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1 Reuflor D3 nell anziano S W O T Materiale di addestramento per l ITS Italchimici realizzato da SWOT&Management

2 I Batteri all origine della vita1 Nelle scienze naturali, l'origine della vita viene ricondotta alla teoria dell'abiogenesi (dal greco a-bio-genesis, "origini non biologiche"). L'origine della vita sulla Terra è databile entro un periodo compreso tra i 4,4 miliardi di anni fa, quando l'acqua allo stato liquido comparve sulla superficie terrestre, e i 2,7 miliardi di anni fa, quando la prima incontrovertibile evidenza della vita fu verificata con gli isotopi stabili e biomarcatori molecolari con l'attività di fotosintesi. Dal punto di vista scientifico, la spiegazione dell'origine della vita parte dal presupposto fondamentale che le prime forme viventi si originarono da materiale non vivente, attraverso reazioni che, attualmente, non sono più in atto sul nostro pianeta. La prima tappa fondamentale è stata la produzione di semplici molecole organiche, come amminoacidi e nucleotidi, realizzabile nelle condizioni chimico-fisiche della Terra primordiale. Da questi semplici composti organici, concentrati nei mari in un brodo primordiale, si formarono delle cellule dotate dei requisiti minimi essenziali per poter essere considerate viventi, cioè la capacità di utilizzare materiali presenti nell'ambiente per mantenere la propria struttura, organizzazione e potersi riprodurre. I batteri, quali organismi procarioti (privi di nucleo) rappresentano i più basso livello dai cui è partito il processo evolutivo degli essere viventi. Batteri e Vita

3 I Batteri all origine della vita Domini/Regni Animalia Plantae Fungi Eucarioti multicellulari Eucarioti multicellulari Eucarioti multicellulari Protista Eubacteria Archaebacteria Procarioti Unicellulari Procarioti Unicellulari Batteri Batteri Complessità Gli esseri viventi sono classificati come: Dominio Procarioti Eucarioti Eucarioti uni e multicellulari Precambiano Epoca Attuale 2 Regno Archaebacteria Eubacteria Protista Plantae Animalia Fungi

4 I batteri: la gerarchia tassonomica3 Quando si classifica un essere vivente (procariota senza nucleo o eucariota con nucleo), lo si inserisce in categorie via via più specifiche. Per prima cosa lo si colloca in un regno: es Bacteria quindi in una divisione o phylum: es Proteobacteria quindi la classe: es. γ-proteobacteria l'ordine: es. Enterobacteriales la famiglia: es. Enterobacteriaceae il genere: es. Escherichia la specie: es. coli il ceppo: es E. coli O157:H7 (enteropatogeno) La maggior parte delle comunità microbiche intestinali appartiene al regno dei Bacteria e degli Archea. Il primo, più numeroso nel tratto intestinale, comprende molti phyla, diversamente distribuiti: Bacteroidetes ( 23%) che comprende 3 classi di Bacteroides; Firmicutes (64%) che comprende Bacilli, Clostridi e Mollicutes; Proteobacteria (8%), batteri Gram negativi come ad esempio Escherichia coli ed Helicobacter pylori; Actinobacteria ( 3% ) che comprende specie quali i Bifidobacterium. Tassonomica Specie Genere F Famiglia E Ordine C D B Classe Phylum Regno A Il regno dei Bacteria comprende 30 phyla: Acidobacteria, Actinobacteria, Aquificae, Armatimonadetes, Bacteroidetes, Caldiserica, Chlamydiae, Chlorobi, Chloroflexi" Chrysiogenetes, Cyanobacteria, Deferribacteres, Deinococcus, Dictyoglomi, Elusimicrobia, Fibrobacteres, Firmicutes, Fusobacteria, Gemmatimonadetes, Lentisphaerae, Nitrospira, Planctomycetes, Proteobacteria, Spirochaetes, Synergistetes, Tenericutes,Thermodesulfobacteria Thermomicrobia,Thermotogae, Verrucomicrobia. Ogni phylum comprende numerose classi.

