新生儿菌群的定植和发育不容忽视

新生儿肠道菌群的定植和正常发育对于其以后的生长发育和机体健康状况至关重要,而出生后的这段时间对健康的新生儿肠道菌群的发育至关重要。新生儿胃肠道最初的细菌定植为以后细菌的进一步定植铺平了道路。生命的前18个月被认为对健康的新生儿菌群的发育至关重要。当最初的细菌定植不能顺利进行时,菌群众多成员之间的健康平衡可能就会受到干扰,这可能表现为许多疾病状态,包括坏死性小肠结肠炎和新生儿败血症等等。

新生儿菌群的定植和发育不容忽视

初始胃肠道菌群的获取

出生后的前18个月是肠道菌群发育最活跃的阶段。一直以来,新生儿的胃肠道被认为是无菌的,然而,最近有研究发现婴儿在分娩之前数天开始吞咽羊水,胎粪菌群分析表明婴儿胎粪中存在细菌,胃肠道最初的细菌定植可能归因于孕妇羊水中观察到的细菌。尽管如此,第一次重要的大规模微生物定植事件发生在分娩期间,而且这似乎是新生儿菌群组成的第一个主要决定因素。新生儿肠道的这次定植事件要么是由于接触母亲阴道菌群所致,要么是由于接触皮肤所致,这取决于婴儿是通过阴道分娩还是剖宫产。阴道分娩的婴儿最初接触的是母亲的阴道菌群,以乳杆菌、普蕾沃氏菌占优势;剖宫产的婴儿最初接触的是皮肤菌群,以葡萄球菌、棒状杆菌和丙酸杆菌占优势。

除了分娩方式以外,还有其它因素可以影响婴儿出生后胃肠道菌群的形成。决定婴儿肠道菌群组成的第二个可能的主要因素是母体菌群的转移,出生后母亲和孩子之间频繁的皮肤接触可以转移母体菌群,其方式类似于剖宫产过程中皮肤微生物的传递。

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母亲对婴儿肠道菌群的进一步影响源于喂养方式。母乳喂养期间,大多数婴儿的肠道细菌将以双歧杆菌(专性厌氧的放线菌门细菌)和乳杆菌(兼性厌氧的硬壁菌门细菌)为主,这两种细菌由于具有独特的母乳低聚糖代谢功能而在母乳中大量存在。相比之下,配方奶粉喂养的婴儿通常表现出更大的多样性和不同的细菌水平组成,比如,关键的保护性细菌双歧杆菌更少,而肠杆菌的数量较多。

生命的最初几天使用抗生素也可以显著改变肠道中特定细菌类群的丰度。很多婴儿出生后通常会立即使用广谱性抗生素干预以防止败血症;然而,支持这种做法有效的证据主要是基于专家的意见。相反,广谱性抗生素可能会破坏胃肠道菌群的平衡,导致菌群失调,可能导致关键细菌物种的丢失、菌群多样性降低、菌群功能转变和致病菌的大量繁殖。随后,婴儿的居住环境可以影响菌群的形成。例如,早产儿被留在新生儿重症监护室内,并使用广谱性抗生素,其粪便菌群特征与重症监护室表面的菌群非常相似。此外,新生儿重症监护室内的早产儿粪便中也发现了耐药性的院内感染病原菌。

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共生与失调

在所有包含生物体的环境中,共生和失调之间都能达到微妙的平衡。新生儿胃肠道的平衡在出生后的头两年可能比任何时候更不稳定,这是因为那段时间内肠道环境及其细菌居民一直动荡不安。

共生(symbiosis)

胃肠道内的共生指的是宿主的肠腔环境以及该环境中定植的细菌居民对彼此的代谢和免疫都有益的一种状态。新生儿胃肠道的缺氧环境适合双歧杆菌的定植,就是这方面的一个例子。双歧杆菌能够代谢母乳低聚糖,通过促进免疫球蛋白A的产生,调节未成熟的新生儿免疫系统对有益和有害细菌的反应,这对宿主和微生物是互惠互利的。随着个体从新生儿长大为两岁的儿童,这种共生关系的性质随着细菌类群和肠道环境的变化而变化。例如,在断奶和添加辅食后,肠道菌群开始向以拟杆菌门和硬壁菌门细菌为主的系统转变,更像成年人的菌群组成。

失调(Dysbiosis)

