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关键词 人体微生物;焦磷酸测序;宏基因组;法医鉴定
中图分类号 R714 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0120-02
从19世纪初的谈菌色变,到人类运用抗生素、疫苗等医疗手段来遏制微生物对人体所带来的疾病,再到近年来专注于人体微生物的各项研究,不断运用新的科学技术阐释人体微生物在维持人体健康中的重要作用。2007年美国国家卫生研究院(NIH)出资1.5亿美元正式启动“人类微生物研究计划”(HMP),旨在揭示人体健康、疾病状态与人体微生物之间的关系,另外,通过宏基因组学方法和新一代测序方法的相互作用,HMP将为进一步研究人体相关微生物群落奠定坚实的基础。
科学研究者的思维是缜密且发散的,在研究人体微生物维持人体健康的同时,任何新的发现都会有着科学的新思考,2010年,美国科罗拉多大学博尔德分校的研究团队通过人体皮肤微生物研究报道了其与法医鉴定之间的新发现,当人触摸物体时,会在物体表面留下手上的细菌,而研究结果证实这些细菌却是独一无二的,细菌的个体差异性相当显著,那么一定程度上就可像指纹那样用于身份识别。
1 人体微生物影响人体健康
人体正常微生物群是指栖息在人体皮肤或粘膜上并伴随宿主长期进化而形成的微生物群落。人体内部或体表活跃着超过200万亿个(约是人体细胞总数的十倍),总重量超过1千克(占人体总身体质量的1%~2%)的微生物个体,包括细菌、真菌和病毒等。微生物的生长需要特定环境,生理上近似的部位寄生的微生物也大致相同,而环境条件差异较大的区域,则生活着截然不同的菌群。健康的人体微生物群落在维持机体生物、化学、免疫屏障以及对宿主营养、健康、抵御致病微生物侵袭、抗肿瘤、抗衰老等方面发挥着重要的生理作用。当然,并非人体所有微生物都是有益的,我们知道,初生婴儿在分娩前体内是没有微生物的,此时婴儿的免疫系统尚不健全,根据最近美国一项研究表明,产道分娩和剖腹产的婴儿出生后所携带的微生物群落是不一样的,前者携带的细菌和母亲阴道里的微生物匹配,而后者携带的则是常见的皮肤微生物,这些微生物一方面在体内繁衍,另一方面帮助婴儿塑造免疫系统,但就在建立免疫系统的同时,一些有害菌则趁机而入,此时则需要发生激烈的斗争,健康菌群会战胜有害菌群,而那些生下来就体弱多病的婴儿很大程度上是由于携带了不够强大的健康菌群,所以孕妇阴道微生物构造与婴儿的初始微生物群落有很大关联。有些早产婴儿很容易受到胃肠道细菌的感染进而导致败血症、慢性腹泻和坏死性肠炎,当婴儿长到6个月大时,从开始在产道中携带着100种微生物到获得约700种微生物,到3岁时,每个孩子的身上微生物群构成和自身基因组一样,都是独一无二的,而每套成熟的微生物基因组也同时发挥着不可或缺的作用,增强了抵御外界环境病原菌侵袭的能力,维持健康,促进生长发育。
人体微生物影响着人体健康,共生菌能诱导产生某一免疫细胞,支持着人体的免疫系统,体内丰富的Faecalibacterium prausnitzi菌具有抗炎症作用,可以抵抗克罗恩病的复发,Bacteroides fragilis菌能够防止老鼠患结肠炎。根据06年在《自然》杂志上的一则报道,尼科尔森小组对同一种遗传品系的小鼠进行了喂药实验,在服食高剂量同种药物后,其中一组小鼠出现了肝中毒症状,而另一组小鼠则安然无恙。因为通过肠道微生物产生的尿液代谢物检测可以区分遗传特性高相似度的个体,所以得出结论,未中毒的小鼠肠道里的特定微生物群落将药物毒性进行了分解,从而保护了宿主。最近,此研究团队同样在《自然》杂志上报道了高血压与肠道菌群的组成具有密切的关系。不仅如此,戈登小组06年在《自然》杂志上同时报道了肠道微生物产生的某种因子很有可能是机体启动肥胖的必需物质。吉布森小组07年在《糖尿病》上报道了高脂食物显著减少了保护肠道屏障的有益菌如双歧杆菌,明显增加了可产生内毒素的细菌数量,导致进入血液的内毒素增加,最终导致一系列代谢紊乱疾病。人体结构异常的肠道菌群很可能是肥胖、高血压、糖尿病等因饮食结构不当造成的代谢性疾病的直接诱因。另外,有益菌补给是近年来宣传改善机体健康最为火热的一部分,但目前还没有确凿的科学证据显示益生菌补充剂或是含有益生菌的食物对健康的人有益,由于不同个体微生物群落存在差异,同样的摄入不一定有着同样的效果,有益有害,难以定论,当然,如果机体本身就有营养不良或者消化不良的症状,体内有益微生物群落的优势必然大大削弱,影响身体的健康。对于个体来说,精良健康的体内微生物群落会像一个清洁工,扫除体内的各种代谢垃圾,也像一台动力十足的马达,充分吸取营养物质精华,保持活力,提高新陈代谢能力。