5 Bacteroidetes3 ll phylum Bacteroidetes comprede tre classi: Bacteriales, Sphingobacteriales, Flavobacteriales. Nella classe Bacteriales il genere Bacteroides costituisce il 24-25% del microbiota GI. Sono specie anaerobiche Gram-, con struttura a bastoncino, non formanti spore e resistenti ai sali biliari, con notevoli capacità adattative. I Bacteroides giovano un ruolo importante nel processare molecole complesse in forme semplici per l intestino dell ospite. I Bacteroides possono utilizzare semplici zuccheri come fonte energetica, ma se questi non sono disponibili possono utilizzare i glicani derivanti dalle piante. Tuttavia i Bacteroides sono associati a diete ricche di proteine animali a grassi saturi, mentre specie batteriche come la Prevotella aumentano nel microbiota intestinale quando l ospite ha una dieta ricca di carboidrati e zuccheri semplici. La specie più importante dal punto di vista clinico è il Bacteriodes fragilis che può trasformarsi in patogeno opportunistico e causare appendicite ed infezioni nella cavità peritoneale. In generale, Bacteroides sono resistenti agli antibiotici β-lattamici, aminoglicosidici ma sensibili a metronidazolo e cloramfenicolo. Bacteroidetes Classe:Sphingobacteriales Classe:Flavobacteriales Classe Bacteriales Classe Bacteriales Famiglia: Bacteroidaceae Bacteroides, Acetomicrobium, ecc. Famiglia: Marinilabiliaceae Anaerophaga, Geofilum, ecc. Famiglia: Porphyromonadaceae Barnesiella,Butyricimonas, ecc. Famiglia: Prevotellaceae, Alloprevotella Prevotella, ecc. Famiglia: Rikenellaceae Alistipes, Anaerocella, ecc. Alcune specie della famiglia dei Bacteroides: B. acidifaciens B. gracilis B. fragilis B. putredinis B. pyogenes B. stercoris B. thetaiotaomicron

6 Firmicutes3 Il phylum Firmicutes, dal latino firmus (forte) e cutis (pelle), sono caratterizzati da uno strato di peptidoglicano che conferisce loro durezza. Sono batteri Gram+, comprendenti 250 generi suddivisi in due classi: Bacilli e Clostridi. All ordine Bacillales appartengono batteri aerobi facolativi o obbligati con la tipica forma a bastoncello, comprendono diverse famiglie: Bacillaceae, Lactobacillaceae, Leuconostocaceae, Streptococcaceae I Clostridia sono anaerobi obbligati che metabolizzano carboidrati e proteine con produzione di alcoli, acido acetico, acido butirrico e sostanze volatili come anidride carbonica, idrogeno e acido solfidrico. Circa l 8% degli adulti sono portatori sani di Clostridium difficile, che può causare diarrea, febbre, con sviluppo di colite pseudomembranosa in soggetti che assumono antibiotici. Oltre il 70% dei batteri del microbiota GI dell adulto appartiene al phylum Firmicutes, il resto della popolazione batterica è rappresentato dai phyla Bacteroidetes (20%), Actinobacteria (5%) e altri phyla. La diminuzione del rapporto Firmicutes/Bacteriodetes rappresenta uno dei marker dell obesità. La maggior parte dei probiotici immessi nel mercato appartiene alla famiglia delle Lactobaciliaceae, in particolare al genere Lactobacillus. Firmicutes Classe: Bacilll (o Firmibacteria) Ordine: Bacillales Famiglia Bacillaceae Bacillus, Listeria, ecc. Famiglia Lactobacillaceae Lactobacillus, Pediococcus, ecc. Famiglia Leuconostocaceae Leuconostoc, Weissella ecc. Famiglia Streptococcaceae Lactococcus, Streptococcus, ecc. Classe: Clostridia Ordine: Clostridiales Famiglia Clostridiaceae Clostridium

