Vliv probiotik na průběh střevních zánětů

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat Vliv probiotik na průběh střevních zánětů Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. MVDr. Zbyšek Sládek, Ph.D. Vypracovala: Kateřina Hönigová Brno 2017

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem práci: Vliv probiotik na průběh střevních zánětů vypracovala samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů, a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědoma, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne:.. podpis

Zadání

PODĚKOVÁNÍ Mé poděkování patří nejvíce vedoucímu práce prof. MVDr. Zbyšku Sládkovi, PhD. za jeho odborné vedení, připomínky, rady, cenné informace, ochotu a zejména za jeho čas, který mi věnoval. Dále bych ráda poděkovala své rodině, nejbližšímu okruhu přátel, svému příteli a jeho rodině za psychickou podporu v průběhu celého studia.

ABSTRAKT Probiotická terapie představuje v dnešní době potenciální možnost prevence řady onemocnění, zmírnění jejich příznaků, v některých případech může standardní léčbu dokonce nahradit. Tato práce shrnuje aktuální vědecké poznatky o působení probiotik na vybraná střevní onemocnění. První část pojednává o jednotlivých rodech probiotických bakterií a jejich bližší charakteristice. Další část je věnována anatomické a histologické stavbě trávicí soustavy pro bližší pochopení základních mechanismů účinku probiotik, kterým je značná část práce také věnována. Nejobsáhlejší část práce se týká analýzy jednotlivých onemocnění se zaměřením na idiopatické střevní záněty a potenciálního využití probiotické terapie. Zahrnuje výsledky aktuálních vědeckých studií o účincích probiotik na tato onemocnění. Na závěr jsou popsaná potenciální možná rizika a nevýhody spojené s užíváním probiotik. Tato práce tak může sloužit jako shrnutí aktuálních vědeckých studií zaměřených na použití probiotik v léčbě vybraných střevních onemocnění. KLÍČOVÁ SLOVA: probiotika, gastrointestinální trakt, imunita, probiotická terapie, průjmová onemocnění, zánětlivá onemocnění střev, Crohnova choroba, ulcerózní kolitida ABSTRACT Probiotic therapy presents potential prevention of many diseases, moderation their symptoms or in some cases it could eventually replace standard medication. This thesis sums up actual findings about effect of probiotics on intestinal diseases. First part is about genus of probiotic bacteria and their characteristic. Next part is about anatomic and histologic structure of the digestive system for better understanding of probiotic effect mechanism. The most extensive part of the thesis is about individual diseases and their analysis. Focus was taken on idiopatic intestinal diseases and potential use of probiotic therapy. This part includes actual findings about effect of probiotics on these diseases. In the end there are possible risks and cons of probiotic usage. This thesis could be used as summary of all actual findings focused on use of probiotics in intestinal disease treatment. KEY WORDS: probiotics, gastrointestinal tract, immunity, probiotic therapy, diarrheal disease, inflammantory bowel disease, Crohn's disease, ulcerative colitis

OBSAH 1 Úvod a cíl práce... 8 2 Literární přehled... 9 2.1 Charakteristika probiotik a jejich aspekty... 9 2.2 Historie termínu... 11 2.3 Charakteristika jednotlivých kmenů... 13 Rod Lactobacillus... 13 Rod Bifidobacterium... 14 Rod Streptococcus... 15 Rod Enterococcus... 16 Rod Lactococcus... 16 2.4 Gastrointestinální trakt... 17 Anatomie gastrointestinálního traktu... 17 Role střevní slizniční bariéry v obraně hostitele... 19 Mikrobiální ekologie trávicího traktu... 19 2.5 Pozitivní účinky probiotik na organismus... 21 Inhibice patogenů a toxinů... 22 Zvýšení epiteliální bariéry... 23 Modulace střevního imunitního systému... 23 2.6 Prebiotika a synbiotika... 26 2.7 Probiotické potraviny a přípravky... 27 2.8 Probiotická terapie... 28 Průjmová onemocnění... 28 Laktózová intolerance... 30 Zánětlivá onemocnění střev... 30

Prevence nádorových onemocnění... 34 2.9 Rizika spojená s užíváním probiotik... 38 3 Závěr... 40 4 Použitá literatura... 41 5 Seznam použitých zkratek... 50 6 Seznam použitých obrázků... 51

1 ÚVOD A CÍL PRÁCE Příznivý vliv probiotik na zdraví spotřebitele je v současné době velmi aktuálním tématem. Pozornost je věnována především zlepšení zdravotního stavu úpravou složení střevní mikroflóry. Probiotika jsou definována jako živé mikrobiální doplňky stravy, které prospívají zdraví spotřebitelů udržením nebo zlepšením jejich střevní mikrobiální rovnováhy. Při jejich užívání dochází ke stimulaci růstu prospěšných mikroorganismů, usmrcení potenciálně škodlivých bakterií a posílení přirozených obranných mechanismů těla. Důležitou součástí imunitního systému je gastrointestinální trakt, jehož role v obranných mechanismech těla bývá však často podceňována. Je to právě střevo, které vytváří skutečnou obranyschopnost těla, na které se podílí střevní mikroflóra, střevní sliznice a střevní imunitní systém. Pokud je rovnováha střevní mikroflóry narušena, dochází k přemnožení patogenních bakterií způsobujících různé zažívací problémy, které mohou vyústit až v řadu nepříjemných závažných onemocnění, jako jsou alergie, průjmová onemocnění, zánětlivá onemocnění střev, rakovina střeva a další. Narušenou střevní rovnováhu upravují prospěšné probiotické bakterie, které příznivě ovlivňují složení střevní mikroflóry. Probiotika tak mohou sloužit nejen jako prevence, ale také jako podpůrná terapie řady onemocnění. Vzhledem k významnosti výše popsaných faktů je cílem této bakalářské práce shrnout aktuální poznatky o probiotických bakteriích a jejich využití ve výživě člověka a zvířat, charakterizovat jednotlivé probiotické kmeny a shrnout jejich využití v probiotické terapii vybraných onemocnění. 8

2 LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 Charakteristika probiotik a jejich aspekty Probiotika jsou živé mikrobiální doplňky stravy, které prospívají zdraví spotřebitelů udržením nebo zlepšením jejich střevní mikrobiální rovnováhy. Fuller v roce 1989 uvedl podmínky, které by dobrá probiotika měla splňovat. Jednalo se o následující: 1. Probiotický kmen by měl být schopen příznivě ovlivnit hostitele, např. hostitelský organismus bude při užívání probiotik odolnější vůči nemocem. 2. Tato probiotika by měla být nepatogenní a netoxická. 3. Mělo by se jednat o životaschopné buňky, nejlépe přítomné ve velkých množstvích. 4. Měla by mít schopnost přežít a metabolizovat ve střevním prostředí, např. odolávat nízkému ph, organickým kyselinám a žluči. 5. Je třeba, aby probiotika byla stabilní při skladování. 6. Musí být schopna přilnout k cílové tkáni (Fuller, 1989). Několik aspektů, včetně bezpečnostních, funkčních a technologických vlastností, je třeba vzít v úvahu při procesu výběru probiotických mikroorganismů. Bezpečnostní aspekty zahrnují specifikace jako je původ (zdravého lidského gastrointestinálního traktu), nepatogenitu a vlastnost antibiotické rezistence. Funkční aspekty zahrnují životaschopnost a vytrvalost v gastrointestinálním traktu, imunomodulaci, antagonistické a antimutagenní vlastnosti. Před tím, než jsou probiotické kmeny vybrány na základě svých dobrých bezpečnostních a funkčních vlastností, musí být nejprve schopny čelit výrobě v průmyslových podmínkách. Kromě toho musí přežít a zachovat si svoji funkčnost při skladování a následně také v potravinách, do nichž mají být zasazeny, aniž by způsobovaly pachuť. Faktory související s technologickými a senzorickými aspekty probiotické výroby potravin mají zásadní význam, neboť pouze tím, že splní požadavky spotřebitele, může potravinářský průmysl uspět v podpoře spotřeby funkčních probiotických výrobků v budoucnu (Mattila-Sandholm et al., 2002). 9

