Глава 1. Методология изучения микробиома дыхательных путей

Раздел А. Анатомическая и микробная топография дыхательных путей

Дыхательные пути человека представляют собой огромную и весьма гетерогенную экосистему, представленную сотнями километров воздухоносных путей и площадью поверхности в 30 раз больше, чем поверхность кожи человека. Этот путь идет от богатой микроорганизмами глотки до мало обогащенных микроорганизмами альвеол, при этом поддерживается динамический баланс микроорганизмов. За исключением патологических состояний (таких как рвота и пищеводный рефлюкс), движение по желудочно-кишечному тракту (ЖКТ) однонаправленное (от рта в сторону прямой кишки), а также ЖКТ обладает физическими и химическими барьерами (например, кислая среда желудка, щелочное содержимое двенадцатиперстной кишки). В противоположность этому движение воздуха и микроорганизмов в дыхательных путях двунаправленное, без жестких физических барьеров между гортанью и самыми дистальными альвеолами легких.

Плотность содержания микроорганизмов в нижних дыхательных путях по крайней мере в 100 раз меньше, чем в полости рта. А это, в свою очередь, гораздо меньше, чем в нижних отделах кишечника. Таким образом, микробное воздействие на здоровые легкие чрезвычайно низко по сравнению с кишечником, однако нередко повышается при острой и хронической патологии легких, когда механизмы удаления (элиминации) микроорганизмов могут быть нарушены, а нижние дыхательные пути становятся более благоприятной средой для размножения бактерий. Временные изменения микробиома дыхательных путей хотя и менее изуче­ны по сравнению с кишечным микробиомом, но представляются более динамичными и подверженными влиянию окружа­ющей среды [1–2].

С точки зрения экологии микробиома дыхательная система человека — это последовательность ниш от ноздрей и рта к легким, в которых «проживают» различные бактериальные сообщества.

В 2010 г., в связи с широким внедрением некультуральных методов исследования микроорганизмов, системно произошла смена парадигмы «микроорганизмы — дыхательная система» [2]. Догма «здоровые легкие свободны от микроорганизмов» ушла в прошлое. На сегодняшний день постулаты знаний о респираторном микробиоме следующие:

a) здоровые нижние дыхательные пути содержат бактерии, отли­чающиеся от бактерий верхних дыхательных путей;

б) дыхательные пути пациентов с респираторными заболева­ниями содержат микробные сообщества, отличающиеся от таковых у здоровых людей.

Состав микробиома легких определяется балансом трех факторов: микробная миграция в дыхательных путях, элиминация микроорганизмов из дыхательных путей и состояние местного воспроизводства представителей микробного сообщества, определяемых местными усло­виями. Характеристики экологических ниш микробиома дыхательных путей представлены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристика экологических ниш микробиома дыхательных путей [1]

Полость носа заселена относительно простым набором бактерий с небольшими различиями в составе у детей и взрослых. Представители Corynebacterium, Propionibacterium и Staphylococcus spp. являются первичными колонизаторами полости носа и сохраняют свое доминирование до взрослого возраста, когда к ним часто присоединяется род Moraxella. Профили микробиоты носа у детей сильно варьируют в зависимости от сезона, причем осенью/зимой часто преобладают Proteobacteria и Fusobacteria.

Микробиом носоглотки — динамичная экосистема, претерпева­ющая изменения и дифференцировку в процессе взросления, что может продолжаться до 2 лет, резко отличаясь от микробиома взрослых. Первоначально носоглотка заселяется представителями Corynebacterium и Staphylococcus spp., а впоследствии дополняется родом грамположительных бактерий Dolosigranulum (в особенности у детей на грудном вскармливании), родами Alloiococcus и Moraxella. У взрослых же разнообразие видов микробиома носоглотки обычно снижается, и Corynebacterium становится обычно доминирующим родом.

Ротоглотка является анатомическим барьером между дыхательными путями и ЖКТ, что приводит к наличию в ней наиболее вариабельной бактериальной экосистемы. В ротоглотке у здоровых взрослых описаны: Streptococcus spp. (в том числе S. pneumoniae и S. pyogenes), Haemophilus spp., Neisseria spp., Prevotella spp., Veillonella spp. и Leptotrichia spp.

Состав микробиома нижних дыхательных путей (НДП) у здоровых взрослых значительно коррелирует с аналогичным составом верхних дыхательных путей, особенно ротоглотки, но отличается гораздо более низкой плотностью бактерий. Плотность бактерий меняется от 10⁵ бактерий на 1 мл в ротоглотке до 10¹–10² бактерий в 1 мл бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ). У детей, однако, дополнительно к снижению плотности отмечался больший вклад бактерий микробиома носоглотки в композицию микробиома легких (рис. 2).