Обкуренный микробиом. Как курение вызывает дисбиоз и провоцирует опасные заболевания
Медицинский журналист Екатерина Творогова — о нарушении микробиоты и связанных с этим болезнях у курильщиков.
Функционал микробов, населяющих наше тело, невероятно разнообразен: они управляют иммунитетом, метаболизмом, выработкой гормонов. При этом курение убивает полезную микробиоту полости рта, дыхательных путей, кишечника и способствует их колонизации патогенами. Это повышает риск развития пародонтита, хронической обструктивной болезни легких, болезни Крона и различных видов рака. Рассказываем о том, какие болезнетворные бактерии поселяются у курильщиков.
Воздействие курения на микробиом
Микробы обитают во всех экологических нишах человека, включая полость рта, поверхность кожи, кишечный тракт и дыхательные пути. Наш микробиом невероятно разнообразен: в нем содержится более 10 тысяч разных видов микроорганизмов. Но самое удивительное — это количестве генов, которые эти микробы несут: в среднем их в 360 раз больше, чем генов человека.
За счет невероятного генетического потенциала микробиом выполняет множество полезных функций и поддерживает порядок в нашем организме. Однако это происходит только в том случае, если человек ведет здоровый образ жизни. Микробиом очень чувствителен к вредным привычкам, включая курение. Под воздействием сигаретного дыма, содержащего кучу токсинов, он превращается из мирного соседа и помощника во врага своего хозяина. Так возникают тяжелые заболевания, с которыми непросто бороться.
Существует несколько механизмов, с помощью которых курение нарушает функциональный состав микробиома:
- В микробиоме курильщиков поселяются патогены, содержащиеся непосредственно в самих сигаретах. С помощью технологии секвенирования в сигаретах, произведенных в Евросоюзе, было выявлено 15 различных классов бактерий, в том числе патогены, способные вызывать у человека пневмонию, бактериемию, заболевания желудочно-кишечного тракта, менингит, эндокардит, инфекции мочевыводящих путей.
- В организме курильщиков макрофаги и нейтрофилы увеличиваются в размерах и теряют способность к фагоцитозу патогенных микроорганизмов. Возникшая иммуносупрессия приводит к размножению болезнетворных бактерий.
- Курение влияет на важные параметры микробиоты, включая содержание кислорода, рН, выработку кислоты. В таких условиях далеко не все бактерии способны выживать. Например, бифидобактерии, продуцирующие бутират с противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами, при низком содержании кислорода погибают. Многие патогены, наоборот, демонстрируют устойчивость к задымленной микросреде.
- Под воздействием сигаретного дыма некоторые вредные бактерии увеличивают создание биопленки, которая их защищает от атак иммунной системы хозяина и антибиотиков. Например, к таким бактериям относятся Streptococcus pneumoniae — возбудители пневмококковой инфекции.
Таким образом курение нарушает гомеостаз микробиоты и приводит к преобладанию вредных бактерий над полезными, что создает благоприятную почву для возникновения воспаления. Последствия возникшего дисбиоза могут варьировать от развития пародонтита до формирования злокачественных новообразований.
Агрессивные пародонтопатогены
На микробиом полости рта приходится первый удар болезнетворного воздействия аммиачных и феноловых соединений, никотина и дегтя, входящих в состав сигаретного дыма. Токсичные компоненты и бактерии сигарет с помощью иммуносупрессии, кислородного голодания и других механизмов нарушают нормальный состав микробиоты ротовой полости, что приводит к возникновению стоматологических заболеваний и других патологий.
Один из признаков здорового микробиома — разнообразие. Однако этот показатель относительный, так как очень важно, какими видами бактерий представлен микробиом. Микробиота полости рта курильщиков нашпигована различными болезнетворными бактериями, а полезных микроорганизмов в ней очень мало. Ее постоянные обитатели — бактерии, входящие в так называемый красный микробный комплекс. Это микроорганизмы с очень высокой патогенностью, которые отличаются особым агрессивным воздействием на пародонт и ответственны за развитие тяжелых форм пародонтита, приводящих к кровоточивости и болезненности десен, подвижности и выпадению зубов.
У заядлых курильщиков риск развития пародонтита возрастает на 90%. Исследование с участием 23 376 человек продемонстрировало: выкуривание ≥ 15 сигарет в день увеличивает риск выпадения зубов более чем в три раза у мужчин и более чем в два раза у женщин.
К представителям красного микробного комплекса относятся бактерии Porphyromonas gingivalis. Курильщики гораздо более восприимчивы к персистирующей инфекции P. gingivalis, чем некурящие. Сигаретный дым создает бескислородную среду, которая способствует росту и размножению этих патогенов, а также подталкивает их создавать биопленку.
