Probiotika, prebiotika a synbiotika

2.5.Pozitivní vliv probiotik na makroorganismus

Probiotikům jsou připisovány různé zdraví prospěšné účinky, které se týkají převážně gastrointestinálního, urogenitálního a respiračního traktu. Patří mezi ně regulace střevní mikroflóry, stimulace imunitního systému, syntéza a zlepšení dostupnosti živin v GIT, redukce příznaků laktózové intolerance a snižování rizika některých onemocnění (Parvez a kol. 2006). Snižují vysoký krevní tlak (Yeo a Liong 2010) a pravděpodobně i vysokou hladinu cholesterolu (Ooi a Liong 2010), mají antioxidativní účinky (Songisepp a kol. 2004), zmírňují příznaky dermatitidy (Weston a kol. 2005), alergie (Ouwehand 2007) a artritidy (Baharav a kol. 2004), působí preventivně proti rakovině tlustého střeva a konečníku (Hirayama a Rafter 2000) a proti vulvovaginální kandidóze u žen (Falagas a kol. 2006), napomáhají vstřebávání minerálů (Scholz-Ahrens a kol. 2007) a léčbě bakteriálních gastroenteritid (Reid a kol. 2003). Probiotika by také mohla pozitivně působit v orální dutině při různých periodontálních onemocněních, gingivitidě a periodontitidě, účinky však zatím nejsou ověřeny (Haukioja 2010).

LAB a bifidobakterie také odstraňují (nebo vážou) těžké kovy (Halttunen a kol. 2008), cyanotoxiny (Nybom a kol. 2007) a mykotoxiny (El-Nezami a kol. 1998) z vodních roztoků in vitro. Tyto schopnosti se pravděpodobně liší mezi druhy i jednotlivými kmeny (Salminen a kol. 2010).

Pozitivní vliv na zdravotní stav hostitele mohou mít také směsi probiotik. Např. Kajander a kol. (2005) popsali zmírnění symptomů dráždivého tračníku při aplikaci směsi probiotických kmenů Lactobacillus rhamnosus GG, L. rhamnosus LC705, Bifidobacterium breve Bb99 a Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii JS.

2.5.1.Molekulární mechanismy působení probiotik na hostitelský organismus

Bylo popsáno několik mechanismů, jak mohou probiotika působit na hostitelský organismus nebo jiné mikroorganismy. Přesné mechanismy jsou z větší části neznámé, ale pravděpodobně zahrnují úpravu pH ve střevech, tvorbu antimikrobiálních látek, kompetici s patogeny o vazebná místa, živiny a růstové faktory, stimulaci imunitního systému a produkci laktázy (Parvez a kol. 2006). Mohou být ovlivněny mnoha faktory a jsou závislé na jednotlivých probiotických kmenech a jejich specifických vlastnostech. V hostitelském organizmu probiotika působí na několika úrovních. Interagují se střevním epitelem, imunitním systémem hostitele a s mikroorganismy ve střevech (Collado a kol. 2009).

2.5.1.1.Interakce probiotik se střevním epitelem

Interakce probiotik se střevním epitelem zahrnuje adhezi k mukóze a epitelu, stimulaci buněk sekretujících hlen, podporu tvorby obranných látek jako jsou třeba muciny, posílení imunitních funkcí střev, redukci zánětlivých bakteriálních infekcí a zlepšení střevní peristaltiky (Collado a kol. 2009). Většina používaných probiotických mikroorganismů pravděpodobně není schopna dlouhodobé kolonizace GIT, může však přechodně adherovat ke střevnímu epitelu (Bezkorovainy 2001). Schopnosti adheze se mezi jednotlivými kmeny liší a jsou nezbytné pro podporu rovnováhy střevní mikroflóry, enzymatické aktivity střevních bakterií a stabilizaci propustnosti střev (Katayama a kol. 1997). Střevní epitel představuje přirozenou bariéru pro patogeny a škodlivé látky ze střevního lumen. Probiotika chrání proteiny těsných spojů, které jsou hlavními determinantami propustnosti střevních stěn, před vznikem patologických netěsností v důsledku různých infekčních a zánětlivých chorob (Gill 2003).

2.5.1.2.Vliv probiotik na imunitní systém

Probiotika také ovlivňují imunitní systém hostitele. Jsou schopny stimulovat a regulovat přirozené i adaptivní imunitní odpovědi tím, že interagují s lymfoidní tkání propojenou se střevní sliznicí. Tato interakce má dalekosáhlé důsledky na lidské zdraví a může mít vliv na infekční onemocnění jako jsou třeba některé druhy rakoviny, alergických onemocnění, autoimunitních poruch či řada střevních zánětlivých chorob. Probiotika se mohou vázat na povrchové receptory střevního epitelu a indukovat humorální i buněčnou imunitní odpověď a to směrem potlačujícím i podporujícím zánětlivé reakce. Indukovaná imunitní odpověď se mezi jednotlivými druhy i kmeny liší (Cross 2002). Různé kmeny také vyvolávají produkci jiných cytokinů (Saxelin a kol. 2005). Studie na zvířatech i člověku ukázaly, že vliv probiotik na imunitní systém hostitele je závislý nejen na daném mikroorganismu, ale též na jeho dávce a imunitním stavu hostitele (Collado a kol. 2009).