与共生相反,失调是指宿主和定植微生物之间存在的敌对关系。菌群失调机制主要表现为以下四种类型,它们是紧密联系在一起的:

1、关键物种的缺失。当一种主要的共生细菌物种数量减少时,由于关键物种的缺失而引起的菌群失调就发生了。微生物群能够保护宿主细胞免受病原体的侵害,这一功能被称为定植抗性,而其中的关键性细菌物种可能负责抵御病原性物种的入侵。此外,关键细菌物种还参与免疫调节和为宿主提供营养物质与维生素。如果关键细菌物种所占据的位置空缺,环境中剩余的细菌物种之间就会发生竞争。这一空缺的位置可能被艰难梭菌等致病菌填补,从而导致对宿主有害的毒性因子的释放,比如艰难梭菌毒素A和B,假膜性结肠炎的病例就是如此。关键细菌物种消失的可能原因是广谱性抗生素的使用。

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2、致病性物种的繁殖。一些致病性物种,比如梭菌、志贺氏菌和葡萄球菌等,本来不适合关键细菌物种占优势的环境,当菌群失调时,这些致病菌可能大量繁殖。致病性细菌的大量繁殖可以通过产生孢子以及产生直接影响宿主生理学的毒性因子对宿主健康造成危害。

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3、多样性降低。多样化的微生物群落与成年人的健康息息相关。关键细菌物种,比如双歧杆菌占优势,在母乳喂养的婴儿生命早期通常被认为是健康的;但是多样性的降低以及随之而来的非关键物种或入侵物种的激增与健康是不协调的。在婴儿胃肠道中,由于喂养方式的改变或抗生素治疗导致肠道环境的改变,使得某些特定细菌类群比其它类群更适合这种肠道环境,就可能会发生多样性的降低。

4、功能转变。如果共生物种从胃肠道中丢失,那么这些物种专有的功能基因也将丢失,这导致菌群功能能力的降低,可能是有害的,也可能是无害的。例如,在断奶时,儿童的胃肠道菌群表现出从代谢母乳低聚糖的双歧杆菌向代谢植物寡糖和纤维的拟杆菌的功能转变。不过,这种功能转变不被认为是导致菌群失调的原因,而是适应从母乳到固体食物的饮食变化的必要条件。

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免疫与菌群失调

所有新生儿出生时,免疫系统发育都不成熟,都未受过训练,但是足月的婴儿在出生前会通过胎盘获得母亲的免疫球蛋白G(IgG)并通过母乳获得分泌型免疫球蛋白A(IgA)。相反,早产儿因为分娩较早,他们通过胎盘获得的IgG的数量较少。此外,他们往往不能立即哺乳,从而减少了产后通过母乳获得母体免疫球蛋白。这些因素通常被认为是早产儿坏死性小肠结肠炎和败血症风险增加的关键因素。

肠道免疫系统是人体主要的免疫器官,肠道内的主要抗体是免疫球蛋白A(IgA)。与全身主要的免疫球蛋白IgG相反,IgA不会引起炎症反应。IgA可以结合抗原并将其排除在肠黏膜之外而不导致炎症。肠道内抗原摄取的主要部位是派尔集合淋巴结,这是肠相关淋巴组织的重要部分,覆盖有一种特化的M细胞。M细胞专门摄取肠道内的抗原并转运给抗原呈递细胞,将其呈递给B细胞和T细胞。初始T细胞可以发育成Th1细胞和Th2细胞。Th1细胞将诱导B细胞向产IgA的细胞分化,而Th2细胞将诱导B细胞向产IgE的细胞分化。

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就阴道分娩而言,在生理环境下,最初定植的菌群会帮助“训练”免疫系统。最初的定植者,比如兼性厌氧的肠杆菌科、埃希氏菌属和乳杆菌属细菌,可以消耗肠道中的氧气,使专性厌氧菌比如双歧杆菌能够得以定植。双歧杆菌的细胞壁组分肽聚糖和磷壁酸被派尔集合淋巴结内的M细胞摄取,抗原呈递细胞将其呈递给T细胞,促进其分化为Th1细胞而不是Th2细胞。

与足月婴儿相比,早产儿没有遵循类似的免疫调节模式。早产儿的胃肠道发育不全,表现为葡萄球菌属、肠杆菌科等细菌占优势,而双歧杆菌的定植延迟。双歧杆菌相关免疫调节因子的缺失使不成熟的免疫系统倾向于Th2细胞调节的免疫反应,导致组胺爆发和促炎细胞因子的释放,从而导致疾病状态。