Použití probiotických bakteriálních kultur stimuluje růst preferovaných mikroorganismů, vytlačuje potenciálně škodlivé bakterie a posiluje přirozené obranné mechanismy těla. Dnes existuje spousta důkazů pozitivních účinků probiotik na lidské zdraví (Salminen et al., 1998). Vybrané blahodárné klinické účinky probiotik: Modulace střevní flóry, modulace imunitní odpovědi, snížení aktivity fekálních enzymů, zlepšení zácpy, zmírnění symptomů atopické dermatitidy u dětí, prevence, snížení výskytu, nebo léčba průjmových onemocnění (spojených s užíváním antibiotik, virových, cestovatelských atd.), pozitivní účinky na povrchový karcinom močového měchýře a rakoviny děložního čípku. Bylo zjištěno, že ne všechny blahodárné účinky lze přičíst všem probiotickým kmenům, ale že prospěšné účinky jsou kmenově specifické (Saarela et al., 2000). Při výběru probiotického kmene musí být bráno v úvahu několik aspektů: Tolerance kyselin a žaludečních šťáv, tolerance žluči (důležitá vlastnost pro přežití v tenkém střevě), přilnavost k epiteliálnímu povrchu a vytrvalost v lidském GI traktu, imunostimulace, ale ne protizánětlivé účinky, antagonistická aktivita proti patogenům (např. Helicobacter pylori, Salmonella sp., Listeria monocytogenes, Clostridium difficile a další), antimutagenní a antikarcinogenní účinky (Mattila-Sandholm et al., 2002). 10

2.2 Historie termínu Termín probiotikum, pocházející z řeckého jazyka a znamenající pro život, prošel za desítky až stovky let řadou modifikací, přičemž i jeho význam se postupem času lišil. Použití probiotik sahá do doby dřívější, než mikroby byly vůbec objeveny. Kysané mléčné výrobky byly zobrazovány v egyptských hieroglyfech a fermentované mléko tradičně konzumovali tibetští nomádi v průběhu svých dlouhých cest. Zdánlivý zdravotní účinek požitím fermentovaných mléčných výrobků byl zaznamenán vědci v roce 1800, ale důvod pro tyto účinky na zdraví zůstal nevysvětlen (Guo et al., 2014). Louis Pasteur identifikoval bakterie a kvasinky zodpovědné za proces fermentace, ale nespojoval si tyto mikroorganismy s jakýmkoliv zdravotním účinkem (Barnett, 2000). Jedna z prvních studií (Rettger a Cheplin, 1922) zaměřená na účinky probiotik u lidí byla provedena v roce 1922 a byla zaměřena na použití mikroorganismu Lactobacillus acidophilus u 30 nemocných (s chronickou zácpou, průjmem, nebo ekzémy), přičemž zlepšení bylo zaznamenáno pro všechny 3 zdravotní problémy (Rettger a Cheplin, 1922). Většina mikrobiologických výzkumů ve 40. letech 20. století se soustředila na identifikaci patogenních bakterií, ne však na identifikaci zdraví podporujících kmenů bakterií nebo kvasinek. V letech 1950-1980 byl výzkum zaměřený na screening potenciálních probiotických kmenů z izolátů v přírodě nebo z lidských bakteriálních kmenů a na definování mechanismů účinku probiotických kmenů. Pokračování výzkumu bylo soustředěno na pochopení složitých interakcí běžné flóry a její schopnosti odolávat invazi patogenních bakterií. Projekt lidského mikrobiomu za použití analýzy sekvence DNA bakterií umožnil určit více než 40 000 druhů mikroorganismů v tlustém střevě a díky tomu mohl být následný výzkum soustředěn na to, jak mikroflóru střeva ovlivňují rušivé faktory, jako je například užívání antibiotik nebo chronické onemocnění (McFarland, 2000). Termín "probiotikum" jako první použili v roce 1965 Lilly a Stilwell a tímto termínem označovali látku produkovanou jedním mikroorganismem, která stimuluje růst druhého mikroorganismu, a tak byl tento termín používán jako antonymum pro antibiotika (Görner a Valík, 2004). Prvním, kdo použil termín probiotika ve stejném smyslu, v jakém se používá dnes, byl Parker. Probiotika definoval jako organismy a látky, které přispívají k navození rovnováhy střevní mikroflóry (Parker, 1974). 11

Roku 1989 se Fuller pokusil upřesnit Parkerovu definici do znění: Probiotika jsou živé mikrobiální doplňky stravy, které pozitivně ovlivňují hostitele navozením mikrobiální rovnováhy v gastrointestinálním traktu. Tato revidovaná definice klade důraz na životaschopnost probiotik a zavádí aspekt mající příznivý vliv na hostitele, konkrétně v případě této definice, na zvíře (Fuller, 1989). Havenaar a kolektiv (1992) definici rozšířili následovně: Životaschopná mikrobiální mono-nebo směsná kultura, která po aplikaci do organismu působí příznivě na hostitele zlepšováním vlastností střevní mikroflóry. Roku 1996 Salminen a Schaafsma definici probiotik dále upravili. Podle Salminena jsou probiotika živá mikrobiální kultura nebo mléčný výrobek, který příznivě ovlivňuje zdraví a stav výživy hostitele. Schaafsma probiotika definoval jako živé mikroorganismy, které po požití v určitém množství vyvíjejí blahodárné zdravotní účinky nad rámec vlastní základní výživy. Na rozdíl od předchozích, Salminen považuje za probiotikum pouze mléčný výrobek s mikrobiální kulturou. Nicméně, i nemléčné výrobky (např. zelí, fermentované obilí a jiné potraviny na rostlinné bázi) mohou také obsahovat životaschopné probiotické mikroorganismy (např. Lactobacillus plantarum), vymezení definice probiotik pouze na mléčné výrobky je považováno za nesprávné (Molin, 2001). V současné době nejčastěji používaná definice se příliš neliší od té původní stanovené Fullerem, její znění je následující: Probiotika jsou živé mikroorganismy, které jsou-li podávány v adekvátním množství, přispívají ke zlepšení zdravotního stavu hostitele (FAO/WHO, 2006). 12

2.3 Charakteristika jednotlivých kmenů Střevní mikroflóra je ekosystém tvořený řadou různých ekologických variet, které se skládají z několika bakteriálních druhů a velkého množství kmenů (Ley et al., 2008). Různé kmeny probiotických bakterií mohou mít rozdílné účinky na základě svých specifických schopností a enzymatických aktivit, dokonce i v rámci jednoho druhu (Ouwehand et al., 1999). Obsah luminálních bakterií závisí ve velké míře na průchodnosti střeva. Proto je mikrobiální hustota v tenkém střevě nízká a v tlustém vysoká, vzhledem k tomu, že lumen tlustého střeva mohou osidlovat mikroorganismy bez adhezních molekul. V největším množství se bakterie nacházejí v tlustém střevě, a to zejména ve výkalech. Je zřejmé, že v takovém místě působení jsou pozitivní účinky znatelnější, pokud jsou způsobovány mikroorganismy, které nutně nemusí ulpívat na sliznici. Mikroorganismy zaujímají různé preference, co se týče stanovišť, která kolonizují. Freter nastínil čtyři stanoviště, která jsou mikroorganismy kolonizována nejčastěji: 1. povrch epiteliálních buněk, 2. krypty kyčelníku, slepého střeva a tlustého střeva, 3. mukózní gel epitelu, 4. lumen střeva (Freter, 1992). Krypty jsou mikroorganismy kolonizovány pomocí jejich specifických organel, zejména fimbrií (Gibbons, 1975). Následující část pojednává o charakteristice jednotlivých vybraných rodů probiotických mikroorganismů. Rod Lactobacillus Rod Lactobacillus je taxonomicky složitý a obsahuje více než 170 druhů, které jsou obtížně fenotypově charakterizovatelné a často vyžadují molekulární identifikaci. Jsou součástí běžné gastrointestinální flóry, avšak mohou být i občasnými patogeny. Ve velké míře jsou použity v komerčních produktech, včetně probiotik (Goldstein et al., 2015). Tento rod patří do velké skupiny nazývané bakterie mléčného kvašení (lactic acid bacteria, LAB), přičemž všichni zástupci této početné skupiny jsou grampozitivní bakterie, které fermentací produkují kyselinu mléčnou, z toho důvodu laktobacily upřednostňují relativně kyselé prostředí (ph 5,5 až 6,5). 13