Курение усиливает факторы вирулентности (болезнетворные свойства) P. gingivalis и других пародонтопатогенов. Обкуренные бактерии увеличивают выработку липополисахаридов и прочих токсинов, вызывающих воспаление и разрушение здоровых тканей.
Дисбиоз полости рта, вызванный курением, ассоциируется не только с пародонтитом, но и с более грозными заболеваниями. Пародонтопатогены и продуцируемые ими факторы воспаления могут попадать в системный кровоток и распространяться по всему организму. Также они способны со слюной проникать в дыхательные пути и легкие.
Пародонтопатогены признаны провокаторами тяжелых респираторных заболеваний, включая пневмонию, хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ), астму. P. gingivalis может участвовать в возникновении различных злокачественных заболеваний, включая рак легких. Также этот патоген обнаруживается в головном мозге пациентов с болезнью Альцгеймера, что указывает на его способность преодолевать гематоэнцефалический барьер, отделяющий ЦНС от кровеносной системы.
Посмертные исследования демонстрируют, что в нервной ткани людей с альцгеймеровской деменцией в семь раз выше концентрация липополисахаридов, специфичных для P. gingivalis, чем в здоровой контрольной ткани. Крупномасштабное исследование NHANES-III выявило обратную связь между уровнем антител к P. gingivalis в полости рта и функциями памяти у пожилых людей. Длительный хронический пародонтит, вызванный этими патогенами, признан предиктором прогрессирования когнитивных нарушений и развития слабоумия.
Дисбиоз дыхательных путей
Верхние и нижние дыхательные пути курильщиков представляют собой жалкое зрелище: они, как и их ротовая полость, колонизированы большим количеством патогенов. В ротоглотке у курящих обитает много болезнетворных бактерий-анаэробов (Streptococcus, Veillonella), которым для роста и размножения не требуется кислород.
В прокуренных легких обнаруживаются:
- S. maltophilia — бактерии, способные вызывать муковисцидоз, формировать биопленки и вырабатывать бета-лактамазы, подавляющие действие антибиотиков.
- S. marcescens — виновники многих инфекционных заболеваний, растущие на сигаретном табаке и попадающие в легкие через табачные хлопья.
- C. metallidurans — возбудители вторичных инфекций у лиц с ослабленным иммунитетом.
Дисбиоз дыхательных путей, как и дисбиоз полости рта курильщиков, ассоциируется с повышенным риском астмы, ХОБЛ, рака легкого. Клиническими исследованиями доказано, что злокачественные новообразования, в том числе легочная карцинома, имеют специфическую микробиоту, и ее формирование начинается задолго до манифестации рака. Ученые активно изучают признаки опухолевой микробиоты и применяют их для оценки риска развития рака.
Канадские ученые исследовали микробиом дыхательных путей у 345 здоровых курильщиков и наблюдали за ними в течение 10 лет. У 18 человек за этот период развился рак легкого. Сравнение образцов микробиоты, полученных в начале исследования, позволило выявить предикторы образования легочной карциномы и разработать классификатор для оценки онкориска у курящих пациентов.
К предикторам рака легких ученые отнесли изобилие бактерий класса Bacilli, родов Streptococcus и Paenibacillus.
Точность разработанной системы была проверена на когорте из 45 курильщиков. У пяти испытуемых секвенирование выявило признаки опухолевого микробиома. У четырех рак легкого развился спустя 1,29 года с момента отбора проб, у пятого — спустя 4,43 года.
Связь между изменениями микробиома и развитием рака настолько сильна, что Американская ассоциация исследований рака включила полиморфные микробиомы в перечень главных признаков злокачественных новообразований наряду со старением клеток и их способностью изменять свой фенотип.
Гибель полезной кишечной микробиоты
Дисбиоз кишечника, связанный с курением, повышает риск тяжелых заболеваний ЖКТ, включая болезнь Крона и колоректальный рак. Злокачественные новообразования толстого кишечника становятся причиной около 700 тыс. смертей в год и по распространенности занимают второе место после рака легких. Один из главных факторов риска колоректального рака — хроническое воспаление, которое может быть связано с нарушением гомеостаза кишечной микробиоты.
Курение — убийца бифидобактерий, продуцирующих бутират и другие короткоцепочные жирные кислоты (КЦЖК) с противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами. В кишечнике онкопациентов количество этих бактерий гораздо ниже по сравнению со здоровыми людьми. Недостаток КЦЖК, особенно бутирата, в тканях толстой кишки способствует трансформации нормальных клеток в раковый фенотип. Сигаретный дым изменяет состав муцина, вырабатываемого эпителиальными клетками, что вызывает воспаление и играет ключевую роль в развитии колоректального рака.
