میکروبیوم و نقش آن در پوکی استخوان
مقدمه
میکروبیوم به مجموعه‌ای از میکرو ارگانیسم‌ها گفته می شود که در محیطی مانند روده‌ها، پوست، دهان و سایر سطوح بدن انسان وجود دارند. این میکروارگانیسم‌ها شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و سایر موجودات میکروسکوپی می باشند که در تعامل با بدن انسان هستند. وجود تعادل در عناصر میکروبیوم بدن، نقش مهمی را در سلامت انسان بازی می کند.
فهرست مطالب (کلیک کنید)
میکروبیوم دستگاه گوارش
میکروبیوم دستگاه گوارش ما یک اجتماع پیچیده و پویا از میکروارگانیسم‌های زنده است که درنقاط مختلف دستگاه گوارش ساکن هستند و حاوی بیش از 1000 گونه مختلف میکروبی و بیش از یک تریلیون میکروارگانیسم است. تنوع ژنی میکروبیوم موجود در دستگاه گوارش مجموعا 100 برابر بیشتراز ژنوم انسانی است و بیان این مجموعه ژنوم موجب تغییر در عملکرد و فعالیت های طبیعی بدن می شود. میکروبیوم دستگاه گوارش ازبدوتولد شروع به شکل گیری می کند و تا سه سالگی کامل شده و به ثبات میرسدTترکیب و فراوانی آن تحت تأثیر عواملی مانند جنس، سن، ژنتیک و عوامل محیطی مانند رژیم غذایی، شیوه زندگی، داروها، آنتی‌بیوتیک‌ها، محیط و بیماری‌ها شکل می‌گیرد.
همانطور که گفته شد میکروبیوم دستگاه گوارش با بدن فرد تعامل داشته و تأثیر قابل توجهی بر بسیاری از عملکردهای میزبان، از جمله فیزیولوژی، عملکرد دستگاه گوارش، سیستم غدد درون ریز، تولید و جذب مواد مغذی، تولید انرژی، تعدیل عملکرد سیستم ایمنی بدن و نقش محافظتی در برابر عوامل بیماری زا دارد. هنگامی که ترکیب طبیعی میکروبیوم دستگاه گوارش تغییر می کند، نقش عملکری خود را از دست می دهد. تغییر میکروبیوم دستگاه گوارش، که به نام دیس بیوز نیز شناخته می شود، با کاهش تنوع و کاهش فراوانی باکتری ها مشخص می شود.
در دهه گذشته، مطالعات جدید حاکی ازاین است که که دیس بیوز دستگاه گوارش با بیماری ها و اختلالات متعددی از جمله چاقی، بیماری پارکینسون، بیماری آلزایمر، اختلال طیف اوتیسم، سندرم متابولیک، بیماری های التهابی روده، دیابت نوع 2، بیماری های قلبی عروقی، سرطان ها و پوکی استخوان مرتبط است. در این مقاله به بررسی نقش میکروبیوم بر سلامت استخوان هاو جلوگیری از پوکی استخوان می پردازیم.
پوکی استخوان، یک مشکل جهانی
استخوان ها اندام های پویایی هستند که به طور مداوم توسط سلول های استخوانی ویژه به نام استئوبلاست ها و استئوکلاست ها دست خوش تغییرمی شوند. استئوبلاست ها یا سلول های استخوان ساز، باعث تشکیل استخوان می شوند در حالی که استئوکلاست ها یا سلول های استخوان خوار، شالوده استخوان را حل می کنند (“جذب استخوان”). تشکیل بیش از حد و نابجای استخوان باعث کاهش منابع در دسترس بدن، تغییرشکل استخوان ها و فرم بدن می شود و از سمت دیگر تخریب و تحلیل بیش از حد استخوانی موجب از بین رفتن استحکام استخوانی شده و بدن را در مقابل نیرو های وارده آسیب پذیر کرده و ریسک شکستگی را بالا می برد.
تعادل بین تشکیل استخوان و تحلیل استخوان برای حفظ استخوان و سلامت کلی بدن یک امرضروری و حیاتی است.
هنگامی که عدم تعادل بین فعالیت این دو سلول استخوانی رخ می دهد، بدن دچار اختلالات استخوانی می شود، مانند زمانی که فعالیت استئوکلاست ها از استئوبلاست ها بیشتر شود که نتیجه آن تحلیل و پوکی استخوانی است.
بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO)، پوکی استخوان 200 میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد. در نتیجه، پوکی استخوان به عنوان یک موضوع مهم بهداشت عمومی در سراسر جهان تعریف می شود. طبق تعریف WHO، پوکی استخوان به عنوان “بیماری اسکلتی سیستمیک چند عاملی که با تراکم استخوان پایین و تخریب بافت استخوانی همراه است، تعریف می شود. این بیماری، به شدت استحکام و ساختار استخوان را به خطر می اندازد و شکنندگی استخوان و حساسیت به شکستگی را افزایش می دهد. از آنجایی که از دست دادن استخوان به تدریج رخ می دهد و این فرآیند دردناک است، پوکی استخوان به عنوان یک “قاتل خاموش” یا “بیماری کوه یخ” توصیف می شود. پوکی استخوان بیشتر منجر به شکستگی ستون فقرات، لگن و ساعد می شود و با کاهش کیفیت زندگی بیماران بر سلامت روان و رفاه کلی آنها تأثیر می گذارد. در واقع، شکستگی استخوان اغلب منجر به دردهای شدید، از دست دادن استقلال، کاهش قد، بدشکلی بدن و ایجاد حالت خمیده می شود.
دو عامل تأثیر گذار در پوکی استخوان
دو عامل تأثیر گذار در پوکی استخوان عبارتند از: سن و جنسیت. زنان در مقایسه با مردان بیشتر در معرض ابتلا به پوکی استخوان هستند. در واقع، از هر سه زن یک نفر و از هر پنج مرد بالای 50 سال، یک نفر در طول زندگی خود پوکی استخوان را تجربه می کنند. علاوه بر این، خطر ابتلا به پوکی استخوان با افزایش سن افزایش می‌یابد، در افراد بالای 50 سال، حدود 55 درصد در خطر ابتلا به پوکی استخوان هستند.
تأثیر میکروبیوم بر جلوگیری از پوکی استخوان
عوامل متعددی مانند رژیم غذایی، عوامل ژنتیکی، سلامت متابولیک، ریزمغذی ها و عوامل محیطی با سلامت استخوان مرتبط هستند. در دهه گذشته، یافته‌های تحقیقاتی جدید پیامدهای مهم تغییرات میکروبیوم دستگاه گوارش را در پاتوژنز پوکی استخوان گزارش کرده‌اند. مطالعات نشان می دهد تفاوت های قابل توجهی بین میکروبیوم دستگاه گوارش بیماران دارای پوکی استخوان و افراد سالم وجود دارد.
میکروبیوم دستگاه گوارش انسان شامل چهار شاخه اصلی باکتریوید ها، فیرمیکوت‌ها، پروتئوباکتری‌ها و اکتینوباکتری‌ها است. بیش از 90 درصد میکروبیوم سالم دستگاه گوارش متعلق به گونه هایی از دو شاخه اصلی باکتریوید و فیرمیکوت است.
در افراد با دانسیته استخوانی (BMD) پایین (که نشان گر پوکی استخوانی است) نسبت تعداد باکتری فیرمیکوت به باکتریوید نسبت به افراد سالم کمتر است. علاوه بر این، وجود انواع باکتری ها می تواند هبستگی مثبت یا منفی با سلامت استخوانی داشته باشد به عنوان مثال: اکتینوباکتری ها با تراکم استخوان رابطه مثبت دارد در حالی که وجود پروتئوباکتری ها با توده استخوانی همبستگی منفی دارند. رابطه توده استخوانی با انواع باکتری ها در جدول زیر قابل مشاهده است.
| باکتری های موثر بر BMD | باکتری هایی با تاثیر منفی بر BMD |
|---|---|
Bifidobacterium | Bacteroidetes |
Lachnospiraceae | Lactobacillus |
Clostridium cluster XIVa | Eggerthella |
Veillonella | Dialister |
Blautia | Rikenellaceae |
Actinobacteria | Enterobacter |
Succinivibrio | |
Pseudomonas | |
Klebsiella |
نحوه عملکرد میکروبیوم بر سلامت استخوان
میکروبیوم دستگاه گوارش، متابولیسم استخوان ها را با روش های مختلفی تحت تأثیر قرار می دهد.
1-تعدیل متابولیسم استخوان ها از طریق تعدیل متابولیسم بدن
میکروبیوم دستگاه گوارش، باعث جذب مواد معدنی و تولید ویتامین های ضروری برای سلامت استخوان می شود این مواد شامل:
- اسید های چرب کوتاه زنجیر(SCFA) است که با کاهش pH روده موجب افرایش جذب کلسیم می شوند.
- ویتامین D که با کمک به جذب کلسیم منجر به تحریک رشد استخوانی می شود.
- ویتامین K که از تحلیل استحوانی جلوگیری میکند و رشد استخوانی را القا میکند.
2- تعدیل متابولیسم استخوان از طریق تعدیل سیستم ایمنی بدن
اپیتلیال دستگاه گوارش اولین خط دفاعی بدن در برابر پاتوژن ها و آنتی ژن ها است. میکروبیوم سالم دستگاه گوارش به حفظ یکپارچگی روده کمک می کند. با این حال، دیس بیوز می تواند عملکرد این سد دفاعی را تغییر دهد که در نتیجه عوامل بیماری زا به فضای بین سلولی وارد شده و سیستم ایمنی در پاسخ به این حالت وارد فاز التهابی می شود و القا التهاب در دستگاه گوارش موجب تحریک سلول های استخوان خوار(Osteoclast) شده و پوکی استخوان را تحریک می کند. در مواردی عوامل بیماری زا می توانند وارد جریان خون شده، خود را به استخوان رسانده و در آنجا التهاب ایجاد کنند. بنابراین وجود یک میکروبیوم سالم با تعدیل پاسخ ایمنی از طریق مواد ترشحی خود، رقابت و از بین بردن عوامل پاتوژن و همچنین کمک به ایجاد اتصال محکم بین سلول های غشاء روده از وقوع این حوادث جلوگیری می کند.