Bakterie mléčného kvašení zahrnují mimo jiné rody Lactococcus, Enterococcus, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus a rod Leuconostoc. Rod Lactobacillus je nejpočetnějším rodem této velké skupiny. Všichni jeho zástupci jsou tyčinky, které jsou často shlukovány do řetězců. Jsou striktně aerobní, ale dobře rostou i za anaerobních podmínek. V rámci bakterií mléčného kvašení existují dvě skupiny v závislosti na schopnosti fermentovat cukry: homofermentativní druhy, které přeměňují cukry převážně na kyselinu mléčnou a heterofermentativní druhy, jejichž produktem fermentace cukrů jsou kromě kyseliny mléčné další produkty, zejména kyselina octová, ethanol a oxid uhličitý (Hammes a Vogel, 1995). Schopnost kolonizovat celou řadu stanovišť je přímým důsledkem široké metabolické všestrannosti této skupiny. V důsledku toho jsou laktobacily používány po desetiletí pro konzervaci potravin, jako startovací kultury mléčných výrobků, k fermentaci zeleniny a dalších potravin. I do budoucna mají laktobacily potenciál v potravinářských biotechnologiích, řada důležitých kmenů však musí být lépe charakterizovaná (Giraffa et al., 2010). Většina kmenů Lactobacillus patří do skupin L. acidophilus, L. (para) casei, L. plantarum, L. reuteri, a L. salivarius, v rámci těchto skupin je známo, že obsahují probiotické kmeny (Mattila-Sandholm et al., 2002). Rod Bifidobacterium Stejně jako rod Lactobacillus, i tento rod patří do skupiny bakterií mléčného kvašení. Rozdíl oproti předchozímu rodu je v tom, že bifidobakterie jsou schopny kolonizovat pouze trávicí trubici. U dětí kojených mateřským mlékem představují více než 95 % kultivovaných střevních bakterií, u dospělé populace zastoupení tohoto rodu klesá zhruba na 25 %. Přítomnost různých druhů bifidobakterií se tedy mění s věkem, od dětství do stáří. Bifidobacterium longum, B. breve a B. bifidum jsou obecně více zastoupeny ve střevní mikroflóře kojenců, zatímco B. catenulatum, B. adolescentis a B. longum jsou rozšířenější u dospělých. V současnosti je v rámci tohoto rodu definováno 38 druhů, přičemž 6 z nich je využíváno jako probiotika (Krejsek et al., 2007, Arboleya et al., 2016). 14

Bifidobakterie ze sacharidů produkují kyselinu mléčnou a octovou, které inhibují nežádoucí bakterie a stimulují střevní peristaltiku. Kyselina octová, kterou bifidobakterie produkují ve větším množství než kyselinu mléčnou (v poměru 3:2), má silnější antagonistický účinek na patogenní gramnegativní bakterie než kyselina mléčná. Bifidobakterie mají tyčinkovitý tvar, velmi často nepravidelný, mohou se větvit a připomínat tak tvar písmena V nebo Y. Patří do skupiny nesporulujících bakterií, jsou striktně anaerobní, některé druhy však jistou přítomnost O2 v prostředí tolerují, ale pouze za přítomnosti CO2 nebo bifidogenních faktorů. Optimálně rostou v teplotním rozmezí mezi 37 až 41 C, optimální hodnota ph pro jejich růst je 6,5 až 7,0 (Görner a Valík, 2004). Tomuto bakteriálnímu rodu jsou připisovány četné zdraví prospěšné účinky na základě jejich použití v probiotických přípravcích. Vzhledem k jejich 95% zastoupení z celkové mikroflóry ve střevě kojenců není divu, že jsou tak široce používány jako probiotika v léčbě a prevenci novorozeneckých onemocnění. Při jejich použití u patologických stavů jako jsou alergie, celiakie, obezita, průjmy, koliky, infekce nebo nekrotizující enterokolitidy jsou pozorovány velmi dobré výsledky (Di Gioia et al., 2014). Ve velkém měřítku jsou také bifidobakterie používány u dospělých a starších osob při léčbě gastrointestinálních a respiračních onemocnění (Biagi et al., 2012). Rod Streptococcus Tento rod zastupují druhy komenzální, saprofytické, parazitické až choroboplodné pro lidi a zvířata. Saprofytické se vyskytují v přírodě a v potravinách a mají v potravinářském průmyslu významné využití. Tyto druhy jsou podle nového klasifikačního systému, který navrhli v roce 1984 autoři Schilfer a Kilpper-Bälz, povýšeny na samostatné rody: Enterococcus a Lactococcus. Jejich optimální teplota pro růst je 37 C a nižší, s výjimkou termofilního druhu Streptococcus salivarius ssp thermophilus. Zástupci jsou grampozitivní, fakultativně anaerobní mikroorganismy kulatého tvaru o průměru menším než 2 µm. Všichni zástupci streptokoků včetně nových rodů Enterococcus a Lactococcus fermentují sacharidy na kyselinu mléčnou a malé množství kyseliny octové, mravenčí, etanolu a CO2. Pro svůj růst a metabolismus vyžadují aminokyseliny, peptidy, puriny, pyrimidiny a vitaminy (Görner a Valík, 2004). 15

Rod Enterococcus Pojmenování tohoto rodu připomíná jeho původní stanoviště střeva lidí a zvířat. Enterokoky jsou také součástí skupiny bakterií mléčného kvašení (LAB). Mohou být zodpovědné za znehodnocení vařených masových výrobků, ale také se mohou účastnit zrání některých sýrů, fermentovaných uzenin a vytvářet jejich aroma. Některé kmeny tohoto rodu jsou také úspěšně používány jako probiotika ke zlepšení zdraví lidí a zvířat. Na druhé straně, některé enterokokové kmeny jsou původci nozokomiálních infekcí a způsobují řadu lidských onemocnění, jako je bakteriémie, endokarditida nebo infekce močových cest. Fakt, že se tyto organismy podílejí na vzniku onemocnění, vzbuzuje obavy z hlediska jejich bezpečného používání v potravinářském průmyslu a probiotické terapii (Franz et al., 2011). Jedná se o grampozitivní koky, které se mohou vyskytovat v párech nebo řetízcích, lépe rostou v přítomnosti kyslíku, ale dokáží žít i bez něj. Vzhledově se tyto bakterie podobají streptokokům, ke kterým byly také jako skupina do roku 1984 řazeny (Görner a Valík, 2004). Rod Lactococcus Tento rod také bývá označován jako mléčná skupina rodu Streptococcus. Nachází se zde druhy Lactococcus lactis ssp. lactis, L. lactis ssp. cremoris, L. lactis ssp. hordniae, L. raffinolactis, L. garviae a L. plantarum (Görner a Valík, 2004). Pro bližší pochopení tématu probiotik není nezbytně nutné detailně charakterizovat jednotlivé druhy toto rodu. Pro bližší pochopení pozitivních účinků probiotik na organismus následuje anatomický přehled jednotlivých částí gastrointestinálního traktu, ve kterém probiotika působí. 16

2.4 Gastrointestinální trakt Gastrointestinální trakt (označovaný také jako trávicí trakt či zažívací trakt) je orgánový systém lidí a zvířat, který slouží k přijímání potravy, trávení, absorbci energie a živin z potravy a k následnému vyloučení nestravitelné části potravy výkaly (Lata et al., 2010). Jednotlivé části anatomického přehledu gastrointestinálního traktu jsou zpracovány z následujících knižních publikací (Gastroenterologie, Lata et al., 2010, Morfologie hospodářských zvířat, Marvan et al., 2011, Anatomie, Čihák a Grim, 2002). Anatomie gastrointestinálního traktu Mezi orgány gastrointestinálního traktu je řazena dutinu ústní, hltan, jícen, žaludek, tenké střevo a tlusté střevo. K přídatným orgánům jsou řazeny zuby, jazyk, slinné žlázy, játra, žlučník a slinivka břišní. Gastrointestinální trakt začíná dutinou ústní, která je tvořena předsíní a samotnou dutinou ústní vyplněnou z velké části jazykem. Funkcí dutiny ústní je přijímání a rozmělňování přijaté potravy a její mísení se slinami. Takto zpracovaná potrava je dalšími části GIT transportována do žaludku. Hltan je nálevkovitý orgán sloužící k transportu potravy, který plynule přechází v jícen. Ten jednotlivá sousta potravy svým peristaltickým pohybem posouvá do žaludku, vakovitého orgánu skládajícího se ze tří částí. česlo úzká část, v místě přechodu jícnu v žaludek, tělo největší část, vrátník nejužší oddíl, v místě přechodu žaludku ve dvanáctník. Na žaludku jsou také popisována dvě zakřivení malé a velké. Žaludek má mechanickou a chemickou (sekreční) funkci. Slouží především jako rezervoár potravy, přičemž objem žaludku dospělé osoby je 1,5 2 litry, zajišťuje také iniciální fázi trávení a postupné uvolňování tráveniny do tenkého střeva. Tenké střevo je nejdelším oddílem trávicí trubice, jeho délka bývá u člověka kolem 5 metrů, u prasete až 20 m. Celková plocha tenkého střeva je přibližně ztrojnásobena uspořádáním sliznice do cirkulárních řas. Dále díky střevním klkům je jeho povrch zvětšen asi 10 krát, absorpční plocha je zajištěna pomocí mikroklků. Všechny tyto mechanismy zvětšují trávicí plochu přibližně 600 krát. 17

