腸に住む無数の腸内細菌たち

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全身に共生する微生物
私たちの体には、「常在菌」とよばれる数多くの細菌が生息しています。普段は目に見えませんが、私たちは生まれてから死ぬまで、常に微生物と一緒に暮らしています。常在菌は口腔、鼻腔、胃、小腸、大腸、皮膚、膣など全身に住み着いているが、その種類や菌数、組成比は部位によって異なります。例えば、口の中には虫歯菌も存在しますが、環境が整っている場合は虫歯菌は抑制され、食べものの分解や歯垢の除去、感染防御にも役立っています。皮膚常在菌は、肌に潤いを与え、外部からの刺激に対して免疫機能を発揮しています。また、膣内の常在菌は感染防御に役立ち、出産時に胎児に微生物を受け渡す大切な役割も担っています。
 
腸内細菌叢について
このように全身に共生する細菌の中で、特に、大腸に形成されている微生物の集団を「腸内細菌叢」といいます。別名として「腸内フローラ」もよく使用されますが、近年は「microbiota(ミクロビオータ)」「microbiome(ミクロビオーム)」が科学論文では一般的に使用されています。大腸内は、世界で最も微生物密度が高い場所ではないかと考えられています。
大腸の腸内細菌叢は100種類~1000種類、数にして約1000兆個といわれています。100種類~1000種類と幅があるのは、解析方法によって検出できる数に差が生じるためであり、海外を含め一般的には100種類というのがよく使用されています。ただ、ゲノム解析を最先端で行っているグループの研究者らは1000種類と文献に記載しているため、私たちは1000種類を採用しています。
腸内細菌の総数は重さにして1~2kgです。私たちの体が60兆個の細胞でできているため、1000兆個の細菌と考えると10倍以上もの自分ではない細胞が腸内に住んでいるという計算になります。このように膨大な数の微生物、つまり腸内細菌たちが腸には共生しているのです。
さらに、人の血液中に存在する小分子量の36%は、腸内細菌叢が関与しているともいわれるほどです。(Hood, L., Science 336, 1209 (2012))
 
腸内細菌と私たちの健康
大腸に作られている腸内細菌叢は、私たちの健康状態と密接に関係しています。腸内細菌が存在していることが、私たちの体の成熟化や恒常性の維持に必須であることが明らかになってきました。例えば、栄養、薬効、生理機能、老化、発がん、免疫、感染などに大きな影響を与えています。
一方で、腸内細菌叢の破綻(乱れ、dysbiosis)は美容や健康に悪影響があるだけでなく、消化器系疾患を含めたさまざまな全身性の疾患と関連している。こうしたことから、人の腸内細菌叢は「新しい臓器」とも例えられ、「ヒトはヒトゲノム(人の遺伝子)とマイクロバイオーム(微生物の遺伝子)からなる超有機体である」、つまり人間は人間の遺伝子と微生物遺伝子から構成されている生命体である、という概念が提唱されているのです。

腸内細菌と酵素の関係

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腸内細菌の主な働きは、人間が消化できない栄養成分を分解すること、そして人が作れないビタミンやミネラルを作ること、さらには免疫細胞を刺激し免疫力を高めたり、脳にも良い影響を与える働きをしています。こうした働きは、腸内細菌が作り出す酵素に秘密があります。人の生命は体内で起こるいろいろな化学反応のおかげで維持されています。消化吸収はもちろん、見る、聞く、話すといった機能も、化学反応を使った神経の働きによって行われています。この化学反応を仲介しているのが「酵素」です。何万種類ともいわれる酵素も、大きく分ければ消化酵素と代謝酵素の2種類に分類できます。
例えば、唾液に含まれる消化酵素は炭水化物を分解する性質があり、胃液に含まれる消化酵素はたんぱく質を分解します。代謝酵素は消化酵素で分解された栄養素、例えばアミノ酸やブドウ糖が髪の毛や骨、エネルギーに変える働きがあります。
消化酵素や代謝酵素は人の体内の細胞で作られますが、腸内細菌が作るのが「腸内酵素」です。腸内酵素は人の作る酵素よりも数も種類も多いことが最近分かってきました。人間の細胞と同じように、腸内細菌の1つ1つも細胞でできています。人間の細胞の数は約60兆個ですが、腸内細菌の細胞数はなんと1000兆個以上あります。この数字から腸内酵素のほうが数が多いと推測できますが、遺伝子の解析技術を活用してDNAに含まれる遺伝子の数を調べると、人間の遺伝子数は約2万2000個であるのに対し、腸内細菌の持つ遺伝子の数は約330万個もありました。酵素は遺伝子を設計図として作られますので、腸内酵素の種類は人間の150倍もあるといえるのです。
 