7 Actinobacteria3 Il phylum Actinobacteria comprende 5 sottoclassi di batteri Gram+ ad ampia varietà di morfologia, coccoide (Micrococcus), bacilliforme (Arthrobacter), frammenti di ifa (Nocardia spp.), micelio (Streptomyces spp). Questi batteri possiedono diverse proprietà fisiologiche e metaboliche come la produzione di enzimi e formazione di vari metaboliti. Il phylum include patogeni (Mycobacterium spp., Nocardia spp., Tropheryma spp., Corynebacterium spp. e Propionibacterium spp.), abitanti del suolo (Streptomyces spp.), commensali delle piante (Leifsonia spp.), simbioti fissanti l azoto (Frankia) ed abitanti del tratto gastrointestinale (Bifidobacterium spp.). Le Bifidobacteriaceae comprendono 4 generi, Bifidobacterium, Gardnerella, Scardovia, e Parascardovia. Il genere Bifidobacterium contiene 6 specie: B. boum, B. asteroides, B. adolescentis, B. longum, B. pullorum, and B. pseudolongum I Bifidobacteria sono anaerobi, non mobili, non sporulano, non producono gas. Sono stati isolati in diverse nicchie ecologiche: intestino, cavità orale, cibi. Actinobacteria Phylum: Actinobacteria Generi: Actinomycetales Actinomyces Arthrobacter Bifidobacterium Corynebacterium Frankia Micrococcus Micromonospora Mycobacterium Nocardia Propionibacterium Streptomyces Bifidocbacteriaceae Famiglia: Bifidobacteriaceae Generi: Gardnerella Scardovia, Parascardovia Bifidobacterium: B. boum B. asteroides, B. adolescentis, B. longum, B. pullorum, B. pseudolongum

8 Lactobacillaceae3 Il genere Lactobacillus comprende numerose specie di batteri Gram positivi anaerobi facoltativi o microaerofili di forma bastoncellare. In natura ne esistono almeno 60 specie e costituiscono la maggior parte del gruppo di batteri lattici, in quanto la quasi totalità dei loro membri converte il lattosio e altri zuccheri in acido lattico mediante la fermentazione lattica. Sono molto comuni e di solito non patogeni. Negli esseri umani sono presenti nella vagina e nel tratto gastrointestinale, in cui sono simbiotici e costituiscono una piccola parte del microbiota umano. I lactobacilli producono soprattutto acido lattico per fermentazione degli zuccheri, riducendo il ph dell'ambiente in cui crescono, ma anche acido acetico, etanolo, anidride carbonica ed altri composti secondari. L'acidificazione del loro ambiente inibisce la crescita di alcuni microrganismi patogeni. Questa funzione ha riscontro nella vagina, dove il Lactobacillus costituisce il 97%-98% della flora microbica normale ed evita la proliferazione di altri microbi mantenendo il ph su valori attorno al 5. I lactobacilli sono distinti in omofermentativi, nel caso producano quasi esclusivamente acido lattico, oppure eterofermentativi, se producono anche altri composti come l acido acetico. Lactobacillaceae Ordine: Lactobacillales Famiglia: Lactobacillaceae Genere: Lactobacillus Specie L. acidophilus L. agilis L. amylovorus L. aviarius L. brevis L. casei L. crispatus L. delbrueckii L. fermentum L. gallinarum L. gasseri L. gastricus L. helveticus L. iners L. intestinalis L. jensenii L. johnsonii L. kefiri L. mucosae L. murinus L. plantarum L. reuteri L. rhamnosus L. sakei L. salivarius L. vaginalis L. vini altri

9 Proteobacteria3 A questo phylum appartiene la famiglia delle Enterobacteriaceae, che include un numero ampio di batteri, il cui habitat naturale è costituito dall'intestino dell'uomo e di altri animali. Questi batteri sono accomunati da caratteristiche antigeniche e biochimiche tipiche dell'intero gruppo. Tutti gli Enterobatteri sono bastoncelli Gram-negativi, asporigeni. Possono essere mobili o immobili, quasi tutti provvisti di pili. Sono Aerobi-anaerobi facoltativi e normali terreni di coltura consentono la loro crescita. La superficie della cellula degli enterobatteri vede la presenza di molecole di lipopolisaccaride (LPS), caratteristica comune di tutti i batteri Gram-negativi. Questa molecola contribuisce alla proprietà tossica di questi batteri. Gli enterobatteri sono responsabili di varie manifestazioni infettive: 1. Infezioni sistemiche, causate dalle febbri enteriche, quali tifo e paratifo. 2. Infezioni intestinali, costituite da gastroenteriti o enteriti causate da batteri di stipiti specifici del genere Escherichia, Salmonella e Shigella. I sintomi sono diarroici e dissenterici. 3. Infezioni urinarie, quasi sempre causate da alcuni tipi di Escherichia coli. Enterobacteriaceae Phylum: Proteobacteria Famiglia: Enterobacteriaceae Generi principali: Escherichia Shigella Salmonella Citrobacter Klebsiella Enterobacter Serratia Proteus Providencia Morganella Yersinia