近年来,基因组学的高速发展使我们能更准确高效的获得人体微生物的信息,在过去的5年里,美国国家卫生研究院的“人体微生物研究计划”和欧盟的“人类肠道宏基因组计划”已得到阶段性的实施,其研究思路都采用了新一代基因测序技术与宏基因组技术相结合的方式来探索人体微生物多样性对人体健康的影响,但技术的发展暂时还不能满足科学研究的迫切需要,目前的测序技术能力还不能识别全部的人体微生物群落,下面主要介绍人体微生物研究新技术的一些进展。
2 人体微生物研究新技术进展
2.1 16sRNA-识别微生物遗传信息的独特指纹
微生物rRNA按沉降系数分为3种,分别为5S、16S和23S rRNA。5S rRNA基因较短,呈现微生物多态性位点较少,而23S rRNA则较长,无法顺利进行测序,而16S rRNA长度适中约1500个nt,包含足够的遗传信息,且在所有的细菌中都存在,有8处高度保守区和9处可变区域,保守区序列有助于设计测序引物,而可变区序列用于分析种属关系,为鉴定与分类提供了便利,所以16S rRNA是微生物群落分析,进化及分类研究最常用的靶分子。通常情况下,实验时一般提取微生物DNA进行后续工作,因为rDNA是rRNA分子的对应的DNA序列,也就是编码16S rRNA的基因,DNA提取容易,也比较稳定,将测序完的16S rDNA序列信息上传到数据库中进行序列比对分析,序列相似性在98%以上的可以认为是同种,97%以上可以认为是同属,小于96%~97%的可以认为是不同种,小于93%~95%的可以认为是不同属。但比对出来的信息都是数据库中已有的物种信息,针对一些未知的或未发现的菌则无法检测出来。
2.2 焦磷酸测序技术
继sanger测序法之后,目前最为重要的测序技术就是焦磷酸测序技术(Pyrosequencing),其核心是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应,这4种酶分别为:DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光素酶和双磷酸酶,反应底物为5′-磷酰硫酸、荧光素,反应体系还包括待测序DNA单链和测序引物。在每一轮测序反应中,只加入一种dNTP,若该dNTP与模板配对,聚合酶就可以将其掺入到引物链中并释放出等摩尔数的焦磷酸基团。焦磷酸基团可最终转化为可见光信号,并由焦磷酸测序仪器转化为一个峰值,每个峰值的高度与反应中掺入的核苷酸数目是成正比的。然后加入下一种dNTP,继续DNA链的合成。每一个dNTP的聚合与一次荧光信号的释放偶联起来,以荧光信号的形式实时记录模板DNA的核苷酸序列。焦磷酸测序技术的建立与应用使得高通量准确测定特征序列、有效进行微生物的分型鉴定成为可能。
2.3 宏基因组学研究
宏基因组(metagenome),指环境中全部微小生物遗传物质的总和,包含了可培养的和未培养的微生物的基因总和,由Handelsman等1998年提出。而宏基因组学(metagenomics)是一种直接对无需培养的微生物多样性进行研究的方法,该方法直接提取特定环境中全部微生物的总基因组,并克隆到合适的可培养微生物宿主中,从而真实地反映该环境中微生物的多样性资料。简单地说,宏基因与16S rRNA有着显著的区别,宏基因针对整个环境中的所有微生物基因,为了检测环境中有哪些基因,而16S针对的是物种所属。宏基因组学的基本方法是分析微生物环境中的基因组组合,直接分离未培养微生物基因组DNA,将其克隆到可培养的微生物中,最后筛选出所需的。宏基因组学方法可以得到
16S rRNA的序列,但在确定细菌种属问题上的准确性不如特定用16S rRNA方法高。
3 人体微生物在法医鉴定中的新探索
21世纪末,法庭科学中作为生物物证之一的微生物物证检验逐渐兴起,微生物物证主要为细菌、病毒、真菌等可能涉及犯罪的微生物,其种类可分为三种:1)作为恐怖的生物武器,通过美国“911”之后的炭疽杆菌信件攻击事件,我们可以清楚的看到此类微生物制剂的非法传播将导致极为严重的后果;2)作为生物犯罪手段,生物犯罪是指故意使用致病微生物导致人、动物和植物发病,威胁人类健康,破坏农畜牧业发展和食品安全的犯罪行为,如艾滋病人故意传播艾滋病毒,导致他人患病等;3)作为犯罪的见证者,即微生物物证可在案犯实施犯罪过程中发生转移,将现场特定微生物与罪犯携带的部分相同现场微生物进行比对分析,可将嫌疑人与犯罪建立联系。