・腸内細菌に特徴的な酵素
例えば、腸内細菌のうちバクテロイデス菌という種類の菌は、人間が分解できな食物繊維に含まれるセルロースを分解して栄養を取り出すことができます。それもなんと、330種類以上もの分解酵素を持っています。また、日本人の90%くらいの人は、海藻を分解する酵素を持つ腸内細菌が住んでいます。欧米人では5%程度と言われていますので、日本人ならではの特徴ともいえるでしょう。また、大豆イソオフラボンを分解して機能性の高いエクオールを作り出す腸内細菌や、キノコや大麦に含まれるβグルカンを分解する腸内細菌も存在します。このように、私たちは腸内細菌がお腹に住んでいることではじめて、たくさんの食事から栄養素を取り出すことができるのです。

腸内細菌は単純に善悪には分けられない

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腸内細菌を大きく分類すると一般的に「善玉菌」「悪玉菌」「日和見菌」となります。
善玉菌20%、悪玉菌10%、日和見菌70%が定説です。
善玉菌として有名なのがビフィズス菌や乳酸菌、悪玉菌としてはウェルシュ菌などが有名です。
しかし、実は、善玉、悪玉に分けるのはとても難しいことが分かってきました。これまで悪玉菌として考えられてきた大腸菌も、感染防御作用を担っていたり自然免疫を高めるために必要な菌として知られるようになっています。悪玉菌も腸の中で排除されていない以上、何らかの作用を私たちのお腹の中で行ってくれているのです。
そのため、新しい分類として「バランス調整菌」「バランス撹乱菌」「能力未知菌」という分類も行われるようになりました。これは、腸内細菌はあくまでも500種類〜1000種類のバランスの上で成り立っているため、そのバランスを整える上で必須の微生物、増えすぎるとバランスを乱してしまう微生物、まだまだ能力がわかっていない微生物という分け方です。人によっては能力未知菌が90%も住んでいたりと、腸内細菌の世界はとても奥深いのです。
・健康な腸内細菌の働きと病気の時の影響
腸内細菌のバランスが整っている状態のとき、腸内細菌は以下のような働きをしています。

  • 腸上皮細胞の保護、修復
  • 感染性細菌への抗菌作用
  • 免疫細胞の刺激・成熟
  • 食事成分の消化
  • ビタミン合成
  • タンパク質合成
  • 神経系の刺激・脳の機能発達

一方、バランスが乱れると以下のようになります。

  • 腸上皮細胞のダメージ
  • 栄養吸収障害
  • 有害物質産生
  • 有害ガス酸性
  • 免疫システムの破綻
  • 細胞ターンオーバーの遅延
  • 神経障害・脳の機能悪化