10 Il microbioma umano4,5 Il microbioma è l'insieme dei microrganismi, dei loro genomi e delle interazioni ambientali che questi stabiliscono in un dato ambiente. I microrganismi che abitano con l'uomo hanno una tale influenza sulla sua fisiologia che dovrebbero essere considerati parte del genoma umano. Dopo la mappatura del genoma umano, nel 2008 fu avviato il Progetto microbioma umano (HMP, Human Microbiome Project), frutto di collaborazioni tra grandi centri di sequenziamento genomico negli Stati Uniti ed in Europa (Metagenomics of Human Intestine), per studiare come questi microrganismi coesistano con l uomo. La mappatura del microbioma umano è stata completata a Giugno del Per determinare i microrganismi presenti in oltre 5000 campioni raccolti è stato sequenziato il gene per la subunità 16S dell'rna ribosomiale (gene condiviso da tutti i batteri ma non dagli esseri umani), che funziona come un codice a barre per identificare e contare i microbi presenti. Poi è stato sequenziato tutto il DNA presente in ogni singolo campione per creare le cosiddette sequenze metagenomiche. In questo modo, sequenziando tutti i geni di una comunità microbica, è stato possibile decifrare le capacità metaboliche dei batteri, grazie anche a nuovi metodi di analisi per comprendere questi grandi insiemi di dati. Infine, è stata compilata una lista dei batteri più interessanti, su cui concentrare l'analisi in futuro, che comprende appena 119 microbi, del cui genoma verrà eseguito il sequenziamento completo. Terminologia Microbiota umano Communità di microrganismi viventi presenti nell uomo (virus, archaebacteria, eubacteria, protista, fungi). Microbioma L insieme dei genomi del microbiota. Phylogenetica o taxonomica Composizione (es., analisi del 16S rrna genetico). Metagenomica Studio del materiale genetico direttamente dai campioni ambientali (potenziale genetico o funzionale). Metatranscriptomica Studio del tutti gli RNA trascritti (mrna, rrna, trna), da una cellula vivente. Metaproteonomica Studio delle proteine e delle loro funzioni prodotte da una cellula. Metabolomica Studio delle impronte chimiche lasciate da specifici processi cellulari quindi i profili metabolici delle molecole cellulari.

11 La scienza del microbiota umano5 Comunità microbica Quali microbi ci sono? Quale potenziale genetico? Che cosa fanno? Acidi nucleici RNA Proteine rrna 16S ribosomiale Meta transcriptomica Meta proteonomica Metaboliti Meta bolomica DNA Meta genomica

12 Il microbiota gastrointestinale umano6 ll microbiota GI ha mostrato di avere tre importanti caratteristiche: Fattori di disturbo 4 1. Diversità individuale in relazione a: Stato di salute Profilo genetico dell ospite Esposizione ambientale Dieta Esposizione ad agenti chimici/farmaci Stili di vita Età 2. Stabilità Il microbiota possiede uno stato di equilibrio rappresentato da un nucleo di microrganismi (cuore del microbiota) che malgrado i cambiamenti temporali dei singoli microrganismi gli permette di mantenere l importante ruolo di protezione immune, di produzione ed assimilazione dei nutrienti. 3. Capacità di recupero (Resilience) Il microbiota alterato da vari fattori di disturbo ha la capacità di recuperare il proprio stato di equilibrio nel tempo o un nuovo stato mantenendo le proprie funzioni. Il cuore del microbioma umano è un insieme di geni presenti in un dato habitat della maggioranza degli esseri umani. Nell abitat GI la variabilità del microbioma (in blue) può risultare da un insieme di fattori quali in profilo genetico, l età, le malattie, la dieta, l ambiente, lo stile di vita, la transitoria presenza di microrganismi. La gradazione del colore del cuore indica la possibilità che, durante la microevoluzione, nuovi geni possono essere inclusi o esclusi dal cuore.