随着人体微生物研究的深入,一定程度上人体微生物扮演着犯罪见证者的角色。人的皮肤上生活着许多微生物,有细菌也有真菌,维持它们生存的营养物质便是人体汗液中的无机离子和有机物,平均每平方厘米的干燥皮肤上有1千个细菌,湿润的地方甚至多达1百万个,皮肤上的微生物容易被水洗脱,但洗脱后的8小时内又会迅速恢复到之前的正常稳定状态。2010年美国科罗拉多大学博尔德分校的一个研究小组做了这样一个实验,他们用无菌棉棒从3台电脑的键盘上提取到表面细菌,抽取细菌DNA后进行了焦磷酸测序,序列递交数据库比对后确定细菌种类,然后将被调查者的手上细菌进行同样处理,序列比对分析后,他们成功地找到了电脑的主人。另一实验中,研究人员同样提取了9个鼠标上的细菌,也成功地找到了其使用者。并且,在和人类手掌微生物数据库中的270份样品进行比较后,研究者发现鼠标上的细菌菌群样本更接近其使用者,另外,根据研究结果,研究者提出,每个人手掌微生物在承载客体上留下印记后,在室温下可保留两周,期间对承载客体上的微生物进行测序分析,和人手掌上的微生物相一致,这种细菌指纹可以将单独的个体从群体中分辨出来,并且不会出现误判的问题,利用个体的皮肤微生物群落存在显著差异性可以进行法医鉴定。细菌指纹相对于DNA指纹来说也有它的优势:一是在现场无法找到可以进行DNA鉴定的物质时,细菌取得较为方便;二是细菌作为人体第二套基因组,并没有泄露被检测人员自己的基因信息,符合法律和道德;三是作为一种新的鉴定方法,可对其他鉴定方法比如指纹鉴定做侧面的论证,其鉴定结果在一定程度上更加可靠可信。
4 结语和展望
综上所述,我们较为深刻地了解到人体微生物和人体健康有着密不可分的联系,很多疾病包括身体机能下降都和自身微生物群落失调有关,如何进一步建立一套完整的科学体系对人体微生物加以深入研究,留给了科学工作者更多更广泛的研究空间,另外,随着测序技术的不断成熟,测序成本不断降低,更多的基因信息终将浮出水面,目前难以解释的科学问题到时也会迎刃而解,但科学无止境,科学的发展总是在不断摸索的道路上前进的,期待有一天,通过科学调理自身微生物群落,我们的食欲会大增,吸收能力增强,不会过于肥胖或消瘦,保持健康的身体,精力充沛,远离亚健康。当然,在不久的将来,人体微生物作为新型的破案利器,我们不仅可以通过它找到罪犯,还可以通过现场遗留的微生物知道嫌疑人更多的身体秘密,比如他的生活习惯,身体健康程度等等,而这个秘密的告发者就是他自己,因为从出生那一刻起,微生物便要和他共度一生,形影不离。
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作者简介
徐超(1985—),男,上海师范大学硕士研究生。
益生菌与人体的互惠关系
人体肠道是微生物生存的良好场所,存在着各种各样的微生物集群1000余种,总数接近人体体细胞数量的10倍,重量更是达到1.2kg,接近人体肝脏的重量。这些微生物大部分定植于人体结肠内,包括益生菌、中性菌和有害菌。
多项研究证实有超过400~500株益生菌居住在我们的身体内。益生菌不同于致病细菌,它们的存在使肠道内各种微生物处于一个动态平衡之中。人体健康状态下,益生菌在肠道内处于优势地位,能够发挥积极的健康作用。当身体处于不正常的状态时有害菌往往占了上风。
摄入的益生菌是不能永久定植的。益生菌可以在肠道中生存一段时间,协助我们的本地益生菌菌株,抑制有害菌株的生长,为有益菌的生长创造良好的环境,这是我们补充益生菌制剂最基本的原理。虽然人体肠道微生物的主要组成十分相似,但在不同宿主个体间,不同微生物类群的相对含量和菌株种类存在着很大差异。也就是说人体内的肠道菌群会因为地域、年龄、生理状况、饮食习惯等因素存在不同。
肠道菌群的健康作用
肠道微生物失调与多种疾病之间存在着千丝万缕的关系,近年来益生菌的健康作用已经被广泛证实和运用。
中华预防医学会微生态学分会2016年颁布了《中国消化道微生态调节剂临床应用共识》,总结了益生菌能抑制有害微生物和病原微生物的增长,提高机体免疫、降低致癌概率、缓解乳糖不耐症等的作用。
菌群失调的原因和副作用
造成肠道菌群失衡的原因有很多,就进入发育期的婴儿来说,由于其免疫系统尚未成熟,加上频繁更换奶粉、生病时服用抗生素等原因е卤Ρμ迥谟幸婢减少,出现食欲下降、厌食不振、消化吸收功能下降、腹泻便秘、体质瘦弱、反复生病等病症。这时及时为宝宝补充益生菌,恢复肠道菌群平衡成为一种较好的解决以上健康问题的方案之一。