こうした障害が発生し、その後の肌荒れや便通の悪化などの軽微な症状から、アレルギー、精神疾患、免疫疾患、がんなどの疾病につながっていきます。

小腸と大腸に住む菌の違い

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小腸の働き
小腸は6~7mの長さで、十二指腸、空腸、回腸に分けられます。消化吸収の90%以上が小腸で行われ、主にアミノ酸やビタミン、ミネラル、糖質、脂質などが吸収されます。小腸の表面は「粘膜」と呼ばれる粘性のある膜で覆われています。この粘膜はさらにひだ状になっており、このひだの表面には絨毛という高さ1mmの無数の突起が存在しています。
絨毛の内部には毛細血管とリンパ管が分布しており、吸収された栄養成分の輸送を行っています。
小腸の表面積にひだや絨毛があることには理由があります。絨毛などの突起をたくさん持つことで、表面積を広げて効率よく栄養素を体内に吸収しているのです。こうしたひだや絨毛の表面積を合わせるとテニスコート約1面分ともいわれており、この広大な面積が小腸にあるために、吸収効率が非常に高いのです。
大腸の働き
大腸は長さ約1.6mの消化管です。盲腸、結腸、直腸に分けられ、結腸はさらに上行結腸、横行結腸、下行結腸、S状結腸に分けられます。
大腸では主に水分の吸収と一部のミネラルの吸収が行われています。また、大腸の大切な働きは便を形づくることです。便がきちんと形作られることで、毒素の蓄積が防がれます。逆にいうと、便秘がちになり毒素が大腸に滞留すると、健康や美容面において悪影響が生じます。そして、大腸の状態が荒れることで、がんや自己免疫疾患などの重篤な病気につながる恐れもあります。
小腸と大腸に住む菌の違い
消化管に定着する細菌は、胃から大腸まで一定に存在しているわけではなく、消化管のそれぞれの部位に特有の構成があります。口腔内には多くの細菌が定着しており、唾液1mLあたり108個以上の細菌が検出されます(1,000万個以上)。胃に入ると強力な酸性環境であるために菌数は減少し、食事直後は105~107個/gとなりますが、空腹時には103個/g以下となります。十二指腸から小腸上部にも、実は細菌はごくわずかにしか存在しません。
しかし、小腸の下部に向かって菌数が上昇し、大腸に達するとその菌数は急激に上昇して1011個/g以上となります(100億個/g以上)。大腸内は酸素濃度が極めて薄く、嫌気状態の環境であるため、生育に酸素が必要な菌は大腸内で生きていくことはできません。
ビフィズス菌は108/g~1011/g近い菌数で大腸内に優勢菌として生息しています。一方、代表格である乳酸菌は小腸下部近辺に生育しており、その数も107/g~108/g程度と、細菌叢全体の総数の1/1000以下の菌数であり非常に少ないです。
乳酸菌もビフィズス菌も一般的には「乳酸菌」と呼ばれているが、実は形状も特性も異なります。乳酸菌は細長い形をした桿菌と、球状をした球菌に分かれます。桿菌の代表格は「Lactobacillus(ラクトバチルス)」であり、球菌は「Lactococcus(ラクトコッカス)」「Enterococcus(エンテロコッカス)」などがあります。乳酸菌はグルコースから50%以上の乳酸を作り出すのが特徴です。
一方、ビフィズス菌は枝分かれ状をした形であり、「Bifidobacterium(ビフィドバクテリウム)」という種類です。乳酸も作り出すが主に酢酸を作ります。グルコースからの乳酸酸性割合は50%に到達しません。
また、乳酸菌の中にも300種類程度の種類が現在わかっており、ビフィズス菌にも30種類程度があります。

腸の仕組みを理解しよう!

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・消化管と消化腺
私たちが食事をしたとき、食べ物は消化されたのちに体の中に栄養素となって吸収されます。その際に食べ物が通過する器官を「消化管」といいます。消化管は、口腔、咽頭、食道、胃、小腸、大腸の順に作られています。また、食べ物に含まれるたんぱく質や脂質、糖質といった栄養を分解するために、「消化液」という液体が分泌されます。消化管でも消化液は分泌されますが、それ以外に消化液が作られて分泌する器官を「消化腺」といいます。消化腺には、唾液腺、肝臓、胆嚢、膵臓があります。
・腸は栄養素が初めて吸収される大切な場所
私たちが食べ物を食べた時、口から摂取したときに栄養がすぐに吸収されるわけではありません。食べものは口腔、食道を通過して胃に収まります。そこまでのステップは、食べものを消化して細かくするためにあります。そして、胃を通過した食べものは腸に到達し、小腸や大腸を通過して肛門から便として排出されます。この様子を考えると、口から肛門までは1本の管としてつながっているといえます。つまり、体は竹輪のような構造をしているのです。竹輪の穴の部分が竹輪そのものではないように、消化管の中も体の中ではありません。
実は、栄養素は腸に到達して初めて体の中に吸収されます。栄養素が吸収されるのは90%以上が小腸であり、その残りは大腸などで行われます。そのため、体の中への入り口である腸内環境をきちんと整えなければ、いくら素晴らしい栄養素や食物を摂取しても宝の持ち腐れになってしまうのです。
・腸に到達するまでの食べものの分解
食べ物は口の中で咀嚼され、唾液と混和されます。食物を飲み込みやすくするとともに、唾液に含まれる酵素の働きで消化を促進させるためです。口腔内では主に糖質の消化が行われます。
食道を通過した食物は胃に運ばれます。胃には胃液があり、pH1~2の強酸によって殺菌されます。胃の中では主にたんぱく質の消化が行われます。胃酸と混和された食物は十二指腸に送り出され、この混和物が十二指腸に送られると、それが合図となって胃の働きは抑制されるのです。
・消化吸収にかかる時間
消化吸収にかかる時間には個人差があります。食べた量や内容によっても差が生じますが、およそ1日程度と考えられています。
口から胃に入った後、胃の中での滞留時間は食物によって差が生じます。胃の中の滞留時間は、炭水化物→たんぱく質→脂質の順に時間が長くなり、1~4時間程度です。
その後、小腸で7~9時間程度、大腸では24時間~72時間ほどかけて便が形成され、いらなくなったものが体の外へ排出されます。
小腸・大腸などから吸収された栄養成分や毒素は、門脈を伝って肝臓に運搬されます。肝臓では、栄養素の代謝・貯蔵、解毒、胆汁の生成・分泌など、重要な働きが行われています。