První částí tenkého střeva je dvanáctník podkovovitého tvaru, u člověka dlouhý 25 30 cm, u prasete 0,5 1 m. Je charakteristický přítomností Brunnerových žláz produkujících alkalický hlen, který spolu s pankreatickým sekretem neutralizuje kyselý obsah žaludku. Do dvanáctníku ústí vývod slinivky břišní a žlučových cest. Následuje lačník, který je nejdelší a představuje nejdůležitější úsek z hlediska trávení a vstřebávání. Na něj navazuje nejkratší úsek tenkého střeva, kyčelník, přičemž jejich přechod není přesně ohraničen. Hlavní funkcí tenkého střeva je trávení, ale také vstřebávání živin, minerálů, vitaminů, vody a dalších látek obsažených v přijímané potravě. Posledním oddílem trávicí soustavy je tlusté střevo, které měří asi 1,0 1,5 m, u prasete až 5 m. Začíná slepým střevem, do kterého ústí kyčelník tenkého střeva, a končí vyústěním řitního otvoru na povrchu těla. Slepé střevo spolu s vzestupným tračníkem slouží jako rezervoár a zahušťují střevní obsah, příčný tračník dále obsah posouvá a umožňuje vstřebávání vody a iontů. Funkcí sestupného tračníku je aktivní sekrece a zadržení obsahu před tím, než dojde k defekaci. Esovitá klička tlustého střeva a konečník pak zprostředkovávají defekaci. Řitní kanál konečníku je uzavřen dvojitým svěračem, přičemž vnitřní svěrač je tvořen hladkou svalovinou a zevní svěrač příčně pruhovanou svalovinou, ovladatelnou vůlí. Funkcí tlustého střeva je jednoznačně zahušťování tráveniny (chymu), vstřebávání vody a tvorba stolice. Stěna zažívacího traktu se skládá ze čtyř vrstev: sliznice, podslizniční tkáň, svalovina, seróza. Sliznice vystýlá lumen trávicí trubice, tvoří absorpční vrstvu, která maximalizuje vstřebávání živin, ale má také sekreční funkci a zároveň brání průchodu luminálním komponentům, jako jsou bakterie a potravinové složky. V některých částech trávicí trubice je sliznice hladká, jinde její povrch pokrývají bradavky, řasy, či klky. Tvoří ji epitel, vlastní list sliznice a svalovina sliznice (O'Hara et al., 2006). Podslizniční tkáň spojuje sliznici se svalovinou, zajišťuje samostatný pohyb sliznice. Je tvořena řídkým kolagenním vazivem, ve kterém je uložena síť krevních a mízních cév a podslizniční nervová pleteň. 18

Svalovina trávicí trubice je tvořena dvěma vrstvami. Vnitřní vrstva je kruhově uspořádaná, oproti tomu je vnější vrstva uspořádaná podélně. Na začátku trávicí trubice (do 1/3 jícnu) a na konci (v oblasti konečníku) je svalovina příčně pruhovaná, jinak se jedná o svalovinu hladkou. Seróza je hladká, lesklá vrstva řídkého kolagenního vaziva a jednovrstevného plochého epitelu, která v dutině břišní obaluje povrchy jednotlivých orgánů. Probiotické bakterie osidlují především stěnu tlustého střeva, zabraňují tak uchycení patogenních a hnilobných bakterií, a tím zajišťují zdravou funkci střeva (Görner a Valík, 2004). Role střevní slizniční bariéry v obraně hostitele Primární úlohou gastrointestinálního traktu je trávit potravu a absorbovat živiny tak, aby byly splněny metabolické požadavky a nároky pro normální růst a vývoj jedince. Kromě toho střevní sliznice slouží jako obrana hostitele proti stálé přítomnosti antigenů z jídla a mikroorganismů střeva. Ochrana proti potenciálně škodlivým činitelům je zajištěna mnoha faktory, včetně slin, žaludeční kyseliny, peristaltiky, hlenu, střevní proteolýzy, střevní mikroflóry a membrán epiteliálních buněk (Sanderson a Walker, 1993). K náhlé změně ve funkci střevní bariéry dochází při narození, kdy střevo přechází z funkce zpracování plodové vody na trávení mateřského mléka. Požívání potravin spouští uvolňování trofických hormonů a aktivaci sekrece, motility a absorpce (Perin et al., 1997). Mikrobiální ekologie trávicího traktu Odhaduje se, že více než 400 druhů bakterií obývá lidský trávicí trakt. Z nich pouze 30-40 druhů tvoří 99 % hmotnosti střevní flóry, což můžeme vidět na obrázku níže. 19

Obr. 1 - Rozmístění mikroorganismů v trávicím traktu Zdroj: (Madsen, K. L., 2001) Přestože faktory životního prostředí a fyziologické interakce mohou modulovat rozložení mikroflóry, strava se zdá být hlavním faktorem, který reguluje frekvenci a koncentraci jednotlivých druhů mikroorganismů, které kolonizují střevo. Bakterie, které vstupují do úst, se promísí se slinami a putují do žaludku. Většina bakterií je zničena žaludeční kyselinou, což má za následek velmi řídké bakteriální populace v horní části tenkého střeva, protože pouze organismy nejvíce odolné proti kyselinám přežijí tranzit přes žaludek. Tenké střevo představuje zónu přechodu mezi řídce osídleným žaludkem a hustou bakteriální flórou tlustého střeva. Kromě toho, žlučové kyseliny, hydrogenuhličitan, muciny, peristaltika a antimikrobiální peptidy, přispívají k relativnímu nedostatku bakteriální kolonizace v tenkém střevě (Huttner a Bevins, 1999). Jedním z hlavních problémů, kterému probiotika podávaná orální formou musí čelit, je zajištění přežití mikroorganismů při průchodu z úst do tlustého střeva. Používají se tedy mikrobiální kmeny, které jsou odolné vůči kyselinám a žluči. 20

2.5 Pozitivní účinky probiotik na organismus Probiotikám jsou v dnešní době přisuzovány mnohé pozitivní zdravotní účinky, především co se týče gastrointestinálního traktu (Marco et al., 2006). Tyto účinky mohou být obecně vysvětleny jejich přímou nebo nepřímou modifikací endogenní mikroflóry nebo imunitní odpovědi. Může existovat závislost účinku na konkrétním specifickém probiotickém kmenu, většinou se však jedná o mnohočetnou aktivitu dosaženou vzájemným působením mikroorganismů mezi sebou nebo mikroorganismů s hostitelem (Marteau a Shanahan, 2003). Pro zlepšení endogenní mikroflóry je nezbytná kolonizace probiotickými bakteriemi, která na prvním místě zahrnuje adhezi těchto probiotických bakterií k buněčným receptorům. Tato adheze je považována za nezbytný předpoklad kolonizace, která by neměla být trvalou, ale pouze přechodnou kolonizací (Ouwehand et al., 1999). Obr. 2 - Mechanismus působení probiotik po kontaktu se střevní sliznicí Zdroj:http://www.customprobiotics.com Výše uvedený obrázek znázorňuje mechanismy, kterými probiotické bakterie ovlivňují střevní mikroflóru. Jedná se o (1) soutěžení probiotických a patogenních bakterií o živiny a probiotické látky, (2) biokonverzi, (3) produkci růstových substrátů a například vitaminů, (4) produkci bakteriocidních látek, (5) kompetici o vazebná místa, (6) zvýšení epiteliální bariéry, (7) redukci zánětu, (8) zlepšení imunity. 21

