המיקרוביום האנושי -היקום הפנימי שלנו

 

מהו המיקרוביום, היכן הוא נמצא ומה משפיע על גודלו והרכבו. מסע לתוך המערכת האקולוגית הפנימית שלנו על מנת להעריך את אוכלוסיית החיידקים במערכת העיכול האנושית

מאת: שרון דבוש חלילי, דיאטנית קלינית , מאפיית דגנית עין בר 

מערכת העיכול האנושית היא הרבה יותר מאשר צינור פשוט לעיבוד מזון; היא מהווה מערכת אקולוגית משגשגת, ביתם של טריליוני מיקרואורגניזמים המכונים ביחד המיקרוביום. לאחרונה, חלה עלייה משמעותית בהתעניינות המדעית במיקרוביום ובהשפעתו העמוקה על בריאות האדם. מעבר לתפקידו המוכר בעיכול, המיקרוביום משפיע על מערכת החיסון, על מצב הרוח ואפילו על ההתנהגות. ניתן לדמות את מערכת העיכול כ"יקום פנימי" –  מערכת אקולוגית המכילה מספר העצום ומגוון של מיקרואורגניזם. על מנת לשמור עליה במיטבה נדרשים  איזון והרמוניה. חשוב לציין כי מערכת העיכול, לאחר העור, היא נקודת המגע העיקרית של גופנו עם העולם המיקרוביאלי החיצוני, עובדה המדגישה את חשיבותה באינטראקציה הכוללת שלנו עם מיקרואורגניזמים.

 

המסע העיכולי: בית גידול לחיידקים

המזון שאנו אוכלים עובר מסע מורכב דרך מערכת העיכול, מסע שמתחיל בפה, ממשיך דרך הוושט  אל הקיבה, לאחר מכן למעי הדק (המחולק לתריסריון, ג'ג'ונום ואיליאום), ולבסוף למעי הגס (הכולל את המעי הגס עצמו, החלחולת ופי הטבעת). איברים נוספים המשתתפים בתהליך העיכול כוללים את הכבד, כיס המרה והלבלב. כל אחד מהאיברים הללו מספק סביבה ייחודית המאופיינת בדרגת חומציות  שונה, זמן מעבר משתנה של המזון וזמינות משתנה של חומרי הזנה. תנאים אלה מעצבים את סוגי וכמויות החיידקים שיכולים להתגורר בכל אחד מהאיברים. המסע של המזון אינו רק תהליך של פירוק חומרי הזנה; הוא גם תהליך סלקטיבי עבור החיידקים המאכלסים אותו, כאשר תנאים ספציפיים בכל שלב מעודדים צמיחה של מינים מסוימים על פני אחרים. הבנת המסע הזה והתנאים השונים שהוא מציב חיונית להבנת התפלגות החיידקים במערכת העיכול.

 

מפקד אוכלוסין מיקרוביאלי: הערכה של עומס חיידקי במערכת העיכול שלנו

א. הפה: כניסה צפופה

חלל הפה הוא נקודת הכניסה הראשונה של מזון ומיקרואורגניזמים  למערכת העיכול. הוא מהווה בית גידול מגוון לחיידקים, וההערכות לגבי מספר החיידקים בו נעות בין מיליארדים לטריליונים. מעניין לציין כי מספר מיני החיידקים בפה מוערך בכ-500 עד 700 חיידקים אלה נמצאים ברוק ובפלאק הדנטלי, כאשר ריכוזם בפלאק גבוה משמעותית מזה שברוק. למרות שריכוז החיידקים בפה גבוה, המספר הכולל של חיידקים בפה נמוך משמעותית מזה שבמעי הגס. הסיבה לכך היא הנפח הקטן יחסית של הרוק (פחות מ-100 מ"ל) והפלאק הדנטלי (פחות מ-10 מ"ל).

ב. הושט: תחנת מעבר קצרה

הוושט היא צינור שרירי שאורכו כ-25 ס"מ ומחבר את הלוע לקיבה. בעבר, סברו כי הוושט היא סביבה סטרילית או מכילה מספר קטן מאוד של חיידקים חולפים. עם זאת, מחקרים עדכניים הראו כי קיימת מיקרוביוטה המקושרת למשטחים הריריים של הוושט. רוב החיידקים שנמצאו בוושט דומים לאלה המצויים בחלל הפה. האופי החולף של המיקרוביוטה של  הוושט מרמז שהסביבה החומצית של הקיבה פועלת כמחסום יעיל, המונע גדילה  נרחבת של חיידקים המגיעים מהפה.