13 Cambiamenti del microbiota umano con l età7

14 Fattori che alterano la densità e composizione del microbiota GI8 Fattori di disturbo 8 L'influenza del microbiota intestinale sulla salute umana è presente dalla nascita alla vecchiaia. Il microbiota materno può influenzare l'ambiente intrauterino e lo stato di salute del feto. Alla nascita, sono presenti nel tratto GI circa 100 specie microbiche e fattori ambientali (tipo di parto), fattori nutritivi (allattamento al seno o artificiale), e fattori di epigenetici sono implicati nello sviluppo di un intestino sano con i suoi simbionti. Durante la vita, la composizione microbica intestinale cambia con una diminuzione di Bacteroidetes ed un aumento di Firmicutes. La regolazione della temperatura corporea e la crescita tessutale sono energia-dipendenti, energia che viene prodotta dal microbiota intestinale. Fattori genetici ed esterni (antibiotici, dieta, stress e malattie) influenzano la diversità e la funzione del microbiota. La disbiosi del microbiota intestinale può condurre a diverse malattie, come IBD, IBS, cancro del colon, NAFLD, sindrome metabolica, obesità, asma, atopia.

15 Il microbiota GI dell anziano9,10,11 Il Microbiota nell anziano L equilibrio del microbiota intestinale cambia inevitabilmente con il progredire dell età e con gli eventi ad essa correlata quali, le modificazioni nella dieta, lo stile di vita e la funzionalità del sistema immune. La definizione della composizione del microbiota nell aziano sano è un complesso filone di ricerca e gli studi fino ad ora effettuati non hanno prodotto risultati definiti per la difficoltà di definire i range di età degli anziani studiati e le loro differenze geografiche. Tuttavia esiste un generalizzato consenso su un aumento, età correlato, degli anaerobi facoltativi inclusi streptococci, stafilococci, enterococci ed enterobatteri con una diminuzione di Bifidobacteria e Lactobacilli. Il microbiota GI sembra non differire molto fra adulti sani ed anziani. Tuttavia il rapporto Firmicutes/Bacteriodetes diminuisce negli individui ultracentenari nei confronti degli anziani con un range di età fra 65 e 80 anni. La fragilità del microbiota dell anziano aumenta notevolmente in relazione ai seguenti fattori: Cambiamenti fisiologici Dieta Malattie Assunzione di farmaci Stili di vita E. Biagi et al. Ageing of the human metaorganism: the microbial counterpart. AGE (2012) 34:

16 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo Immunosenscenza 12, Immunosenescenza Il tessuto linfoide associato all intestino (GALT) mantiene il microbiota intestinale sotto il controllo di un basso-grado d infiammazione fisiologica' basato su un network di processi di biofeedback. L'architettura biologica della mucosa GI permette la distinzione tra patogeni e microrganismi simbiotici, generando una risposta immune verso i primi e tollerante verso gli ultimi. Malattie non infettive caratterizzate da un aberrante infiammazione GI, come IBD, IBD, e condizioni come allergia e sindrome metabolica provocano un alterazione nell'equilibrio omeostatico tra microbiota GI e l'ospite. Negli anziani, la funzione del sistema immune è ridotta a causa dell immunosenescenza ' e l organismo è caratterizzato da uno stato infiammatorio cronico di basso-grado (inflammaging). L infiammazione persistente al livello del mucosa GI può contribuire all'insorgere dell infiammazione sistemica correlata a patologie non GI. 13 Cambiamenti fisiologici Nell anziano, aumenta la soglia di percezione dei sapori ed degli odori, la funzione masticatoria diminuisce a causa della perdita dei denti e della forza muscolare masticatoria. Ne consegue una dieta ristretta, poco variata e nutrizionalmente sbilanciata. Il decadimento delle funzioni motorie e digestive GI si traduce in malassorbimento di nutrienti e vitamine. Processi di biofeedback GI