V dřívější době byla používána antibiotika k podpoře růstu a prevenci průjmů u hospodářských zvířat. Byla běžnou přísadou používanou v krmivech pro zvířata, přispívala tak ke zlepšení ekonomické účinnosti. Negativní účinky antibiotik však byly stále výraznější. Spotřebitelé začali být stále více znepokojeni zbytky antibiotik v masných výrobcích. Z důvodu obav ohledně nepřetržitého užívání antibiotik a následné odolnosti bakterií ohrožující zdraví lidí a zvířat bylo používání antibiotik jako růstových stimulátorů v mnoha zemích zakázáno. Jako alternativní možnost k antibiotickým růstovým stimulátorům bylo navrženo užívání bakterií mléčného kvašení. V posledních letech jsou stále potvrzovány pozitivní účinky LAB ve výživě prasat. LAB tak mají velký potenciál jako alternativa k antibiotikům podávaných v krmivech, a to zejména k podpoře růstu zvířete a prevenci průjmů (Yang et al., 2015). Inhibice patogenů a toxinů Během kolonizace i v průběhu růstu mohou probiotické bakterie uvolňovat antimikrobiální látky, které snižují lokální ph. Jedná se především o antimikrobiální látky proteinového charakteru nebo organické kyseliny (především kyselina mléčná a octová), které přispívají k inhibici patogenů. Tato inhibice může také být zprostředkována cestou imunologické aktivace prostřednictvím indukce produkce cytokinů nebo zvýšením IgA sekrece. Kromě toho tyto prospěšné mikroorganismy mohou také chránit střevo od toxinů, které jsou uvolňovány především z potravy nebo produkovány patogenními mikroorganismy, a to prostřednictvím zachycování těchto toxinů a jejich následnou eliminací. Pokud je osídlení střeva probiotickými bakteriemi stálé, může dojít ke zlepšení epiteliální a tkáňové integrity a funkčnosti střeva, zejména prostřednictvím produkce malého množství oxidu dusnatého (NO), lepší proliferaci buněk střevního epitelu, inhibici produkce karcinogenních látek nebo jejich eliminaci i produkci mastných kyselin a vitaminů (Steidler, 2001). Mezi hlavní mechanismy účinku probiotik řadíme zvýšení epiteliální bariéry, zvýšenou adhezi ke střevní sliznici, inhibici patogenů přilnavosti, kompetitivní vyloučení patogenních mikroorganismů, produkci antimikrobiálních látek a modulaci imunitního systému. 22

Zvýšení epiteliální bariéry Střevní epitel je v neustálém kontaktu s luminálním obsahem a střevní mikroflórou. Aby byl epitel chráněný od nekontrolovaných zánětlivých reakcí, byly vyvinuty mechanismy, které omezují přímý kontakt s patogenními bakteriemi a jejich růst, zabraňují také bakteriálnímu šíření do okolních tkání. Narušení této bariéry může vést ke ztrátě imunitní tolerance k mikroflóře střeva a nevhodné zánětlivé odpovědi, jako je tomu u zánětlivých střevních onemocnění (IBD) - ulcerózní kolitidy a Crohnovy nemoci (Xavier a Podolsky, 2007, Knight et al., 2008). Střevní bariéra je hlavním obranným mechanismem k udržení epiteliální integrity a slouží k ochraně organismu před vnějšími vlivy. Užívání probiotických doplňků může přispět ke zlepšení bariérové funkce snížením paracelulární propustnosti, která poskytuje přirozenou obranu proti patogenům, dochází tak k lepší ochraně proti infekcím, udržení integrity sliznice a prevenci chronických zánětů. Modulace střevního imunitního systému Střevo je nejen důležitý orgán zodpovědný za trávení a absorpci živin, ale představuje také obrovskou lymfatickou tkáň, ve které se nachází více než polovina imunitních buněk celého organismu. Slizniční imunitní systém je zcela odlišný od periferního imunitního systému. Rozdíl je v tom, že většina střevních lymfocytů je aktivována a může rychle reagovat na invazi patogenních mikroorganismů. Zároveň jsou jejich imunitní funkce řízeny tak, aby nereagovaly na nepatogenní exogenní látky jako je většina složek potravy a komenzální bakterie. Střevní mikroflóra hraje klíčovou roli ve vývoji slizničního imunitního systému a abnormality střevní mikroflóry mohou být úzce spojeny s různými poruchami včetně zánětlivých onemocnění střev (IBD), přecitlivělostí, metabolickým syndromem a dalšími. Tato základní zjištění názorně ukazují, že stabilita střevní mikroflóry je rozhodující pro udržení zdraví a probiotika můžou být užitečným nástrojem k normalizaci střevní mikroflóry a tím zabránit nemoci vyvolané abnormalitou střevní mikroflóry (Nanno et al., 2013). Střevní sliznice je na prvním místě v hostitelské obraně a je vystavena velkému množství antigenů, z nichž mnohé jsou neškodné, zatímco jiné jsou potenciálně škodlivé. Indukce imunitní odpovědi na střevní úrovni není vždy snadná. Tato imunitní odpověď je převážně humorální imunitní odpovědí, která je zprostředkována buňkami produkující 23

IgA a sekrečními IgA, které představují téměř 80 % všech protilátek produkovaných ve slizniční tkáni (Mestecky a McGhee, 1987). Tyto protilátky inhibují mikrobiální přilnavost a také zabraňují absorpci antigenů ze slizničních povrchů (Lamm et al., 1996). Mechanismy, které řídi tuto imunitní odezvu nejsou do velké míry prostudované. Antigen, který se do těla dostane orální cestou, ve střevě interaguje se střevní lymfatickou tkání (GALT). Jedná se o velice dobře rozvinutou imunitní síť, která se podílí na ochraně hostitele před patogeny, ale také při prevenci hostitele před reakcí na požitý antigen (Perdigon et al., 1999). Tato střevní lymfatická tkáň představuje největší množství lymfatické tkáně v lidském těle. V důsledku toho představuje důležitý prvek z celkové imunologické kapacity hostitele. Regulační místa střevní imunitní reakce se vyskytují v různých fyziologických kompartmentech: agregované ve folikulech a Peyerových plátech a rozděleny v rámci sliznice, ve střevním epitelu a sekrečních místech (Brandtzaeg,1995). Imunofyziologická regulace střeva závisí na složení domorodé mikroflóry. To vedlo k zavedení nových terapeutických zásahů založených na konzumaci kultur prospěšných živých mikroorganismů, které působí jako probiotika. Mezi možné mechanismy probiotické terapie patří podpora obranné střevní bariéry, která zahrnuje normalizaci zvýšené střevní propustnosti a změnu mikroekologie střeva. Dalším možným mechanismem probiotické terapie je zlepšení střevní imunologické bariéry, zejména prostřednictvím střevního imunoglobulinu A a zmírněním zánětlivých střevních reakcí, které mají stabilizující účinek na střevo (Isolauri et al., 2001). Probiotika mají schopnost interagovat s epiteliálními a dendritickými buňkami, s monocyty/makrofágy a lymfocyty, mají prokázaný vliv na imunitní systém člověka a zvířat, což bylo potvrzeno řadou studií. Několik studií bylo zaměřeno na účinek probiotik v prevenci ekzémů. Probiotika byla podávána těhotným ženám a později také kojencům, přičemž bylo prokázáno, že užívání probiotického přípravku obsahujícího LGG snižuje hladinu IgE, který se na alergických reakcích podílí. Těhotným matkám, u kterých bylo vysoké riziko, že u jejich dítěte dojde k rozvoji atopické dermatitidy, astmatu, nebo potravní alergie, byla podávána kombinace tří probiotických druhů. Jednalo se o B. bifidum, B. infantis a L. lactis. Následně byla tato kombinace podávána jejich dětem po dobu 12 měsíců. Při studii bylo vyhodnoceno, že aplikace probiotických přípravků významně snižuje výskyt atopického ekzému (Abrahamsson et al., 2007). 24

Mnoho probiotických účinků je zprostředkováno přes imunitní regulaci, a to zejména prostřednictvím kontroly vyváženosti protizánětlivých a prozánětlivých cytokinů. Tyto skutečnosti ukazují, že probiotika mohou být použita jako inovativní nástroj ke zmírnění střevního zánětu, normalizaci disfunkce střevní sliznice a ke zmírnění přecitlivělosti střeva. Novější údaje ukazují, že existují rozdíly imunomodulačního účinku u jednotlivých probiotik. Kromě toho byly zjištěny různé imunomodulační účinky u zdravých jedinců a u pacientů se zánětlivým onemocněním (Isolauri et al., 2001). 25