腸はどうやってコントロールされてるの?

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・消化管の働きはどうやってコントロールされてるの?
消化管内の消化は、常に同じリズムで動いているわけではありません。大きく分けて3つの刺激によって調節されています。それは「食べものによる刺激」「自律神経」「消化管ホルモンの刺激」ですが、それぞれもお互いが関係し合って消化管の運動は起こっています。
<食物による刺激による調節>
視覚、嗅覚、聴覚の刺激によって、副交感神経の一種である迷走神経を介して唾液、胃液、膵液、胆汁などの消化液の分泌が促進されています。また、食物の摂取によって、いっそう消化液分泌や消化管運動が促進されます。
食物が胃に入ると、それが刺激となって迷走神経を介して胃酸や消化管ホルモンが分泌されます(胃の場合はガストリン、ペプシノーゲン)。
胃の内容物が十二指腸に移ると、食べものの移動が刺激となってセクレチンやコレシストキンニンが分泌されます。このように、摂食行動や消化管内での食べものの移動によって、胃の働きが抑制されたり、胆汁の分泌の促進、摂食の抑制などが行われています。
<自律神経による調節>
消化管の働きは、神経を介して脳の状態とつながって調節されています。なかでも、脳と消化管をつないでいる交感神経と副交感神経、さらには消化管自体に存在する腸管神経系から成る自律神経系によって調整されています。
活発に行動しているときや、緊張しているときに働く交感神経からは、主にノルアドレナリンが分泌され、唾液分泌を促進し、反対に消化液の分泌や消化管の運動を抑制します。一方、安静時や疲労回復時に働く副交感神経からは主にアセチルコリンが分泌されます。リラックスしている時や就寝時には副交感神経が優位になり、消化液の分泌が促進され、消化管運動も促進されます。そして、副交感神経が優位なときに排便が促進されるのです。
腸管神経系自体にもは大きく2種類の神経があります。1つは消化管の収縮運動に関わっている神経です。もう1つは粘液の分泌や絨毛運動を調整しています。このように、消化管の運動には、交感神経、副交感神経、腸管神経系が密接に関与しているのです。
<消化管ホルモンによる調節>
消化管には20種類以上の消化管ホルモンが存在しています。これらのホルモンは食物の刺激や神経バランスによって分泌が調節されているため、食べ物を食べるタイミングや、神経バランスを整えて、消化管ホルモンがきちんと正しく分泌されることが大切なのです。

便秘とはどんな状態のこと?