17 Il microbiota GI dell anziano: immunosenescenza Anni di esposizione a proteine infiammatorie Danno al DNA Stress ossidativo Inflammaging Immunoscenescenza Obesità Esacerbazione del processo d invecchiamento Malattie croniche dell anziano

18 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo 8,14,15 Dieta Il modello dietetico nell anziano subisce una drastica variazione a causa di fattori quali lo stato socioeconomico, la mobilità, la capacità masticatoria e gustativa, la funzione digestiva e metabolica e lo stato mentale dell individuo (depressione e demenzia). La vita solitaria dell anziano rappresenta un fattore determinate per l istaurarsi di una dieta povera e poco variata. La qualità della dieta in età avanzata ha un significativo impatto sulla morbidità e mortalità ed aumenta il rischio di malnutrizione. I livelli plasmatici di vitamina D (25(OH)D) sono significativamente ridotti negli anziani, in particolare in quelli confinati a casa e istituzionalizzati, con grave rischio di malattie osse quali osteoporosi ed osteomalacia. Gli effetti della dieta negli anziani evidenziano ridotti livelli di vitamina C, di vitamina B12, di Magnesio, di Ferro e Folati (di conseguenza di emoglobina), questi livelli risultano particolarmente ridotti negli anziani istituzionalizzati. La diminuita sensazione di sete nell anziano riduce l ingestione di liquidi con effetti negativi nei movimenti intestinale ed il bilancio elettrolitico. L anziano consuma generalmente poche fibre che producono di conseguenza una ridotta fermentazione microbica nel colon, questa dieta è uno dei fattori predisponenti alla diverticolosi del colon. In contrasto, l overgrowth batterico nel tenue, causato da una diminuita secrezione acida nello stomaco, produce malassorbimento di nutrienti e vitamine. Il Microbiota nell anziano

19 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo 21,22 Malattie La perturbazione della composizione del microbiota GI è altrimenti conosciuta come disbiosi. L anziano è particolarmente vulnerabile a malattie sistemiche e del tratto GI che possono essere causa o effetto di un microbiota alterato. Infezioni in vari organi, emorragie del tratto GI superiore, IBS, IBD, cancro gastrico e del colon, diverticolosi, diarrea e stipsi sono condizioni ad alta prevalenza nella popolazione anziana. Molte altre malattie non infettive producono un aberrante infiammazione GI che può causare la rottura dell equilibrio fra microrganismi simbionti protettivi e patogeni opportunistici in favore di questi ultimi. Anche l obesità rappresenta un fattore aggravante dello stato di salute dell anziano per il carico che l apparato osseo-articolare, spesso affetto da osteoporosi ed artrosi, deve sopportare. Recenti studi hanno, mostrato che negli individui obesi il microbiota GI alterato ha un impatto negativo sulle attività metaboliche e sulle funzioni fisiologiche umane. Il cambiamento del microbiota GI caratterizza lo stato obeso e le malattie metaboliche associate, incluso diabete e NAFLD. L obesità è associata a GERD ed aumentato rischio di cancro del colon. I dati confermano che la riduzione di peso e del BMI si accompagnano ad una riduzione dello stato infiammatorio dell obeso. Microbiota/Malattie

20 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo 12,23-25 Infezioni GI La gastroenterite è un infiammazione della mucosa dello stomaco e dell'intestino che si manifesta prevalentemente con sintomi del tratto GI superiore (anoressia, nausea e vomito), diarrea e disturbi addominali. La perdita di liquidi e di elettroliti (Na+ e K+), associata alla gastroenterite, può essere poco più di un semplice inconveniente per un adulto in buona salute, ma può essere molto grave per una persona che non è in grado di sopportarne lo stress (soggetti anziani, debilitati o con certe malattie concomitanti). L'infezione da Campylobacter è la causa batterica più frequente della malattia diarroica. La trasmissione da persona a persona è particolarmente comune con le gastroenteriti causate da Shigella, Escherichia coli O157:H7, Giardia, virus di Norwalk e rotavirus. La colite pseudomembranosa merita una particolare attenzione poiché, anche se rara, colpisce in prevalenza gli anziani. Questa patologia è quasi sempre associata ad una crescita eccessiva del Clostridium difficile dovuta all alterazione del microbiota GI in anziani trattati con antibiotici ad ampio spettro. È causata dalle tossine prodotte dal batterio e caratterizzata dalla formazione di una pseudomembrana, ossia uno strato aderente di cellule infiammatorie e detriti sulla mucosa danneggiata. Viene definita con l acronimo CDAD (Clostridium Difficile Associated Disease). CDAD