2.6 Prebiotika a synbiotika Pojem prebiotikum představuje skupinu nestravitelných látek, které mohou být zahrnuty do skupiny balastní látky, což znamená, že jsou v nezměněné formě vyloučeny střevem. Mají pozitivní účinek na růst, přežití a aktivitu probiotických bakterií ve střevě a stabilizují střevní mikroflóru. Prebiotika musí splňovat následující vlastnosti: nesmí být v počáteční časti GIT hydrolyzována nebo absorbována, slouží jako selektivní substrát pro užitečné bakterie tlustého střeva, stabilizují rovnovážný stav střevní mikroflóry, indikují místní a/nebo systémový efekt, který působí pozitivně na zdraví organismu. V současnosti nejznámějším a komerčně dostupným prebiotikem je inulin, oligofruktóza, která se v tenkém střevě neabsorbuje ani nehydrolyzuje. Po přechodu do tlustého střeva je fermentována jeho mikroflórou. Fermentací inulinu a podobných látek vznikají nižší mastné kyseliny (octová, propionová, máselná, mléčná) a plyny, kromě toho také významné množství bakteriální hmoty, která zvyšuje hmotnost stolice. (Görner a Valík, 2004). Studie poskytly důkazy, že inulin a oligofruktóza, laktulóza a rezistentní škrob splňují všechny probiotické aspekty včetně stimulace mikroorganismů rodu Bifidobacterium a dalších prospěšných bakteriálních rodů. Jiné izolované sacharidy a potraviny s obsahem sacharidů včetně galaktooligosacharidů, transgalaktooligosacharidů, polydextrózy, pšeničného dextrinu, arabské gumy, banánů, celozrnné pšenice a kukuřice mají také prebiotické účinky (Slavin, 2013). Termín synbiotikum se používá, pokud přípravek obsahuje jak probiotika, tak i prebiotika. Tento termín odvozený od synergismu by měl být vyhrazený pro produkty, ve kterých prebiotická složka selektivně zvýhodňuje probiotickou složku (Schrezenmeir a de Vrese, 2001). Tato kombinace dvou složek zlepšuje přežití probiotického organismu, protože jeho specifický substrát je snadno k dispozici pro jeho fermentaci, a má tak za následek výhody pro hostitelský organismus (Collins a Gibson, 1999). 26

2.7 Probiotické potraviny a přípravky Moderní spotřebitelé se stále více zajímají o své vlastní zdraví a očekávají, že potraviny, které konzumují, budou zdraví prospěšné, nebo dokonce schopné zabránit onemocnění. Ovlivnění zdravotního stavu střeva se obecně ukázalo jako klíčové odvětví pro funkční potraviny. Nové kategorie výrobků a také nové a náročnější suroviny s ohledem na technologii probiotik budou jistě klíčové ve výzkumu a vývoji pro budoucí trh s potravinami. Probiotické potraviny by měly obsahovat konkrétní probiotické kmeny a udržovat přiměřenou úroveň životaschopných buněk během doby použitelnosti produktu. Před tím, než jsou probiotické kmeny dodány spotřebiteli, musí nejprve čelit výrobě v průmyslových podmínkách, přežít a zachovat si svoji funkčnost při skladování jako zmrazené nebo lyofilizované kultury a také v konečných potravinářských výrobcích, do nichž jsou finálně vpraveny. Probiotické kmeny by také měly přežít gastrointestinální stresové faktory a udržet si svoji funkčnost v hostiteli. Kromě toho musí být možné začlenit tyto probiotické kultury do potravin, aniž by způsobovaly pachuť potraviny nebo měnily její texturu, měly by být životaschopné, avšak nerůst. Faktory související s technologickými a senzorickými aspekty mají při výrobě probiotických potravin zásadní význam, neboť pouze tím, že splní požadavky spotřebitele, může potravinářský průmysl uspět v podpoře spotřeby funkčních probiotických výrobků v budoucnu (Mattila-Sandholm et al., 2002). Vzhledem k různým způsobům využití kultur bakterií (LAB) existuje značný obchodní zájem na výrobu stabilního startéru a těchto probiotických kultur, které obsahují velké množství životaschopných buněk. V minulosti byly ve velké míře používány kapalné nebo mražené koncentráty, ale díky velkým úsporám v nákladech na dopravu a skladování a také zlepšení stability kultury, mohou být vyráběny lyofilizované přípravky (sušené mrazem) a přípravky vysušené sprejem. Navzdory tomu, že sušení rozprašováním je ekonomičtější než lyofilizace, a to zejména ve velkém měřítku, mnoho bakterií mléčného kvašení není schopno odolávat tak vysokým teplotám, které jsou používány v průběhu sušení rozprašováním. V důsledku toho je lyofilizace nejpopulárnější způsob výroby sušených probiotických přípravků. I přesto, že je lyofilizace méně destruktivní vůči mikroorganismům než sušení rozprašováním, jsou ke kulturám obvykle přidávány chránící látky, které zabraňují nebo alespoň zmírňují poškození buněk při sušení a následném skladování. (Mäyrä-Mäkinen a Bigret, 1998). 27

2.8 Probiotická terapie Nadměrný růst škodlivých bakterií může vést k zánětlivé reakci organismu a způsobit tak řadu imunologických, ale i neurologických a endokrinologických problémů. Indukce růstu prospěšných bakterií je jedním z možných řešení, jak tyto zdravotní podmínky normalizovat. Toho může být dosaženo doplněním životaschopných bakteriálních buněk do hostitelského organismu. Probiotika mohou pomoci vybudovat příznivou bakteriální flóru ve střevě a zcela vyloučit patogenní bakterie. Prospěšné bakterie také uvolňují některé enzymy, které pomáhají při trávení potravy (Fioramonti et al., 2003). Je známo mnoho různých kmenů probiotických bakterií využívaných k léčbě průjmu způsobeném primárně nesnášenlivostí laktózy, akutního průjmu z virových a bakteriálních infekcí (nozokomiální rotavirové infekce, gastrointestinální infekce u dětí, cestovatelský průjem), průjmu způsobeného užíváním antibiotik, gastroenteritidy způsobené Clostridium difficile, průjmu vyvolaného chemoterapií či radioterapií, také k léčbě zánětlivých střevních onemocnění (Crohnova choroba, ulcerózní kolitida) a syndromu dráždivého střeva doprovázeného průjmem (de Vrese a Marteau, 2007). Klinické údaje ukazují, že užívání Lactobacillus reuteri významně snižuje výskyt nebo závažnost průjmu různého původu a zmírňuje průběh gastrointestinálního onemocnění nebo infekce. Schopnost L. reuteri ovlivnit základní imunitní odpovědi v lidském gastrointestinálním traktu může být základem pro lepší ochranu proti patogenní infekci (Connolly, 2004). Průjmová onemocnění Zachování ekologie střevní flóry je důležité při prevenci průjmových onemocnění, a to řízením přerůstání potenciálně patogenních bakterií. Studie naznačují, že některé probiotické kmeny by mohly být použity k zabránění kolonizaci gastrointestinálního traktu velkou paletou patogenů. Ačkoliv mechanismus zůstává nejasný, mohlo by to být způsobeno produkcí organických kyselin a s tím souvisejícím sníženým ph, vyčerpáním živin, tvorbou střevního mucinu, syntézou bakteriálních toxinů a antimikrobiálních látek. Kromě toho, přilnavost probiotik na střevním epitelu zajišťující dočasnou kolonizaci střev, je pravděpodobně jednou z nejdůležitějších funkcí pro jejich příznivý zdravotní účinek na střevní patogeny (Guarino et al., 2009, Yang et al., 2015). 28

Průjem způsobený užíváním antibiotik (Antibiotic-associated diarrhea, AAD) se vyskytuje asi u 5 až 25 % dospělých pacientů a u 11 až 40 % dětí po podání širokospektrých antibiotik. Clostridium difficile je hlavní původce těchto průjmů, i když průjem může souviset s obecnými změnami střevní flóry po užívání antibiotik (Guarino et al., 2009). Dvě studie (Hickson et al., 2007, Segarra-Newnham, 2007), při kterých nevěděl ošetřující lékař, ani pacienti zúčastnění studie, o podávaném přípravku, naznačují účinnost probiotických kmenů v prevenci AAD. První, provedená na 135 dospělých, ukázala, že nápoj s obsahem Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus a Streptococcus thermophilus podávaný dvakrát denně zabraňuje AAD a průjmu způsobeným C. difficile (Hickson et al., 2007). Druhá studie sestávala z pediatrického hodnocení a uváděla, že Lactobacillus rhamnosus snižuje riziko jakéhokoliv průjmu u dětí po antimikrobiální terapii při běžné infekční chorobě (Ruszczynski et al., 2008). Analýza z roku 2007 ukázala, že L. rhamnosus a Streptococcus boulardii by mohly být užitečné při léčbě nebo prevenci dalšího výskytu průjmu způsobeného přemnožením C. difficile (Segarra-Newnham, 2007). Nozokomiální průjem může prodloužit pobyt v nemocnici a zvyšuje náklady na zdravotní péči. Běžně je způsobený rotaviry a méně často C. difficile. Bylo zveřejněno pět studií ohledně prevence průjmu v dětských jeslích. Testovaná probiotika byla L. rhamnosus, B. lactis (samostatně nebo v kombinaci se S. thermophilus) a L. thermophilus. Účinnost byla nízká a byla zjištěna pouze pro některé kmeny, proto bylo vyhodnoceno, že důkazy ve prospěch probiotik pro prevenci průjmu v jeslích a nozokomiálního průjmu nestačí pro doporučení každodenního užívání probiotik jako prevence těchto průjmů (Guandalini, 2008). Cestování je rizikovým faktorem pro vznik infekční gastroenteritidy. Nedávná meta-analýza (McFarland, 2007) uvedla průkazné výsledky o ochranném účinku S. boulardi a směsi L. acidophilus a B. bifidum. Avšak důkazy o účinnosti probiotik v prevenci cestovatelského průjmu jsou zatím předběžné (McFarland, 2007). Výsledky ukázaly, že různá probiotika mají specifické účinky na průjem způsobený specifickými patogenními bakteriemi. Jsou však zapotřebí další studie o mechanismu těchto účinků, zvláště v klinické sféře. Kromě toho by se další studie měly zaměřit na množství podávané dávky probiotik, načasování suplementace vzhledem 29