ג. הקיבה: חזית חומצית

הקיבה היא איבר שרירי הממוקם בחלק העליון של הבטן, והיא מאופיינת בסביבה חומצית ביותר. סביבה קיצונית זו מהווה מחסום משמעותי להישרדות רוב החיידקים, ולכן ספירת החיידקים בקיבה נמוכה יחסית, ונעה בין 10^3 ל-10^4 חיידקים למיליליטר. למרות זאת, קיימים חיידקים מסוימים שהתפתחו לשרוד בסביבה חומצית זו, ביניהם החיידק הליקובקטר פילורי, הקשור בהיווצרות כיב קיבה. חומציות הקיבה משמשת מנגנון הגנה חשוב מפני פתוגנים שנבלעים עם המזון, אך קיומם של חיידקים עמידים לחומצה מדגים את יכולת ההסתגלות המדהימה של החיים המיקרוביאליים.

ד. המעי הדק: אזור מעבר

המעי הדק, מחולק לשלושה חלקים: התריסריון, הג'ג'ונום והאיליאום, והוא מהווה את האתר העיקרי לספיגת חומרי הזנה. העומס החיידקי במעי הדק גדל בהדרגה מהתריסריון לאיליאום. בחלקו הקדמי של המעי הדק, בתריסריון ובג'ג'ונום, ספירת החיידקים נמוכה יחסית, ונעה בין 10^3 ל-10^4 חיידקים למיליליטר, בעיקר בגלל השפעת חומציות הקיבה והמרה. באיליאום, החלק הסופי של המעי הדק, ספירת החיידקים גבוהה יותר ויכולה להגיע עד ל-10^8 חיידקים למיליליטר. הגידול בעומס החיידקי לאורך המעי הדק משקף את הנטרול ההדרגתי של חומצת הקיבה ואת זמינות חומרי ההזנה הגדלה ככל שהמזון מתקדם.

ה. המעי הגס (קולון): מטרופולין מיקרוביאלי

המעי הגס הוא בית הגידול המיקרוביאלי הצפוף ביותר בגוף האדם. ספירת החיידקים במעי הגס מוערכת בכ-10^11 חיידקים לגרם צואה, והמספר הכולל של חיידקים במעי הגס מוערך בכ-10^13 עד 10^14. במעי הגס קיים מגוון עצום של מיני חיידקים, הנע בין 300 ל-1000 מינים שונים. מעריכים כי משקלם של כלל החיידקים במעי הגס הוא כ 2 ק"ג ! חיידקים מהווים חלק משמעותי מחומר הצואה ומשפיעים על צבעה, מרקמה והריח שלה. סביבת המעי הגס, עם זמן המעבר האיטי יחסית של התוכן ושפע המזון הלא מעוכל, מספקת תנאים אידיאליים לשגשוג של קהילה מיקרוביאלית מגוונת וצפופה. הריכוז הגבוה של חיידקים בצואה הופך אותה למקור נגיש ונוח לחקר המיקרוביום של המעי, למרות שייתכן שהיא אינה משקפת באופן מלא את הקהילות המיקרוביאליות בחלקים אחרים של מערכת העיכול.

הדמיה של הנוף המיקרוביאלי

 

טבלה: עומס חיידקי משוער במערכת העיכול האנושית

איבר	עומס חיידקי משוער (סדר גודל)	הערה
פה	10^9 – 10^11	ריכוז גבוה, נפח נמוך יחסית
ושט	10^4	מעט חיידקים, דומים לחיידקי הפה
קיבה	10^3 – 10^4	סביבה חומצית מאוד, מעט חיידקים עמידים לחומצה
מעי דק (תריסריון)	≤ 10^3	סביבה פחות חומצית מהקיבה
מעי דק (ג'ג'ונום)	10^3 – 10^6	עלייה במספר החיידקים בהשוואה לתריסריון
מעי דק (איליאום)	10^8	ספירת החיידקים הגבוהה ביותר במעי הדק
מעי גס (קולון)	10^11 / גרם צואה	האוכלוסייה הצפופה ביותר, מגוון מינים רחב ביותר

 

למה כל כך הרבה? גורמים המשפיעים על מספר החיידקים

ההבדלים המשמעותיים בעומס החיידקי לאורך מערכת העיכול נובעים ממספר גורמים מרכזיים. החומציות החזקה של הקיבה היא גורם משמעותי המפחית את הישרדותם של רוב החיידקים. זמן המעבר של המזון דרך מערכת העיכול משחק גם הוא תפקיד חשוב; המעבר המהיר יחסית של התוכן במעי הדק העליון מגביל את צפיפות  החיידקים בהשוואה למעבר האיטי יותר במעי הגס. זמינות חומרי ההזנה היא גורם נוסף; שפע המזון הלא מעוכל במעי הגס מספק משאבים רבים לצמיחת חיידקים. זו הסיבה שלתזונה שלנו השפעה משמעותית על המיקרוביום והדיאטה שלנו היא בעלת חשיבות עבור החיידקים המועילים במעיים שלנו.   לקריאה נוספת בנושא השפעות התזונה והתפריט על המיקרוביום שלנו במאמר: מתגעגעים ללחם? גם המיקרוביום שלכם.  מחקרים מראים כי לצריכה של סיבים תזונתיים בכלל וסיבים תזונתיים פרה ביוטיים בפרט יש השפעה חיובית של שגשוג, התרבות וגדילה של החיידקים המועילים במעיים שלנו. לקריאה בנושא השפעת סיבים תזונתיים פרה ביוטיים על חיידקי המעי במאמר סיבים פרה ביוטיים בשירות מערכת העיכול 