我国通过卫计委办公厅2010年印发《可用于食品的菌种名单》的通知,批准应用于食品的益生菌主要有乳杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属。益生菌制品的种类和品牌非常多,目前广泛使用的益生菌主要包括双歧杆菌和乳酸杆菌两个属为主。在选择益生菌制剂时,应综合考虑个体的疾病情况,尤其是婴幼儿,补充益生菌制剂要在儿科医生或营养医师指导下应用。
益生元和益生菌,好搭档
【关键词】中医学;生态学
中医学认为,保持机体内的气血调和,阴阳平衡是人体健康的关键。二千多年前,我国最早的医学经典《黄帝内经》中就明确记载“阴平阳秘,精神乃治”“正气存内,邪不可干”。现代生态医学从生态学的观点出发,研究人的健康和疾病,充分利用有益因素,控制和消除有害因素,有病治疗,未病防病,无病保健,延年益寿。两者理论,不谋而合,十分相似。最近有人提出“废除中医”发表“中医是伪科学”的奇谈怪论,可见这些人对中医理论知之甚少,片面理解。本文作者长期从事生态医学的研究,也涉足中医学的阴阳平衡理论,研究得出一个重要的结论:“中医学的本质就是生态医学,决不是伪科学”[1,2]。
1生态学的基本概念
生态学(ecology)一词是德国生物学家E·Haeckel于1869年提出,其定义是:生态学是研究有机体与其周围环境(包括非生物和生物环境)相互关系的科学,由于研究生态学,保护生态环境(宏环境和微环境),对于人类社会及生命优质有着重要作用。近30年来生态学已发展成为庞大的学科群,并出现了许多分支,生态医学就是其中重要的分支[3]。
2生态医学及三层次
生态学分为宏观生态学、微观生态学、分子生态学三个层次。生态医学可从三个层次进行研究,一是以个体和群体为中心同其环境的宏观生态医学;二是以单细胞为中心同其环境关系的微观生态医学即医学微生态学;三是以细胞内的生物活性分子特别是核酸分子为中心同其分子环境关系的分子生态医学;现就生态医学的三个层次简要介绍如下:
2.1宏观生态医学在医学和人体健康方面,随着环境污染对人体健康的影响引起了人们对生态医学研究的广泛重视,作者认为医学必须将人放在整个生物圈中来研究生命现象,因为人不仅仅具有生物属性和社会属性,更重要的是人是生物圈中众多物种的成员之一,生物圈对人类的影响长期没有得到应有的认识,只是在20世纪50年生的环境危机和“公害病”迭次发生以后,人们才认识到生物圈的变化与人类有如此密切的关系。大气、土壤、水质的污染,噪音和振动的增多,致癌致畸,致突变的理化因子进入人类所生存的环境,植被的破坏和野生动物的灭绝,臭氧层的破坏,酸雨、温室效应等等,都会直接或间接影响人体的健康,影响人体以下的生态层次。另外,人增也将影响到食物的供应,食物短缺可致营养不良和其他疾病的发生,现在许多人生活在100万人口以上的大城市里,这样的城市中水处理系统、垃圾处理系统、基础设施、社会秩序和公共健康规划的使用是严重超载的,这势必会影响人们的正常生活和健康,解决这些问题的理论基础必须是生态学的基本原理[3]。
2.2微观生态医学(医学微生态学)20世纪50年代初,中国的魏曦、康白教授开始从事微生态学的研究,60年代以后美国的DubosR·J等人把大量的生态学观念和术语引入到微观生态学研究之中。1977年,联邦德国VolkerRush博士首先明确提出微生态学即微观生态学(microecology)一词,康白教授将其定义为微生态学是研究正常微生物群与其宿主(人、动物、植物)相互关系的生命科学分支,微生态学的一个重要分支就是医学微生态学即微观生态医学,它是研究正常微生物群与人体之间相互关系的学科。在长期的生物进化、适应过程中,在正常人的体表和与外界相通的腔道粘膜表面存在不同种类和数量对人体有益无害的微生物群称为正常微生物群,其中以细菌为主,其数量相当于人体细胞的10倍,正常微生物大部分与宿主细胞密切接触,交换物质、能量,甚至相互传递遗传信息,正常微生物群对宿主具有营养、免疫、生长刺激、生物拮抗等作用,从生态学观点来看,正常微生物群,在正常条件下,与宿主保持着生态平衡,一切干扰因素,都将引起微生态失调,从而影响人体健康。