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疾病状态与菌群

坏死性小肠结肠炎

坏死性小肠结肠炎是一种肠道坏死性炎症性疾病,最常发生在早产儿或极低出生体重(< 1500克)的婴儿中,也有报道偶尔发生在足月婴儿中。这是新生儿重症监护的发病和死亡的主要原因。患有坏死性小肠结肠炎的极低出生体重婴儿中,有20-30%可能直接死亡。

坏死性小肠结肠炎与胎龄和出生体重呈负相关,这两个因素似乎是发病的主要诱发因素,但是并不能完全归因于这些因素,因为在产前或无菌动物模型中从未发生过。肠道微生物定植在该病的发生中起着重要作用。梭状芽孢杆菌属、埃希氏菌属和肠杆菌科细菌都与坏死性小肠结肠炎的发生有关。早期抗生素的使用与该病呈正相关关系,而母乳喂养和益生菌摄入与该病呈负相关,这表明菌群失调可能在坏死性小肠结肠炎的发生中发挥作用。

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目前,关于菌群和坏死性小肠结肠炎之间的联系只是相关关系,而不是因果关系,但它们非常符合之前讨论的菌群失调机制。抗生素的使用会加剧最初定植菌群的不平衡,从而导致多样性降低、致病性物种的大量繁殖和保护性关键物种的缺失。此外,补充益生菌对坏死性小肠结肠炎的保护作用表明,补充关键性物种可以通过促进菌群与宿主的共生关系降低坏死性小肠结肠炎的发病风险。

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坏死性小肠结肠炎的治疗应该注重减轻胃肠道内的免疫应激。由于患者的体质虚弱,可能难以从肠切除手术中恢复,因此早期识别和干预较晚期手术干预更为可取。坏死性小肠结肠炎与生命后期的神经系统并发症有关。理想情况下,坏死性小肠结肠炎的治疗策略应该以预防和保护为目标,包括标准化慢速肠内喂养(延迟肠内喂养的起始时间)、通过袋鼠式护理帮助母体共生菌转移、补充益生菌和乳铁蛋白等等。

在疾病发生和诊断之后,建议停止喂养和使用特定的抗生素,以清除引起胃肠道炎症反应的特定细菌,并防止致病菌在肠道中重新定植。在此期间,需要通过肠外喂养提供营养(比如从静脉内供给营养);另外,抗生素使用后,建议适当补充益生菌重新定植肠道。

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新生儿败血症

新生儿败血症可分为早发型或晚发型。早发型败血症主要与分娩过程中致病性细菌的侵入有关,要么来自母体胃肠道,要么来自医院,在分娩后72小时内可以观察到血培养细菌阳性。晚发型败血症与出生后病原菌的全身性入侵有关,在分娩后4-90天内可观察到血培养细菌阳性。

与坏死性小肠结肠炎相似,严重早产儿和低出生体重儿患新生儿败血症的风险更大。这种风险可能与早产儿的细胞免疫不成熟有关,也可能与肠黏膜屏障发育不完善有关,使得摄入的病原体能够侵入周围组织和血液循环。患有坏死性小肠结肠炎的新生儿表现出更高的新生儿败血症的风险。其它危险因素包括医疗设备的使用,比如坏死性小肠结肠炎患者的肠外喂养管和气管内导管,为病原体生物膜的形成提供了可能的环境。

新生儿败血症最有效的治疗方法是针对病原体静脉注射抗生素。与新生儿败血症有关的最常见的细菌包括B组链球菌、凝固酶阴性葡萄球菌和大肠杆菌。流感嗜血杆菌在早发性败血症中较常见,而金黄色葡萄球菌在晚发性败血症中较常见。

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抗生素相关性腹泻

抗生素相关性腹泻在接受抗生素治疗的住院患者中占5-30%,依赖于抗生素类型。可以在治疗早期发病,也可以在停止使用抗生素后的数周内发病,可能包括一系列症状,从腹泻到伴有发热的爆发性假膜性结肠炎、白细胞增多甚至血白蛋白减少。增加抗生素相关性腹泻的风险因素包括免疫妥协(特别是缺乏IgG适应性免疫)、长期住院治疗和使用抗生素。这些危险因素使得住院的新生儿发生各种并发症的风险明显高于其他人群。