21 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo Infezioni urinarie Infezioni del tratto urinario Le infezioni del tratto urinario sono frequenti nella popolazione anziana, particolarmente nella donna. Le infezioni non complicate delle basse vie urinarie (uretriti e cistiti) nella donna sono responsabili di una fastidiosa sintomatologia e di una bassa qualità di vita. L incidenza è di 0,5 episodi all anno per persona, con una ricorrenza del 27% - 48%. I batteri più responsabili sono E. coli (85%), Enterococcus fecalis, Staphylococcus saprophyticus. Nella donna, la maggior parte degli uropatogeni proviene dalla flora rettale, questi entrano nell uretra dopo una fase intermedia di colonizzazione vaginale e periuretrale. Il ruolo protettivo del microbiota GI e vaginale è determinante nel ridurre la carica batterica degli uropatogeni. Inoltre, le proprietà difensive dell uroepitelio che prevengono l adesione batterica attraverso le difensine ed i peptidi antimicrobici come la catelicidina, sono carenti nella donna anziana per distrofismo mucosale da carenza di estrogeni in postmenopausa. I lattobacilli vaginali e periuretrali sono diminuiti e non ostacolano in modo efficiente l adesione e l invasione delle vie urinarie dei patogeni provenienti dal colon e dalla vagina. La contiguità della regione ano-rettale con quella urogenitale femminile favorisce la colonizzazione di uropatogeni provenienti dal colon.

22 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo IBS IBS (sindrome dell intestino irritabile) L IBS è un disturbo intestinale funzionale caratterizzato da ricorrente dolore e disagio addominale, irregolari movimenti dell intestino ed alvo alterato con stipsi o diarrea. L IBS è una sindrome multifattoriale, che include alterata motilità GI, ipersensibilità viscerale, infiammazione cronica di basso-grado, fattori psicosociali (ansia e depressione), fattori genetici e dietetici. I pazienti di IBS sono stati classificati in sottotipi diversi basati su i criteri di Roma III: IBS diarrea-predominante (IBS-D), stipsi-predominante (IBS-C) e IBS-A con diarrea alternata a stipsi. Fra i vari patogenetici proposti per l IBS, la disbiosi GI riveste un ruolo centrale sia per spiegare in fattori causali psicosociali che motori GI. Nel modello dell IBS post-infezione, la persistente e lieve risposta infiammatoria che s instaura a livello GI aumenta la permeabilità mucosale. Le cellule infiammatorie rilasciano mediatori (es, istamina, proteasi e citochine) e le cellule enterocromafine rilasciano serotonine (5-HT). Questi mediatori colpiscono il sistema nervoso enterico (ENS) e l'attività del muscolo liscio, conducendo alla disfunzione motoria intestinale. L interazione di questi mediatori con le vie sensoriali afferenti aumenta la percezione a livello nervoso centrale. Anche il modello che evidenzia l asse SNC-plesso mioenterico e microbiota GI, rafforza il ruolo centrale del microbiota GI nel IBS. Sottotipi di IBS IBS-A IBS-D IBS-C Diminuita Diversità del Microbiota Mucosa Feci Controlli sani Pazienti IBS-D Disbiosi evidenziata con l analisi delle sequenze 16S rrna nei pazienti IBS-D, con marcata riduzione della diversità batterica e della popolazione dei batteri produttori di acidi grassi a catena corta.