在感染性疾病中,按以往的观点,是病原微生物所致,但它不能解释菌群失调所致的内源性感染(条件致病),医学微生态学认为,感染是微生物对宿主或宏生物的异常侵染所致的微生物与宿主或宏生物之间相互作用的一种生态学现象。疫苗、抗生素以及医疗技术的飞速发展,造成了一种我们几乎不受疾病影响的假象,但人们也逐渐认识到抗生素对人类的不利作用。1950年魏曦、康白二位教授曾发现一例鼠型链丝杆菌感染的鼠咬热病人,在用抗生素治疗后,虽杀灭了病原体,但终因导致肺炎克鲁伯菌(正常情况下为人体正常菌之一,不致病)肺炎进而引起败血症而死亡,成为世界上首次发现抗生素治疗而引起的菌群失调症,当时二位教授曾预言到,在光辉的抗生素降临以后,我们必须注意其给人类带来的阴影,扰乱正常菌群和引起菌群失调。抗生素的广泛应用,尤其是滥用抗生素而引起的菌群失调的情况越来越严重,因此,这就唤醒人们对正常微生物群的生态平衡和失调等问题的研究,从此,诞生了微观生态医学。微观生态医学的行为是维护人体的微生态平衡,防治微生态失调,微生态制剂疗法,合理应用抗生素等[5,7]。
2.3分子生态医学随着分子生物学的进展,以及生态学的理论向分子生物学中的渗透而出现了分子生态学(molecularecology)它是从分子水平上研究和探讨生命物质的生态学问题,分子生态学一词于1988年由中国的向近敏、林雨霖二位教授首先提出,随后国外的TerryBurke也在《自然》杂志上提出。分子生态学的定义为:研究分子生物甚至生物活性分子同其分子环境相互关系的学科,是生态学的分子层次。它主要阐明生命体与其相关细胞之间的各种活性分子直至分子网络相互作用的生理平衡状态和病理失调状态的分子机制,以及促进生理平衡和防止病理失调和恢复生理平衡的措施和方法,分子生态医学的医疗行为是利用分子生态制剂以恢复分子生态平衡[6]。
3中医学的生态观与现代生态医学
中医学的四诊八纲就是从人的整体出发,探讨人体平衡和失调的转化机制,并通过中药使失调恢复平衡,中医的天人合一的思想,阴阳平衡理论,辨证施治的方法以及未病先防、既病防变、治病求本、扶正祛邪、调整阴阳、药食同源的防病原则都是生态医学思想的体现。限于篇幅,本文仅就中医学的生态观在微观生态医学(医学微生态学)中的体现加以论述[1~3]。
3.1中医“治未病”的学术思想与现代保健医学中医从整体观念出发,建立了预防为主的保健观点,早在两千多年前就认识到预防疾病的重要性,提出了“治未病”的预防思想,指出“圣人不治已病治未病,不治已乱治未乱……夫病已成而后药之,乱已成而后治之,譬犹渴而穿井,斗而铸锥,不亦晚乎。”所谓治未病,包括未病先防和既病防变两个方面的内容。微生态学的崛起,促进了医学的发展,医学从治疗医学、预防医学已经发展到现代保健医学,它必须以生态学为理论基础,其主要思想为无病保健、未病预防、有病治疗、既病防变,这是医学发展到现代保健医学的必然规律。微生态制剂由于是来自宿主生理性细菌的制剂,回归至原生境,修复生物屏障,根据疾病的生态病因的观点,因而,微生态制剂可达到无病保健、未病预防,有病治疗,既病防变之目的。微生态疗法重在调整,中医的核心也是调整,因此,两者的观点和理论不谋而合,这是值得互相借鉴的。
3.2阴阳平衡理论与微生态理论阴阳学说是中国古代的一种宇宙观和方法论,它渗透到医学领域后,促进了中医理论体系形成和发展,成为中医学的重要理论基础和指导思想,借此阐明人体的生理功能、病理变化和疾病的诊断、治疗及预防的根本规律,因此,中医的阴阳学说是关于认识疾病和防治疾病根本规律的学说[1~3]。
3.2.1阐释人体的结构及生理功能阴阳学说在阐释人体的结构时,认为人体是一个有机整体,是一个极为复杂的阴阳对立统一体。医学微生态学研究表明,在人体的体表以及与外界相通的腔道粘膜表面存在着大量的正常生物群,构成了除解剖意义上的系统以外的微生态系统,与机体形成为一个有机的统一体。中医认为人体的正常生命活动,是阴阳两个方面保持着对立统一的协调关系,使阴阳处于动态平衡状态的结果,物质与功能、阴与阳共处于相互对立、依存和转化的统一体中,维持着物质与功能、阴与阳的相对的动态平衡,保证了生命活动的正常进行。据瑞典Gustaffson教授研究估计,人类肠道大约带1kg细菌,其活菌数量达1012~13个,这些正常菌参与了宿主的代谢、免疫、生理生化、生物拮抗等方面的作用,以维持人的健康,此即微生态平衡。
3.2.2说明人体的病理变化人体与外界环境的整体统一和机体内在环境的平衡协调,是人体赖以生存的基础,疾病的发生就是这种平衡协调遭到破坏的结果,用阴阳学说来说明人体的生理病理,则认为“阴平阳秘”即阴阳的平衡协调是人体生理活动的基础,这种平衡协调关系一旦受到破坏,使阴阳失去平衡,便会产生疾病。人体微生态系统由于内因或外因的影响使其平衡遭受破坏即微生态失调,便可导致多种疾病,如胃肠微生态系统平衡失调,便可引起多种胃肠道疾病。