k fázi průjmového onemocnění a zejména na účinky konkrétních kmenů probiotik na průjem. Laktózová intolerance Laktózová intolerance je spojená se sníženou aktivitou střevní β-galaktosidázy (enzym obecně známý jako laktáza) na hodnoty nižší, než je 10% aktivita enzymu u dětí. Tento enzym laktáza přeměňuje laktózu na glukózu a galaktózu, které jsou snadněji absorbovány střevní sliznicí do krve. Při laktózové intoleranci se tedy jedná o úplnou neschopnost trávicího traktu trávit laktózu, mléčný cukr. Obecně platí, že pokles tohoto enzymu je přirozenou vlastností zrání střevní sliznice ve většině světové populace, klesající od třetího roku života (Ockeloen a Deckers-Kocken, 2012). Nedostatek nebo snížení množství tohoto enzymu má za následek vysokou koncentraci volné laktózy (nehydrolyzované) ve střevě, která je využívána místní fermentační mikroflórou a vede k nadměrné produkci plynu. Tyto změny způsobí charakteristické klinické příznaky laktózové intolerance, zejména nadýmání, nevolnost, bolesti břicha a průjem (Vasiljevic a Shah, 2008). Při léčbě laktózové intolerance se předpokládá zejména omezení konzumace potravin s vysokým obsahem laktózy, především mléka. Nicméně fermentované mléčné výrobky obsahují mikroorganismy, které laktózu využívají a snižují tak obsah laktózy ve výrobku. Zánětlivá onemocnění střev Střevní záněty (Inflamantory bowel disease, IBD) jsou chronická a relapsující (opakující se) zánětlivá onemocnění obecně ovlivňující tlusté nebo tenké střevo, což bylo identifikováno jako predispozice k vývoji kolorektálního karcinomu ve vyšším věku (Itzkowitz a Harpaz, 2004). Tato onemocnění zahrnují ulcerózní kolitidu (UC) a Crohnovu chorobu (CD). Jsou také nazývána jako idiopatická, protože etiologie, tedy objasnění příčin, zůstává nejasná. Existují však určité důkazy, že imunitní systém při těchto onemocněních reaguje abnormálně na endogenní mikroflóru (Sullivan a Nord, 2002). Ve zdravém střevě je symbiotický vztah mezi hostitelem a komenzálními bakteriemi, přičemž tento vztah vede ke snížené regulaci exprese genů vyvolávajících zánět a inhibici imunitní reakce střeva na jiné střevní patogeny. 30

Nicméně, v případě IBD se zdá, že jedinci s genetickou predispozicí ztrácí normální toleranci k symbiotickým bakteriím, což vede ke zvýšené zánětlivé reakci (Geier et al., 2007). Zatímco Crohnova choroba a ulcerózní kolitida spadají do kolektivního termínu IBD, podmínky onemocnění mohou být docela odlišné, s různou patogenezí, příznaky a léčebnou strategií. U Crohnovy choroby se jedná převážně o Th1-řízenou imunitní odpověď, vyznačující se nejprve zvýšenou expresí interleukinu (IL) -12 a následně interferonu (INF) -γ a faktoru nádorové nekrózy (TNF) -α. Crohnova choroba se může objevit v jakékoliv oblasti gastrointestinálního traktu a je charakterizována transmurálním, granulomatózním zánětem, přičemž častým projevem nemoci je tvorba píštělí a abscesů. Na rozdíl od toho se při ulcerózní kolitidě předpokládá Th2 imunitní odpověď, která vede ke zvýšené produkci pro-zánětlivých cytokinů, včetně IL-5. Ulcerózní kolitida je omezena na tlusté střevo a obecně začíná v konečníku a šíří se proximálně, v závislosti na závažnosti onemocnění (Papadakise a Targan, 2000). Obr. 3 - Rozdíl v postižení orgánů u ulcerózní kolitidy a Crohnovy choroby Zdroj: (Posedělová, 2012) Klinickými příznaky Crohnovy choroby i ulcerózní kolitidy jsou bolesti břicha, průjmy, přítomnost krve a hlenu ve stolici. Mimo tyto obtíže mohou být tato onemocnění doprovázena řadou mimostřevních komplikací, jako jsou kožní změny, kloubní postižení, oční projevy a jaterní léze (Červenková, 2009). 31

Diagnóza je dále komplikovaná tím, že přibližně u 10 % pacientů s IBD se projeví příznaky, které nelze zařadit do kategorie typické pro UC nebo CD. Tyto podmínky jsou označovány jako indeterminantní kolitida, která se s rozvojem choroby může vyvinout do UC nebo CD (Hanauer, 2006). I když etiologie těchto onemocnění není dobře známa, zdá se, že životní prostředí, genetické a imunologické faktory hrají roli v rozvoji obou onemocnění (Danese et al., 2004 a Hanauer, 2006). 2.8.3.1 Faktory životního prostředí Vyšší prevalence těchto onemocnění je zaznamenána ve více rozvinutých zemích, jako jsou Spojené státy a Velká Británie (Loftus a Sandborn, 2002). Zdá se, že zvýšená hygiena a životní styl v rámci těchto regionů zvyšují riziko vzniku idiopatických střevních zánětů. Bylo navrženo, že vystavení nehygienickým podmínkám během vývoje může připravit střevní prostředí, které povede k optimálnímu slizničnímu imunitnímu vývoji, regulaci a prevenci budoucí přehnané zánětlivé odpovědi (Shanahan, 2004). Dalším významným rizikovým faktorem IBD je kouření (Danese et al., 2004). Je zajímavé, že kouření má opačné účinky u pacientů trpících UC a CD. U pacientů s CD se kouřením zvyšuje pravděpodobnost relapsu, tedy znovuvzplanutí nemoci, zatímco u pacientů s UC kouření tuto pravděpodobnost snižuje, a naopak pomáhá udržovat stav remise (Rubin a Hanauer, 2000 a Danese et al., 2004). 2.8.3.2 Genetické faktory Studie dvojčat a studie aplikované v rodinách zjistili, že genetické pozadí může u podskupiny pacientů s IBD ovlivnit rozvoj onemocnění. V případě CD vazebné studie ukázaly, že gen CARD15 / NOD2 je spojen s predispozicí k rozvoji IBD. Nedávné důkazy naznačují, že genetické faktory mohou hrát větší úlohu při CD než UC, což bylo potvrzeno studií jednovaječných dvojčat. Výskyt onemocnění u obou dvojčat byl u 6-14 % studovaných dvojčat v případě UC, v porovnání s 44-50 % u CD (Mathew a Lewis, 2004) Může také existovat případ, že díky genetickému profilu dokážeme lépe reagovat na probiotickou léčbu, jako je tomu v případě chemoterapie (Kihara et al., 2001 a Kaneta et al., 2002). Identifikace genů, které jsou za to zodpovědné, může vést ke screeningu a ke stanovení i), zda pacient bude reagovat na probiotickou terapii, a ii), na která probiotika bude reagovat efektivněji. 32