2.5.1.3.Interakce probiotik s mikroorganismy

Poslední úrovní je interakce probiotik s ostatními střevními mikroorganismy. Nestabilita střevní mikroflóry je spojována s rizikem vzniku střevních infekcí a chorob a probiotika mohou tento ekosystém pomoci stabilizovat. Působení probiotik proti vzniku střevních infekcí bylo pozorováno na zvířecích modelech (Gill 2003). Interakce mezi mikroby se snadněji zkoumají in vitro nebo na jednodušších modelových organismech, extrapolace těchto výsledků na složitější organismy či člověka je však komplikovaná.

V lidském organismu probiotika prokazatelně působí proti Helicobacter pylori a Clostridium difficile (Marteau a Boutron-Ruault 2002). H. pylori je hlavním původcem gastritid, způsobuje žaludeční vředy a může zvyšovat riziko rakoviny žaludku (Saxelin a kol. 2005). Proti jeho působení se ukázal jako účinný např. Lactobacillus acidophilus LB (Canducci a kol. 2000), L. johnsonii La1 (Felley a kol. 2001) či L. gasseri LG21 (Sakamoto a kol. 2001). Probiotika se užívají také při průjmech, které způsobují patogenní kmeny C. difficile v souvislosti s antibiotickou léčbou (antibiotic-associated diarrhea, AAD) (Kyne a Kelly 2001). C. difficile produkuje řadu toxinů, mezi nimiž jsou nejdůležitějšími faktory virulence enterotoxin A a cytotoxin B (Lyerly a kol. 1988).Antitoxický účinek byl prokázán u Sacharomyces boulardii. Účinnou látkou je v tomto případě serinová proteáza o hmotnosti 54 kDa (Czerucka a Rampal 2002).

Při podání některých kmenů bifidobakterií a laktobacilů byla pozorována snížená koncentrace klostridií, Bacteroides a patogenní Escherichia coli ve stolici. Některé kmeny navíc zvyšovaly koncentraci bifidobakterií a laktobacilů endogenního původu. Probiotika ovlivňují také metabolickou aktivitu střevní mikroflóry a některé kmeny snižují aktivitu azoreduktázy, nitroreduktázy a ß-glukuronidázy, což jsou enzymy produkované bakteriemi v tlustém střevě, které přeměňují různé složky potravy na toxické produkty. Tyto enzymy by mohly mít spojitost s karcinogenezí ve střevech (Wollowski a kol. 2001).

Antimikrobiální látky produkované mléčnými bakteriemi lze rozdělit na nízkomolekulární (pod 1000 Da) organické kyseliny s širokým spektrem účinku a bakteriociny (nad 1000 Da) (Niku-Paavola a kol. 1999), proteiny nebo proteinové komplexy, které působí baktericidně na bakteriální druhy blízce příbuzné s druhem, který bakteriocin produkuje (Chen a Hoover 2003).

2.5.1.4.Antivirové účinky probiotik

Klinické studie také dokázaly, že některé probiotické kmeny, např. mohou zkracovat délku nebo snižovat riziko vzniku některých infekcí virového původu. Spolehlivě potvrzené jsou účinky proti virovým, zvláště rotavirovým, průjmům. Např. u Bifidobacterium bifidum a Streptococcus thermophilus (Saavedra a kol. 1994). Molekulární mechanismy tohoto působení probiotik nejsou zatím objasněny, pravděpodobně to však bude zejména úprava vnitřního prostředí GIT, možná je i produkce antivirových látek (Salminen a kol. 2005). Některé probiotické kmeny, např. Lactobacillus rhamnosus GG nebo Bifidobacterium lactis Bb-12, také dokáží rotavirové částice vázat a inaktivovat (Salminen a kol. 2010). Pozitivní vliv mají probiotika také na virové infekce respiračního traktu u dětí (Giovannini a kol. 2007).

2.5.2.Dávkování probiotik

Množství probiotických mikroorganismů, které je třeba pro zprostředkování výše popsaných účinků v hostitelském organismu, je těžko stanovitelné, protože se jen velmi obtížně odhaduje počet bakterií, které se dostanou do střeva životaschopné. Většinou se však za účinné množství považuje denní dávka 10⁸ až 10¹⁰ CFU (colony forming units)/ml (Frič 2007). Japonská asociace Fermented Milks and Lactic Acid Bacteria Beverages Association požaduje ve funkčních potravinách (viz kap. 9.) na konci jejich doby trvanlivosti přítomnost 10⁷ CFU/ml probiotických mikroorganismů jako minimální množství (Ishibashi a Shimamura 1993).

Někteří autoři kromě orálního podávání zmiňují i jiné způsoby aplikace. Sheil a kol. (2004) popsali podkožní aplikaci kmene Lactobacillus salivarius 118 u myší, který i při tomto podání působil na imunitní systém myší a zmírňoval u nich projevy kolitidy a artritidy. Problém při parenterálním podání však mohou způsobit peptidoglykany v buněčné stěně grampozitivních bakterií, tedy i laktobacilů, které mohou vyvolat vznik vedlejších účinků jako jsou horečka, artritida, kardioangiitida, hepatobiliární léze nebo autoimunitní onemocnění (Schwab 1993).