3.2.3用于疾病的诊断由于疾病发生发展变化的根本在于阴阳失调,中医有阴阳、表里、寒热、虚实八纲,但八纲中又以阴阳作为总纲。微生态学诊断疾病,采用厌氧培养技术对人体某部位正常细菌进行定量(多少)、定性(何种细菌)定位(存在的部位)检查以确定微生态失调及程度。
3.2.4指导养生防病中医学十分重视对疾病的预防,取天地自然规律,采取各种养生的方法,借以保持机体内部以及机体内外环境之间的阴阳平衡,达到增进健康,预防疾病的目的。养生防病即为现代的保健医学,保健医学必须以微生态学为理论基础,维持人体微生态平衡,微生态制剂的重要功能就是无病保健,未病预防。
3.2.5用于疾病的治疗中医认为疾病的发生发展的根本原因是阴阳平衡失调,因此,调整阴阳、补偏救弊、促使阴平阳秘,恢复阴阳相对平衡。微生态疗法也是恢复微生态平衡达到治疗目的,其方法有营养调整、抗菌调整、内服菌群促进物质、活菌制剂等从而达到纠正微生态失调,恢复微生态平衡。
3.3扶正祛邪理论与维护人体微生态平衡中医认为疾病的过程是正气与邪气相互斗争的过程,正邪力量的消长决定疾病的发展与转归,邪胜于正则病进,正胜于邪则病退,扶正和祛邪是相互联系的两个方面,扶正是为了祛邪,是通过增强正气的方法,祛邪外出,从而恢复健康,即所谓“正足邪自祛”;祛邪是为了扶正,消除致病因素的损害,而达到保护正气恢复健康的目的,即所谓“邪去正自安”。
从医学微生态学角度来认识正气可理解为人体微生态系统的正常功能态。20世纪70年代中期荷兰微生态学专家VanderWaaij提出了定植抗力学说,其含义为肠道正常菌群对潜在病原菌在肠道中定植的拮抗作用或抵抗力。研究证明,在正常菌群中,厌氧菌(如双歧杆菌等)对定植抗力负有重要责任,抑制了厌氧菌,定植抗力便下降,扶持厌氧菌,定植抗力便提高。康白教授提出了生物夺氧学说,因肠道正常菌大多为厌氧菌,因此,他用从土壤中所分离出的一株无毒的需氧芽胞杆菌(蜡样芽胞杆菌)制成一种生物夺氧的活菌制剂,口服后,肠道氧气被消耗,提供了供厌氧菌生存的厌氧环境,厌氧菌才能生长,才能维持正常菌的屏障作用和其他功能,从而达到扶正(扶持正常菌群)祛邪(拮抗外袭菌的感染)的作用。由此可见,中医的扶正祛邪理论与维护微生态平衡原理十分相似。
3.4中医的脾胃学说与胃肠微生态系统功能脾胃学说是中医理论的重要组成部分,中医的脾与消化、吸收、代谢、免疫、神经内分泌有关,微生态学研究表明,中医的脾与人体胃肠正常微生物有密切关系。胃主受纳、脾主运化,是指胃受纳食物之后再经脾把水谷化为精微,并将精微物质转输至全身。脾气健运,机体的消化吸收功能才健全,才能为化生气、血、津液等提供足够的养料,才能使全身脏腑组织得到充分的营养,以维持正常的生理活动,反之脾失健运,则机体的消化吸收功能便因此而失常,便会出现腹胀、便泌、食欲不振以至倦怠、消瘦和气血不足等。
医学微生态学研究证明,在人的胃肠微生态系统中存在许多生理性细菌如双歧杆菌、类杆菌、乳杆菌、拟杆菌、粪链球菌、韦荣球菌等,每克粪便的细菌数量可达1014个,如此大量正常菌产生的各种酶,参与了机体的酶池,对三大营养物质(碳水化合物、蛋白质、脂类)的消化吸收起着重要作用,如胃肠微生态系统结构和功能正常,就会发挥正常的消化吸收功能,若结构和功能异常如双歧杆菌等减少时生物屏障作用下降,有利于外来病原菌的侵袭,或与其他肠道菌比例失调或寄居位置的变化如产气菌大量增殖,就会引起腹泻、胀气等表现。
3.5药食同源理论与微生态学中的营养调整中医的药食学,即药物与饮食关系的学问,药食同源,药食互补,药食互用是其主要内容,药与食之间并不存在严格的界限,把药物与食物科学地配合起来用以养生、治病是中医学的重要课题,作者对中医的医食同源有以下的理解。
由于不合理的膳食可致冠心病、高血压、胃肠疾病等,对病人而言,合理营养极为重要。医食同源、药食同根,表明合理营养和药物对于防治疾病有异曲同工之处。医学微生态学研究证明,营养也是使宿主适应其正常微生物菌群的重要因素。营养失调、营养不良或营养变化都对正常微生物群有影响,在正常时保持微生态平衡,在异常时导致生态失调,在微生态治疗法中,用限制营养的办法抑制过盛菌的繁殖如发酵性腹泻可限制碳水化合物食物,腐败性腹泻限制蛋白质食物等。通过营养对正常微生物群中某些成员的促进作用来调整菌群失调也可取得一定作用,根据不同种群对营养要求的不同,可达到促进某些细菌生长和繁殖的目的。对双歧杆菌的扶植可用胡萝卜、乳糖、野芝麻四糖、棉子糖;对乳杆菌的扶植可用乳糖和蔗糖;对肠球菌的扶植可用叶酸、复合维生素B及蜂蜜等多含B族维生素的食物。通过营养的作用来提高宿主对其正常微生物群的适应能力,从而保持人体微生态平衡。