בנוסף, חומרים אנטי-מיקרוביאליים כמו חומצות מרה והפרשות לבלב במעי הדק מווסתים את אוכלוסיות החיידקים.

 מערכת העיכול היא סביבה מוסדרת  שבה הפיזיולוגיה של המארח, התזונה שלו ותנאי הסביבה שהוא מעצב בהתנהגותו ומעשיו מעצבת באופן פעיל את ההרכב והשפע של תושביה המיקרוביאליים.

מסקנה: עולם בתוך עולם

למיקרוביום של המעי תפקידים מכריעים רבים בבריאות האדם. הוא מסייע בעיכול פחמימות מורכבות וייצור חומצות שומן קצרות שרשרת מועילות, מסנתז ויטמינים מסוימים כמו ויטמין K וויטמיני B, מסייע בוויסות מערכת החיסון ומגן מפני פתוגנים, ואף עשוי להשפיע על מצב הרוח ובריאות המוח דרך ציר המעי-מוח. הפרעות במיקרוביום נקשרו למחלות שונות. שמירה על מיקרוביום מעי בריא ומגוון חיונית לרווחה כללית. לתזונה ואורח חיים יש השפעה משמעותית על המיקרוביום שלנו.

מסע המזון דרך מערכת העיכול הוא גם מסע של אינטראקציה מורכבת עם קהילות מיקרוביאליות עצומות ומגוונות. המעי הגס בולט כאתר המיקרוביאלי הצפוף ביותר בגופנו. המחקר בתחום המיקרוביום נמצא בעיצומו, ומתגלים עוד ועוד תפקידים מורכבים ומשמעותיים שהוא ממלא בבריאות האדם. השינוי בהבנת היחס בין חיידקים לתאים אנושיים , הממצאים המעידים כי  החומר הגנטי של המיקרוביום שלנו  גדול פי 10 מסך החומר הגנטי המאוחסן בתאי גופנו מדגיש את האופי הדינמי של הידע המדעי בתחום זה ואת הצורך במחקר מתמשך. גופנו הוא למעשה מערכת אקולוגית מורכבת שבה תאים אנושיים ותאים מיקרוביאליים מתקיימים ופועלים יחד בדרכים מורכבות. 

 

מקורות: 

1. 1. Gut Microbiome: Essential Tool for Digestion – and More | AMNH, https://www.amnh.org/exhibitions/the-secret-world-inside-you/gut-microbiome
   2. What Is Your Gut Microbiome? – Cleveland Clinic, , https://my.clevelandclinic.org/health/body/25201-gut-microbiome
   3. Illustration of the digestive system labeled – Media Asset – NIDDK, https://www.niddk.nih.gov/news/media-library/18162
   4. Diagram Of Digestive System – BYJU'S, , https://byjus.com/biology/diagram-of-digestive-system/
   5. Digestive organs: Diagram, stomach, intestines, and more – Medical News Today, https://www.medicalnewstoday.com/articles/stomach-diagram
   6. Regional Diversity of the Gastrointestinal Microbiome – PMC – PubMed Central, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6750279/
   7. Anatomy and Normal Microbiota of the Digestive System | Microbiology – Lumen Learning, https://courses.lumenlearning.com/suny-microbiology/chapter/anatomy-and-normal-microbiota-of-the-digestive-system/
   8. The Human Gut Microbiome – IFFGD, https://iffgd.org/gi-disorders/the-human-gut-microbiome/
   9. Compositional and Functional Features of the Gastrointestinal Microbiome and Their Effects on Human Health – PMChttps://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4181834/
   10. How Does Your Gut Microbiome Impact Your Overall Health? – Healthline, https://www.healthline.com/nutrition/gut-microbiome-and-health
   11. Human gut microbiota in health and disease: Unveiling the relationship – Frontiers, https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2022.999001/full
   12. Gut microbiota: Definition, importance, and medical uses https://www.medicalnewstoday.com/articles/307998
   13. What defines a healthy gut microbiome?, https://gut.bmj.com/content/73/11/1893
   14. Introduction to Gut Bacteria – Guts UK, https://gutscharity.org.uk/advice-and-information/health-and-lifestyle/introduction-to-gut-bacteria/
   15.