2.8.3.3 Klinické studie pacientů s onemocněním IBD Jednou ze slibných studií (Gionchetti et al., 2000) zahrnující použití probiotik v léčbě IBD byla studie zaměřená na ovlivnění průběhu pouchitidy, zánětlivého onemocnění, které často vzniká po chirurgické resekci při léčbě UC. Zapojeni byli pacienti s klinickou remisí pouchitidy po chirurgické resekci při UC. Pacienti dostávali denní léčbu VSL # 3 nebo placebo a periodicky se hodnotily známky relapsu. VSL # 3 je probiotický přípravek obsahující 4 kmeny laktobacilů, 3 kmeny bifidobakterií a Streptococcus salivarius nebo S. thermophilus. Ve sledovaném období 9 měsíců, pouze 15 % pacientů užívajících VSL # 3 vykazovalo známky relapsu ve srovnání se 100 % pacientů ve skupině s placebem. Tato studie ukázala, že probiotika mají potenciál zabránit znovupropuknutí střevního zánětu u lidí (Gionchetti et al., 2000). Studie menšího rozsahu (Guslandi et al., 2003) pozorovala účinek podávaného probiotického přípravku obsahujícího Saccharomyces boulardii u 25 léčených pacientů s mírnou až středně těžkou formou ulcerózní kolitidy ve fázi vzplanutí. Po čtyřtýdenní léčbě mesalazinem doplněným probiotickým přípravkem bylo u 17 z 24 pacientů, kteří dokončili studii, dosaženo klinické a endoskopické remise (Guslandi et al., 2003). V roce 2008 byla provedena studie (Kohout et al., 2008) zaměřená na alternativní probiotickou udržovací léčbu idiopatických střevních zánětů. Tato studie byla vedena trojicí lékařů-kohout, Zbořil, Beneš, pod záštitou Fakultní Thomayerovy nemocnice Praha-a FN-Brno-Bohunice. Pacientům s idiopatickými střevními záněty bylo navíc k udržovací léčbě podáváno směsné probiotikum, následně pak byla porovnána délka období remise s kontrolní skupinou, která směsné probiotikum nedostávala. U pacientů s Crohnovou chorobou, kterým bylo probiotikum podáváno, byla doba udržení remise dvakrát delší, a to 14 měsíců, oproti kontrolní skupině, u které byl stav remise udržen po dobu 7 měsíců. U pacientů s ulcerózní kolitidou neužívajících probiotika byla délka stavu remise 19 měsíců, přičemž u skupiny užívající probiotika v průběhu 24 měsíčního sledování došlo k relapsu pouze u 1 pacienta, a to po 18 měsících (Kohout et al., 2008). Na základě výsledků klinických studií bylo prokázáno, že řada probiotických druhů napomáhá při redukci zánětu, zatímco jiné druhy nemají na onemocnění žádný vliv. Aby se probiotika stala legitimní terapeutickou volbou pro léčbu IBD, je třeba se více zaměřit na (i) stanovení, jaké probiotické kmeny mají největší účinnost při určité fázi onemocnění, (ii) zda jsou tato kandidátská probiotika účinnější sama, nebo ve spojení 33

s jinými pro-nebo prebiotiky, (iii) zvážení případných nepříznivých vedlejších účinků a (iv) určení požadavků na frekvenci a dávku probiotik (Shanahan, 2004). Je stále patrnější, že komplexní interakce mezi mikrobiálními, genetickými, imunitními a environmentálními faktory jsou velmi důležité v patogenezi IBD (Sartor, 2006, Clavel a Haller, 2007). Klinických studií na dané téma je opravdu obrovské množství, není však možné uvést všechny, jelikož přesahují rámec této bakalářské práce. Nejdůležitější je, že i když studie neposkytují úplně shodné výsledky a ve výsledcích se mohou i rozcházet, shodují se v tom, že probiotika a prebiotika rozhodně mají velký potenciál pro budoucí terapeutické přístupy zánětlivých onemocnění střev. Nicméně, je zapotřebí další výzkum k identifikaci specifických probiotických kmenů nebo jejich kombinací a prebiotických látek, které budou nejúčinnější pro léčbu různých typů a fází činnosti střevních zánětů. Stále dochází k nárůstu léčebných možností, zahrnujících podávání kortikosteroidů, kyseliny aminosalicylové, imunosupresiv, antibiotik, dodržování elementárních diet, nebo absolvování biologické léčby (Fiocchi, 2006). Probiotika tak mohou být dobrou volbou zejména k doplnění léčby zánětlivého onemocnění střeva, v některých případech nebo pro udržení stavu remise mohou dokonce nahradit standardní léčbu. Prevence nádorových onemocnění Kolorektální karcinom (CRC) se z velké části podílí na úmrtnosti v mnoha zemích. Průběh choroby od normálního epitelu po maligní je doprovázen řadou biochemických a genetických změn. Je známo, že velké množství karcinogenních látek se uvolňuje do střeva přímo z potravy, některé karcinogeny se však tvoří přímo v tlustém střevě. Střevní mikroflóra je schopna hydrolyzovat glykosidické vazby (vyskytující se přirozeně v potravinách nebo tvořeny v játrech a vylučovány žlučí) tím, že produkuje β glukosidázy, β-glukuronidázy a β-galaktosidázy, což vede k uvolňování potenciálně karcinogenních látek. Je tedy zřejmé, že strava a střevní mikroflóra hrají klíčovou roli při modulaci propuknutí rakoviny tlustého střeva a také následného vývoje tohoto onemocnění (Hatakka et al., 2008). Z předchozích částí práce vyplývá, že probiotika mohou modulovat činnost střevní mikroflóry prostřednictvím různých mechanismů, přičemž některé z nich mohou vysvětlovat antikarcinogenní aktivitu probiotik. 34

Zdá se, že probiotika způsobují různé účinky napříč různými fázemi karcinogeneze. Jedná se především o regulaci růstu potenciálně škodlivých bakterií, interakci s kolonocyty, stimulaci imunitního systému, produkci fyziologicky aktivních metabolitů a antigenotoxicitu (Boutron-Ruault, 2007). Výsledky několika studií (Chong, 2014) podpořily hypotézu antiproliferačního účinku probiotik na sliznici GIT, zejména ovlivněním biosyntézy polyaminů. Polyaminy a jejich enzymy jsou úzce spojeny s neoplastickou proliferací (procesem, při kterém se somatická buňka mění v buňku nádorovou a následně se dělí), takže jakákoliv řešení, která eliminují tyto komponenty, by mohla být efektivní cestou chemoprevence a chemoterapie CRC (Linsalata a Russo, 2008). V roce 2006 Capurso a kol. analyzovali existující data studií zabývajících se CRC. Celkem byly zpracovány výsledky 29 studií provedených na zvířatech, jejichž cílem bylo stanovit účinek podávaných probiotik ve vztahu k výskytu CRC. U většiny těchto studií byla použita probiotika rodu Lactobacillus a Bifidobacteriun. Obecně měly všechny studie pozitivní výsledky (kromě tří studií), nejlepších výsledků bylo dosaženo v momentě, kdy s probiotiky byla zároveň podávána také prebiotika, jejich kombinací bylo dosaženo synergického účinku. Kromě toho se preventivní účinek podávaných probiotik jeví jako mnohem důležitější a efektivnější, než když byla probiotika podávána až po vzniku karcinomu (Capurso et al., 2006). Již v roce 1999 Ouwehand a kol. popsali možné probiotické mechanismy, které se podílejí na inhibici rakoviny. Schéma těchto mechanismů, kterými probiotika můžou vyvolat pozitivní účinky na rakovinu tlustého střeva a rakovinu močového měchýře, můžeme vidět na níže uvedeném obrázku. 35

Obr. 4 - Probiotické mechanismy podílející se na inhibici rakoviny Zdroj: (Pintado a Gomes, 2014) Tyto mechanismy zahrnují změnu metabolických činností střevní mikroflóry, produkci antitumorických nebo antimutagenních sloučenin, kvantitativní nebo kvalitativní modifikaci střevní mikroflóry, změnu fyzikálně-chemických podmínek v tlustém střevě, degradaci potenciálních karcinogenů, zvýšení imunitní odpovědi hostitele a obecně účinky na fyziologii hostitelského organismu (Rafter, 2003). Specifické kmeny probiotických bakterií jsou schopny snižovat aktivitu střevních mikrobiálních enzymů, což vede ke snížení aktivity enzymů aktivujících karcinogeny. Tato aktivita není omezena na tlusté střevo, ke snížení aktivity těchto enzymů může docházet také v močovém ústrojí. V jednotlivých studiích nedocházelo vždy ke snížení hladiny stejného enzymu, nejčastěji však byly pozitivní účinky pozorovány u β-glukuronidázy a nitroreduktázy (Hatakka et al., 2008). Četné množství studií (Chong, 2014) se zabývalo protinádorovým působením probiotik v souvislosti s metabolity patogenních bakterií. Tyto metabolity mohou být karcinogenní nebo genotoxické, patří mezi ně především žlučové kyseliny produkované ve větším množství, nitrosaminy, enzymy β-glukuronidáza, β-glukosidáza produkované ve větším množství a další. Probiotické bakterie produkují 36