高蛋白、高脂肪食物结构对类杆菌和梭菌有促进作用,这两种细菌的增多与癌症和衰老有联系,因此,要保持对健康有益的正常微生物群,就必须注意膳食结构,合理膳食以利人的健康。
3.6异病同治与使用微生态制剂的微生态疗法
中医的异病同治是不同的疾病在出现相同的证候时,应采用同样的治疗方法。有关微生态学中异病同治的问题,目前研究得较多的是胃肠道疾病及微生态治疗。微生态学研究表明,在人体胃肠粘膜上排列着致密的对人体有益的细菌(主要有双歧杆菌、乳杆菌、粪链球菌等)形成菌膜屏障,这种菌膜屏障能发挥生物拮抗作用控制有害菌的繁殖,阻止有害菌毒性物质的吸收,产生乳酸等使体内有害毒物排出体外,具有清洁肠道,保护肝脏,维护人体健康的作用。一旦菌膜屏障破坏,在外袭病因的作用下,就会导致各种疾病的发生如急慢性胃炎、胃溃疡、肠炎、慢性结肠炎、肝病加重等,鉴于这些疾病有一共同的发病机制——微生态失调,因此,利用宿主体内的生理性细菌(如双歧杆菌等)作为种子,通过发酵工程,扩大数量,制成活菌制剂,再回归到宿主的原生境,重建菌膜屏障,就能达到纠正微生态失调,恢复微生态平衡的目的。因此,一种微生态制剂能治疗多种消化系统疾病,此谓异病同治。
从以上列举的医学微生态学理论与中医理论来看,两者不谋而合,极为相似,因此,是值得相互借鉴的,可以用医学微生态学原理解释和阐明中医中的某些理论,也可用微生态学的研究方法和技术来研究中医理论和中药、药方。舌象检查证明,不同舌象,是不同菌群结果,通过中医中药疗法,可改变舌象,菌群结构也同步改变。四君子汤有扶植肠道生理性细菌的生长作用,小承气汤在调整肠道平衡方面非常有效。我们可利用微生态学研究方法,从医学微生态学角度依据生态学原理去研究中医中药等方面的问题,为人类服务。
【参考文献】
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兽药残留是指给动物使用药物后蓄积和贮存在细胞、组织和器官内的药物原形、代谢产物和药物杂质,包括兽药在生态环境中的残留和兽药在动物性食品中任何可食部分的残留。广义上的兽药残留除了由于防制疾病的药物外,也包括药物饲料添加剂、动物接触或食入的环境中污染物如重金属、霉菌毒素、农药等。目前造成严重威胁的残留兽药主要有抗生素类、磺胺类、呋喃类、抗球虫类、激素类和驱虫类,由于对人有毒害作用,因此是各国兽药残留监控的重要内容。
2兽药残留产生的原因
兽药通常是由预防和治疗动物疾病、用作饲料添加剂和食品保鲜时造成对食品的污染。兽药残留的产生主要有4方面的原因:①不正确用药,如药的剂量、给药途径及动物种类不符合用药要求。②未执行休药期的规定,在休药期以前屠宰动物。③使用违禁药物即规定不准使用的药物。④动物个体代谢差异也是导致兽药残留超标的原因。由于目前广大农牧民对合理用药知识掌握甚少,用药技术水平较低,用药不规范,没有遵守国家的允许使用的兽药品种和停药期规定,容易造成药物的滥用和动物产品中兽药残留超标。
3兽药残留对人的危害
(1)人长期摄入含兽药的动物性食品后,药物不断在人体内蓄积,当积累到一定程度后,就会对人体产生毒性作用。如磺胺类药物可引起肾损害,特别是乙酰化磺胺在尿中溶解度低,析出结晶后对肾脏损害更大。经常食用一些含低剂量抗菌药物的食品还能使易感个体出现过敏反应,这些药物包括青霉素、四环素、磺胺类药物及某些氨基糖苷类抗生素等。这些药物具有抗原性,刺激机体产生抗菌素抗体,造成过敏反应,严重者可引起休克、喉头水肿、呼吸困难等严重症状。呋喃类引起人体的不良反应主要是胃肠反应和过敏反应,表现在以周围神经炎、发热、嗜酸性白细胞增多为特征的过敏反应。磺胺类药物的过敏反应表现为皮炎、白细胞减少、溶血性贫血。青霉素引起的变态反应,轻者表现为接触性皮炎和皮肤反应,严重者表现为过敏性休克甚至死亡。动物在经常接触某一种抗菌药物后,其体内的敏感菌株将受到选择性的抑制,细菌产生耐药性,使耐药菌株大量繁殖,使疾病治疗变得困难。人体经常食用含药物残留的动物性食品,动物体内的耐药菌株可传播给人体,当人体发生疾病时,就给治疗带来一定的困难,延误正常的治疗。人类长期食用低剂量的抗生素能导致金黄色葡萄球菌耐药菌株的出现,也能引起大肠杆菌耐药菌株的产生。世界上一些地区的沙门氏菌、肠道球菌、大肠杆菌等多种病菌已经产生抗药性。人与人、动物与动物、动物与人之间存在着耐药基因的传递问题。由于耐药菌株很容易在动物与动物、动物与人之间转移,从正在或曾与抗生素接触的人中均可发现大量耐药质粒。迄今为止,具有耐药性的微生物通过动物性食品转移到人体内并对人体健康产生危害的问题尚未得到解决。对磺胺类药物敏感的细菌在动物体内外均能产生耐药性,而且当其对一种磺胺药物产生耐药性后,对其他磺胺药物也会产生交叉耐药性。