与胃动力增强有关的抗生素,比如阿莫西林克拉维酸和胃动素受体激动剂红霉素,可以通过促进小肠和胃排空导致抗生素相关性腹泻。抗生素的使用破坏肠道菌群,导致肠道菌群的正常代谢功能改变,不易吸收的碳水化合物的代谢减少,它们滞留于肠道可引起渗透性腹泻;肠道菌群正常代谢功能的改变也可以减少短链脂肪酸的产生,降低结肠水和电解质的吸收,导致分泌性腹泻。抗生素相关性腹泻的发病也与菌群失调机制有关。抗生素使用可以破坏肠道菌群组成,导致肠道菌群的定植抗力下降,关键性细菌物质的缺失,导致整体细菌多样性减少,使得致病性细菌能够占据有利位置并大量繁殖。

新生儿菌群的定植和发育不容忽视

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在疑似抗生素相关性腹泻的病例中,临床医生的首要职责是停止使用与病情相关的抗生素并确定病原体。艰难梭菌是最常见的抗生素相关性腹泻的病原体,而且病情往往更严重。然而,许多病例可能在去除相关的抗生素后自行解决;这些病例通常与其它致病性微生物有关,包括产气荚膜梭菌、金黄色葡萄球菌以及假丝酵母菌。

治疗抗生素相关性腹泻,首先应立即停用抗生素或调整抗生素治疗方案,大多数病例在抗生素停用3天后临床症状得以缓解。其次,由于抗生素相关性腹泻与肠道菌群紊乱有关,通过补充益生菌恢复肠道正常菌群,改进肠道屏障功能和免疫刺激作用来健全保护机制,通过恰当的免疫反应来维护宿主健康,这在临床应用中也取得了良好的效果。最后,针对特殊的致病菌感染进行治疗。艰难梭菌感染引起的腹泻治疗较为困难,通常给予口服甲硝唑或万古霉素。甲硝唑价廉,但口服易吸收,肠道浓度低;万古霉素口服不吸收,肠道浓度高,但可导致耐万古霉素肠球菌的产生。甲硝唑或万古霉素停药后往往有多次复发现象,而且本身也可以引起艰难梭菌性肠炎的问题。现在的研究表明,粪菌移植对于艰难梭菌感染的治疗效果很好,有效率高达90%以上。

菌群相关疾病的管理策略

剖宫产婴儿的母亲阴道菌群转移

剖宫产婴儿与顺产婴儿在微生物定植方面存在很大差异。然而,更重要的是,剖宫产的婴儿在以后发生肥胖、糖尿病和哮喘等疾病的风险更高。剖宫产的新生儿由于没有通过产道,缺少了与母亲阴道细菌的接触,可能造成未来免疫力低下。因此,有研究人员开始尝试在他们出生后将母亲阴道中的分泌物涂抹到婴儿的口腔、面部和皮肤上,这样做可能让他们未来更健康,这种做法被称为“阴道播种”。阴道播种最近被证明可以改变剖宫产婴儿的菌群,使其更像顺产婴儿的菌群,这一做法在国内外也渐渐引起关注。

当然,也有人担心这种做法的安全性,认为通过阴道播种可能会转移某些病原菌,比如B组链球菌,这可能会增加早发性败血症的风险,也有人担心艾滋病毒和单纯疱疹病毒等病毒的传播。这种担忧似乎有理,但仔细想想,如果存在这些病原体,那么即使是通过阴道分娩也有很高的感染风险,通过阴道播种不太可能比阴道自然分娩的婴儿风险高很多。当然,阴道播种对婴儿未来健康是否有益还需要进一步的研究。

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提倡母乳喂养

通过分娩获得阴道菌群之后,母乳喂养是肠道发育的下一个主要的微生物来源。母乳本身并不是无菌的,哺乳母亲的乳汁、乳头周围都发现含有乳酸菌。母乳喂养的母亲的外周单核细胞中发现的细菌DNA增加,这是微生物向母亲的乳汁中转移的途径。因此,任何偏离正常母乳喂养过程的行为,比如挤奶喂养和鼻胃管喂养,都有可能改变正常的菌群定植过程。母乳喂养可以促进保护性的母体微生物和免疫原性分子向正在发育中的新生儿转移,以预防坏死性小肠结肠炎和新生儿败血症的发生。