23 Meccanismo patogenetico dell IBS post infezione 32 Una gastroenterite infettiva transitoria porta ad una risposta infiammatoria lieve persistente (cellule T e mastcellule), iperplasia delle cellule enterocromafine con aumento della permeabilità mucosale. Le cellule infiammatorie rilasciano mediatori (es, istamina, proteasi e citochine) e le cellule enterocromafine rilasciano serotonine (5-HT). Questi mediatori colpiscono il sistema nervoso enterico (ENS) e l'attività del muscolo liscio, conducendo alla disfunzione motoria intestinale. L interazione di questi mediatori con le vie sensoriali afferenti aumenta la percezione a livello nervoso centrale.

24 Integrazione del microbiota nell asse intestino-cervello 34 Capacità del cervello d influenzare il microbiota Capacità del microbiota d influenzare il cervello Attivazione delle vie nervose afferenti al cervello Pertubazioni del normale habitat dovute a stress inducono cambiamenti gastrointestinali: fisiologia funzione immune funzione epiteliale motilità rilascio di neuro-trasmettitori Goblet cell Attivazione di metaboliti che influenzano direttamente il SNC Attivazione della risposta immune mucosale Microrganismi commensali Lume intestinale Strato di muco Cellula epiteliale Paneth cell Lume intestinale Strato di muco Cellula M Lamina propria DC SED Neutrofili Follicolo linfoide Neuroni di senso TH2 cell Area perifollicolare Mast cellule TH1 cell T-cellule TH17 cell TRegcell diffe renziazione Linfonodo mesenterico Naive T cell TGFβ e altre citochine Neuroni enterici Capillare Cellule muscolari lisce Asse Cervello/Intestino L'asse cervello-intestino descrive il complesso sistema di comunicazione bidirezionale che esiste tra il sistema nervoso centrale (CNS) ed il tratto di gastrointestinale (GI) per mantenere l omeostasi. Questo asse include il CNS, i sistemi neuroendocrino e neuroimmune, il sistema nervoso autonomo con le due vie parasimpatiche e simpatiche, il sistema nervoso mioenterico e naturalmente il microbioma intestinale. Queste componenti interagiscono formando un complesso network con fibre afferenti che si proiettano al CNS e proiezioni efferenti alla muscolatura liscia enterica. In questa rete di comunicazione bidirezionale, i segnali provenienti dal cervello influenzano la motilità, le modalità sensorie e secretive del GI mentre, i segnali viscerali provenienti dal GI, influenzano la funzione del cervello. Molti pazienti affetti da IBS e da altre malattie funzionali GI hanno una disbiosi del microbioma GI che è causa o effetto di tali condizioni.

25 Fattori che alterano la densità e composizione del microbiota Gi 32

26 Il microbiota GI dell anziano: fattori di disturbo IBD (Inflammatory Bowel Disease) La malattia infiammatoria cronica dell intestino, MICI, si presnta in due forme: malattia di Crohn (CD) e colite ulcerosa (CU). Il Morbo di Crohn si localizza prevalentemente nell'intestino tenue (ileo), ed in tal caso si parla di ileite,o nel grosso intestino (colon),ed in tal caso viene denominata colite (se interessa entrambi i segmenti prende il nome di ileo-colite), pur potendosi manifestare in qualunque tratto dell'apparato digerente, dalla bocca all ano. La Colite Ulcerosa invece colpisce solo il colon; in particolare può interessare solo la parte inferiore del colon, il retto, prendendo in tal caso il nome di proctite. Nel Morbo di Crohn tutta la parete dell'intestino è coinvolta e possono esserci dei tratti di intestino sano in mezzo a tratti di intestino malato, mentre la Colite Ulcerosa colpisce solo il rivestimento interno (mucosa) del colon in modo continuo, senza "saltare" tratti di intestino, e l'infiammazione è massima nel retto. Le terapie mediche attualmente disponibili servono a contenere l'infiammazione e a controllare i sintomi, ma non sono in grado di portare alla guarigione definitiva. L eziopatogenesi dell IBD è tuttora oscura ma sembra sempre più evidente un alterata interazione fra sistema immune e microbiota GI. IBD Mordo di Crohn Colite Ulcerosa Microbiota nell IBD Controlli Pazienti Firmicutes Proteobacteria Bacteriodetes Actinobacteria

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