(2)由于耐药菌株的不断出现,人类不得不持续进行抗菌药物的更新换代。在这场人与细菌的“赛跑”中,细菌总是处于“领先地位”,因为人们研制、开发新药物的速度远远赶不上细菌产生耐药性的速度。所以,为防止病菌通过食物链危害人类健康,在疫病防治中应尽量少用抗生素。所有抗菌药物应先用于人类,再用于伴侣动物,最后用于食用动物。
(3)兽药残留引起体内正常菌群失调。在正常条件下,人体肠道内的菌群与人体能相互适应,如某些菌群能抑制其他菌群的过度繁殖,某些菌群能合成B族维生素和维生素K以供机体使用。药物残留会使这种平衡发生紊乱,导致一些有益菌死亡,使菌群的平衡失调,从而引起长期的腹泻或维生素缺乏等反应,对人体造成危害。除以上影响
外,兽药残留还具有致畸、致癌、致突变等作用。
4兽药残留对环境的影响
药物进入动物机体后以原形或代谢产物形式随粪、尿等排泄。残留的药物在环境中仍具有活性,会对土壤生物及昆虫等造成影响。据报道,在用动物排泄物施肥的土壤中检查到了金霉素的残留。我国在50年前杀蝗虫所使用的DDT,至今还残留在土壤内。兔子食用从这种土壤上生长的小麦,在肉中可检出DDT。近年来人群中肿瘤发生率不断升高,人们怀疑与环境污染及动物食品药物残留有关。雌激素、硝基呋喃类、砷制剂等都已证明有致癌、致畸、致突变作用。当人们长期食用含有“三致”作用的食品时,这些残留物会对人体产生毒害作用。
人体的寄生客
喜欢寄生在皮肤、毛发、指甲浅层的真菌会引起脚臭、脚痒、起泡、脱皮和出汗,这些真菌尤其喜欢寄居在经常洗脚但不愿意擦干脚的人身上。
恶毒的人瘤病毒是一组病菌的总称,能引起手脚长瘤和诱发某些癌症。
在没有刷干净的牙齿上易形成一层浓厚的细菌苔,有300—500个细胞,其中以血链球菌和变形链球菌最为常见,这些细菌发酵碳水化合物并分泌斑点,它们会刺激牙龈并使牙齿脱落。
沉睡的疱疹家族有100多个成员,大部分都处于非常安静的不活跃状态,一旦人压力增大、受寒发热、吸毒或过度服用抗生素后,就会被激活,引发病变。
喜欢睫毛的螨虫以皮肤分泌物和皮屑为生,会引起睫毛脱落。油性皮肤和不经常深度清洁皮肤的人最容易大规模滋生螨虫。
春夏之交从来就是细菌最活跃的时节,只不过进入5月,肠道传染病会取代呼吸系统疾病成为主角。现在还在全国各地活跃的手足口病其实是每年的常见传染病。
细菌亦友亦敌
在我们见识细菌前,需要正视一组数字:我们的机体由100万亿个细胞组成,但90%不是人体生来自有的。细菌的数量是人体细胞数的10倍。将这些细菌的重量集合起来,会重达1千克。
人体寄生的细菌家族非常庞大,种类多达250种。人体与细菌之间、细菌与细菌之间存在某种制约,更由于人体皮肤是一道天然防线,所以正常情况下不会引发疾病。而且,许多细菌实际上在对我们的皮肤起着保护作用,太频繁洗澡,会冲洗掉一些细菌,反而让皮肤失去原有的保护层,更容易患皮肤病。这样的细胞互生使得人与细菌形成了一种有趣的依赖现象。
虽然体内的这支“细菌大军”队伍很庞大,但大部分都是我们的盟友,非但不会伤害我们,反而处处施以援手。如果没了它们镇守体内,外面的致病细菌早就杀进体内了。除此之外,肠子的蠕动更少不了它们的“推波助澜”,维生素的合成也是它们的功劳,甚至连厮杀癌细胞的战场也少不了它们的身影。但有一些细菌,还是尽可能隔离,比如喜欢寄生于粗糙皮肤中以皮脂为食的螨虫、通过未煮熟的猪肉进入人体并可能最终寄生在大脑内的弓形虫等。其次,葡萄球菌家族中的某些小兵,比如金黄葡萄球菌,你千万不要被它的外表所欺骗了,虽然长得像串鲜嫩的葡萄,但它却会让你的皮肤感染甚至化脓。
还有些病菌属于绝对的骑墙派。比如乙脑病毒、鼠疫杆菌和伤寒杆菌,一旦侵入人体,就会快速繁殖,并最终致病。大肠杆菌在正常栖居情况下并不会致病,但如果人患有白血病或过量服用不当的抗生素,它们就有可能侵入腹膜、阑尾和胆囊,并最终引发炎症。
不过只要大家平时注意卫生及保持良好的清洁习惯,不论是寄生虫体还是这些细菌大军中的“捣乱者”,也就不那么可怕了。
(选自《科学启蒙》2012年第11期)
说明对象——寄生于人体的细菌
第1段:介绍人体中寄生着很多细菌,引出本文的说明对象。