Курение связано с высоким риском инфекции Clostridioides difficile, приводящей к широкому спектру клинических проявлений: от легкой диареи без лихорадки до тяжелого псевдомембранозного колита с летальным исходом.
Лонгитюдное исследование с участием 16 781 испытуемого продемонстрировало: у курильщиков вероятность развития инфекции C. difficile выше на 80%.
Виды C. difficile обнаруживаются в большинстве тестируемых образцов сигарет. В частности, они выявляются в 100% сигарет Camel и Kool Filter Kings и 80% сигарет Marlboro Red и Lucky Strike Original Red. Незажженные сигареты — потенциальный источник патогенов. Кроме того, бактерии способны выживать в процессе курения и остаются жизнеспособными в прокуренных фильтрах.
Помимо заболеваний ЖКТ, обкуренный кишечный микробиом ассоциируется с целым рядом системных аутоиммунных заболеваний, включая рассеянный склероз, ревматоидный артрит, системную красную волчанку. Микробиота кишечника поддерживает гомеостаз иммунной системы хозяина. При дисбиозе она выходит из-под контроля и повреждает клетки собственного организма.
Изменения кишечной микробиоты, связанные с курением, обратимы: уже через четыре недели после отказа от табака наблюдается тенденция к увеличению альфа-разнообразия микробиома по сравнению с исходным уровнем.
Полезные эффекты пробиотиков и диеты для курильщиков
Появляется всё больше доказательств того, что с помощью воздействия на кишечную микробиоту можно влиять на тягу к курению. Пробиотики, особенно Bifidobacterium, рассматриваются как перспективное средство лечения никотиновой зависимости.
Существует ось кишечник—мозг — двусторонняя связь между желудочно-кишечным трактом и центральной нервной системой. Bifidobacterium через блуждающий нерв посылает сигналы из кишечника в мозг, что повышает выработку дофамина в ЦНС. Этот нейромедиатор — важная часть «системы вознаграждения», повышение его уровня компенсирует эйфорию от курения и смягчает никотиновую абстиненцию. Кроме того, бифидобактерии отвечают за биосинтез и других нейромедиаторов, способствующих борьбе с зависимостями, включая серотонин и ГАМК.
Метаболиты, в том числе КЦЖК, и компоненты бифидобактерий влияют на функции микроглии, работу миндалевидного тела, играющего ключевую роль в формировании эмоций. Их недостаток, наблюдаемый при дисбиозе, вызывает повышенную тревожность, фобии и депрессию, что повышает риск никотиновой зависимости или делает человека неспособным бросить курить. Повышение уровня бифидобактерий в кишечнике нивелирует эти эффекты.
Доказан лечебный потенциал пробиотиков в отношении заболеваний, ассоциированных с курением, в том числе пародонтита. Стандартные медикаменты, применяемые для его лечения, — антибиотики, антисептики, противовоспалительные средства. Однако эти препараты не только эффективно уничтожают патогены, но и негативно влияют на ткани пародонта. Пробиотики лишены этого недостатка. Кроме того, они обладают мощными противовоспалительными свойствами.
Ижевские медики провели исследование с участием ста пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом. Испытуемых разделили на две группы: первую лечили с помощью пародонтальных инстилляций с пробиотиками и обработки пародонтальных карманов антисептиками, вторая группа получала только антисептическую терапию. Курс лечения составил 3–5 процедур в зависимости от тяжести заболевания.
После лечения у пациентов обеих групп наблюдалось значительное снижение воспаления пародонта, однако дальнейшее наблюдение показало, что комбинированная терапия с пробиотиками дает более длительный клинический эффект. В первой группе даже спустя полгода сохранились низкие показатели воспаления десны. Во второй группе состояние полости рта стало ухудшаться уже через три месяца после лечения, через полгода оно вернулось к исходным данным.
Снизить риск некоторых заболеваний, связанных с курением, позволяет диета. 11-летнее исследование с участием 35 339 женщин продемонстрировало обратную связь между потреблением пищевых волокон и развитием хронической обструктивной болезни легких. У нынешних и бывших курильщиц, потреблявших ≥ 26,5 г клетчатки в сутки, риск заболевания снижался на 26% и 36% соответственно.
Пищевые волокна служат кормом для кишечных бактерий. Когда микробы их едят, они выделяют короткоцепочечные жирные кислоты, способные изменять иммунный ответ на воспаление легких.