3-تعدیل متابولیسم استخوان از طریق تعدیل سیستم هورمونی بدن
سیستم غدد درون ریز نیز یکی از تنظیم کننده های مهم متابولیسم استخوانی است. میکروبیوم روده می تواند به طور غیرمستقیم بر متابولیسم استخوان از طریق تعدیل سیستم غدد درون ریز تأثیر بگذارد. چهار مکانیسم هورمونی اصلی که در تنظیم متابولیسم استخوانی نقش دارند عبارتند از :
1- تنظیم به واسطه سروتونین:
مغز و معده مسئول ساخت 90 درصد از سرتونین ترشحی بدن است. سرتونین ترشحی از معده در تخریب و بازجذب بافت استخوانی نقش دارد و در مقابل سرتونین مغزی موجب افزایش تشکیل بافت استخوان می شود.
2- تنظیم به واسطه پاراتیروئید هورمون:
هورمون پاراتیروئید (PTH) یک هورمون ضروری برای رشد اسکلتی و هموستاز استخوان است که توسط غدد پاراتیروئید تولید می شود. PTH سطح سرمی کلسیم را تنظیم میکند واز این طریق براساس نیاز سلول‌های استخوانی و سطح هورمون‌های آزاد شده، باعث جذب کلسیم به استخوان و تشکیل استخوان می‌شود، اثر پاراتیروید هورمون به همراه بوتریک اسید (SCFA) تولید شده توسط میکروبیوم موجب تبدیل سلول های ایمنی CD4 به سلول های Treg شده که در نهایت موجب تحریک سلول های استخوان ساز(Osteoblast) می شوند. در صورت اختلال در میکروبیوم دستگاه گوارش (دیس بیوز) اثر تحریکی PTH بر سلول های استخوان ساز کاهش می یابد که این امرباعث تشدید پوکی استخوان خواهد شد.
3- تنظیم به واسطه فاکتور رشد شبه انسولین IGF-1:
میکروبیوم دستگاه گوارش می تواند تشکیل استخوان را از طریق سنتز فاکتور رشد شبه انسولین 1 (IGF-1) تحریک کند. IGF-1 یک هورمون رشد است که عمدتا توسط کبد سنتز می شود و رشد استخوان را به طور مستقیم و غیرمستقیم از طریق تأثیر بر عضلات اسکلتی تقویت می کند. مطالعات نشان می دهد که میکروبیوم دستگاه گوارش، سطح IGF-1 را در بدن تعدیل می کند و به طور غیر مستقیم بر ساخت استخوان تأثیر می گذارد. به نظر میرسد این اثر ناشی از اثر تحریکی SCFA برسلول های کبد و تحریک آن ها به تولید IGF-1 باشد.
4- تنظیم به واسطه استروژن
استروژن یک هورمون استروئیدی جنسی است که نقش مهمی در رشد و اختلالات استخوان ایفا می کند. در زنان یائسه، کمبود استروژن منجر به کاهش توده استخوانی می شود و عامل اصلی پوکی استخوان پس از یائسگی است. پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهد که میکروبیوم دستگاه گوارش می‌تواند سطح استروژن را از طریق فعالیت “استروبولوم” تعدیل کند. استروبولوم به عنوان “مجموعه ژن های باکتریایی روده ای که محصولات آنها قادر به متابولیسم استروژن هستند” تعریف می شود. این باکتری ها می توانند پیش سازهای استروژنی را به استروژن فعال تبدیل کنند. این استروژن فعال با اتصال به گیرنده استروژنی در سطح استخوان موجب افزایش فعالیت استخوان سازی می شود.
میکروبیوم دستگاه گوارش یک هدف امیدوارکننده برای مدیریت پوکی استخوان و اختلالات استخوانی مرتبط با آن است. استراتژی‌های مختلفی از جمله درمان‌های مبتنی بر پروبیوتیک ها می‌تواند برای ارتقای میکروبیوم دستگاه گوارش و در نتیجه، جلوگیری از ایجاد اختلالات استخوانی ناشی از دیس‌بیوز استفاده شود. علاوه بر این، درمان‌های مبتنی بر فاژتراپی نیز می‌توانند به عنوان درمان پوکی استخوان برای معکوس کردن دیس‌بیوز و بازیابی میکروبیوم سالم و پایدار در بیماران یا افرادی که در معرض خطر اختلالات استخوانی هستند، استفاده شود.
