物群的操作和治療如侵入性操作、放射治療和抗腫瘤化療等。
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