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・腸の状態を判断する指標となる便について
腸の健康状態を判断するには、便の状態を見るのが一番です。便は食べものの残りカスだけでできていると考えられがちですが、実は糞便の3/4、つまり75%は水分です。この水分が腸の変調でさらに多くなってしまうと、水っぽい便となり下痢症となります。
また、1/4は固形成分からなります。固形成分のうち、実は30%は腸内に生息していた細菌(腸内細菌)の死骸です。また10~20%は脂肪、10~20%は無機物、2~3%はたんぱく質、そして残りの30%は食物および胆汁色素や剥落した腸上皮細胞なのです。つまり、便の硬さや色、形などを見ることで、きちんとした割合で便が作られているか、腸が今健康かどうかをチェックする指標となるのです。
・便を作る上で大切な食物繊維
糞便を形作る食物の中で重要なのが食物繊維です。食物繊維は人の消化酵素では分解されず、小腸を通過して大腸に到達します。そのうちの一部は腸内細菌によって発酵され、短鎖脂肪酸となります。この短鎖脂肪酸は、食欲の調節や炎症抑制、腸の細胞の新陳代謝の正常化など、多くの働きをする大切な成分です。また、残りの食物繊維は便のかさを増やすため、便通によいとされます。
食物繊維は消化吸収中の腐敗によって発生する毒性物質や余分な脂肪分を絡め取って排出する作用があります。また、腸の古くなった粘膜上皮細胞の死骸を拭き取る効果もあり、粘膜表面を清浄に保つ役割も期待されます。
便の臭いを起こす産物には、インドール、スカトール、メルカプタン類、硫化水素などがある。これらの腐敗物質は、過剰なタンパク質を利用する悪玉菌が産生します。
・便秘の定義
糞便はS状結腸から下行結腸にためられていて、その続きである直腸は普段は空です。大腸全体に、1日1回程度の頻度で盲腸からS状結腸まで、内容を一掃するような強い蠕動運動が発生します。これを総蠕動といいます。総蠕動によって糞便は直腸内に入り、直腸の壁を押し広げます。この刺激が脳に伝わることで便意を催します。
総蠕動が起こるきっかけとして重要なのが、胃-大腸反射というもので、これは一般的に朝に発生します。朝食をきっかけとして胃-大腸反射が起こります。そのためには、夜間時の空腹が必要で、朝食までに10時間程度の空腹があると胃-大腸反射が起こりやすいとされます。
排便が規則的に行われない状態が便秘です。便意があるのに我慢したり、食物繊維摂取が少なく便の量が服ないと、排便リズムが乱れて便秘とります。便秘にも原因によってタイプがあります。
 
・便秘の定義
便秘には明確な定義があるわけではありませんが、日本では学会ごとの独自基準があります。
→日本内科学会
:3日以上排便がない状態、または毎日排便があっても残便感がある状態
→日本消化器病学会
:排便が数日に1回程度に減少し、排便間隔不規則で便の水分含有量が低下している状態(硬便)を指す
つまり、排便が毎日あっても苦痛や残便感がある場合は便秘であるといえ、反対に排便が3日に1度程度でも苦痛や残便感、腹部膨満感などの症状がなければ便秘であるとはいえないということです。

腸内環境の悪化と病気の関係

Concepts
・腸が乱れるとどんなことが起こる?
腸は美や健康を支える土台です。きちんと働いているときには幸せを作り、美容を支え、外敵に負けない体を作り、アンチエイジング効果も発揮されます。でも一方でその状態が乱れてしまうと、美や健康を支える上で体全体に悪影響が及んでしまいます。そして、その状態が慢性化されると、様々な疾患につながる恐れがあります。
大腸がん:
遺伝的要因や食生活などの環境的要因がある。50~70歳代に多くみられる。がんが粘膜下層までにとどまるものを早期大腸がんとよび、固有筋層またはそれより深部に湿潤したものを進行がんという。
潰瘍性大腸炎:
大腸の非特異的炎症で、再燃と寛解を繰り返す。日本の罹患率や有病率は1970年以降急増している。特定疾病医療受給者証交付件数からみると、2009年の患者数は113,306人であり、毎年約8,000人ずつ増加している。20代が発病のピーク。
クローン病:
10代後半~20代に好発する難治性の肉芽種疾患で、非連続の病変が特徴。炎症は消化管のどの部分でも生じうるが、小腸末端から大腸にかけて生ずる頻度が高い。欧米と比べると日本での有病率は少ないが、近年増加傾向。
大腸ポリープ:
男性に多くみられ、50~70歳代で約半数を占める。無症状のことが多く、検診などで偶然発見される。腫瘍性と非腫瘍性に大別される。
過敏性腸症候群:
感染性腸炎:
細菌、真菌、ウイルス、寄生虫など病原微生物の腸管への感染にともない、下痢、腹痛、嘔吐、発熱、血便などを起こす。細菌感染は夏に、ウイルス感染は冬に多くみられる。