初乳尤其重要:初乳中富含多种细胞因子,可与口咽部相关淋巴组织相互作用,诱导相应细胞分泌免疫活性物质,调节免疫反应;初乳中富含分泌型IgA和乳铁蛋白等物质可直接通过黏膜吸收,达到免疫保护的作用;部分初乳可通过吞咽进入消化道,与胃肠相关淋巴组织相互作用,刺激免疫成熟。这对于那些无法以正常方式进行母乳喂养的极早产儿来说可能尤其重要。极早产儿的Th2/Th1细胞比例更高,表现出更强的IgE介导的炎症性免疫反应,增加坏死性小肠结肠炎的风险。极早产儿由于自身疾病和吞咽乏力等原因不能经口喂养,母乳中的免疫活性成分不能接触到口咽部的淋巴组织或口腔黏膜,降低了母乳对极早产儿的免疫保护作用,有学者试图通过初乳口腔涂抹来弥补这一缺陷。确实,一项对早产儿进行初乳口腔涂抹的双盲随机对照试验显示,接受初乳口腔涂抹的早产儿尿液中分泌型IgA和乳铁蛋白水平升高,促炎细胞因子水平降低,同时降低了新生儿败血症的风险。

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母乳低聚糖

长期以来,母乳一直被认为是坏死性小肠结肠炎和晚发性败血症发生的主要保护因素。母乳中存在的低聚糖具有益生元的作用,母乳低聚糖与双歧杆菌定植增多和致病菌定植风险降低相关,可以降低坏死性小肠结肠炎、新生儿败血症或抗生素相关性腹泻的风险。母乳低聚糖二唾液酸乳-N-四糖(Disialyllacto-N-tetraose)可以降低新生大鼠的坏死性小肠结肠炎的风险。母乳低聚糖2′-岩藻糖基乳糖(2’-fucosyllactose)可以保护新生小鼠免受坏死性小肠结肠炎的侵袭,降低促炎症标志物水平,维持小肠黏膜结构。因此,在临床实践中,有必要鼓励母亲尽可能对婴儿进行母乳喂养婴儿,这对早产儿尤其重要。

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虽然要复制母乳低聚糖的复杂结构是不太可能的,但是配方奶粉行业一直试图通过在配方奶中添加低聚糖来复制母乳的保护作用。添加低聚果糖的配方奶已被证明可以增加早产儿的双歧杆菌定植;同样,添加低聚半乳糖的婴儿配方奶粉可以刺激健康足月婴儿肠道中双歧杆菌的生长。但是,它们是否能够复制母乳低聚糖对坏死性小肠结肠炎和新生儿败血症的保护作用仍有待进一步的研究。

乳铁蛋白

乳铁蛋白是母奶中发现的许多生物活性糖蛋白之一,似乎对微生物定植具有重要影响。乳铁蛋白对宿主的可能影响包括免疫调节以及促进铁的吸收。补充牛乳铁蛋白已被证明可以降低早产儿晚发性败血症和坏死性小肠结肠炎的风险。

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小结

新生儿肠道菌群的定植和正常发育对于其以后的生长发育和机体健康状况至关重要。这一时期也是新生儿免疫系统发育成熟的关键时期,健康的免疫系统发育离不开健康的肠道菌群,肠道菌群的紊乱可能导致免疫功能发育的紊乱,进而导致生命后期各种各样的疾病的发生。阴道分娩和母乳喂养是新生儿肠道菌群正常发育的必要条件。有部分父母因为希望孩子能提前入学或者希望孩子在一个“良辰吉时”出生或者产妇害怕分娩的疼痛而择期剖宫产,这不仅直接影响新生儿肠道菌群的定植,剖宫产通常还需要预防性使用抗生素并可能延迟母乳喂养的开始,间接影响新生儿的菌群。有的妈妈因为担心母乳喂养诱发乳房下垂,影响身材恢复而拒绝母乳喂养或者提前给孩子断奶,这又会进一步影响新生儿菌群的发育。为了孩子的健康,在不符合剖宫产医学指征的情况下,不要随便选择剖宫产;另外,尽可能进行纯母乳喂养,尤其是生命的前几个月。为了避免自己的痛苦而选择剖宫产或拒绝母乳喂养,最终的痛苦可能都将“报复”在孩子身上。

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