Błonnik, probiotyki i maślan sodu – trio dla zdrowych jelit

Definicja zdrowych jelit jest zróżnicowana i może być nieco subiektywna, ponieważ uwzględnia zarówno perspektywę naukową, jak i indywidualne doświadczenia zdrowotne. Od 15 lat koncepcję „zdrowia jelit” zaczęto coraz częściej używać w literaturze medycznej i uważać za główny przedmiot zainteresowania medycyny prewencyjnej [1]. 
Niektórzy eksperci definiują zdrowe jelita z funkcjonalnego lub klinicznego punktu widzenia, uznając je za nieobecność zdiagnozowanych chorób lub zaburzeń układu pokarmowego [2]. Ten punkt widzenia koncentruje się na nieobecności wykrywalnych schorzeń wpływających na przewód pokarmowy, takich jak: nieswoiste choroby zapalne jelit (ang. inflammatory bowel disease – IBD), zespół jelita drażliwego (ang. irritable bowel disease – IBS), celiakia, choroba refluksowa przełyku oraz inne zaburzenia czynnościowe lub strukturalne. Jednak to wąskie podejście może pomijać fakt, że nie wszystkie problemy ze zdrowiem jelit manifestują się w sposób spełniający kryteria formalnej diagnozy. 
Co więcej, wykracza ono poza definicję zdrowia według WHO, która oznacza coś więcej niż tylko nieobecność choroby lub niepełnosprawności, a stan pełnego dobrostanu fizycznego, psychicznego i społecznego [3].
 Co ważne, nawet w ramach tej definicji klinicznej nie można pominąć roli zrównoważonej i zróżnicowanej mikrobioty jelitowej w zapobieganiu takim chorobom. Zatem zdrowe jelita, zgodnie z tą definicją, są nie tylko „wolne od zdiagnozowanych chorób”, ale także „funkcjonują bez powodowania dyskomfortu i oznak dysfunkcji”. Definicja ta implicite opiera się również na dobrze zbilansowanej mikrobiocie jelitowej, ponieważ zaburzenia równowagi często prowadzą do występowania dolegliwości. 
Czynniki środowiskowe, takie jak: nawyki żywieniowe, leczenie farmakologiczne, motoryka jelit oraz częstotliwość i konsystencja stolca, wpływają na skład mikrobiomu [4]. W niniejszym artkule poglądowym zostaną omówienie trzy czynniki: błonnik, probiotyki oraz maślan sodu.

R e k l a m a

Błonnik

Rodzaj, jakość i pochodzenie spożywanej żywności kształtują mikrobiotę jelitową, a także wpływają na jej skład i funkcję, oddziałując na interakcje gospodarza z mikrobiomem [5]. Jednym z produktów spożywczych stosowanych w leczeniu, chociażby jako leczenie wspomagające w zaparciu stolca, jest błonnik.
Definicja błonnika pokarmowego była przedmiotem debaty i ewoluowała w ciągu ostatniej dekady. Większość krajów przyjęła definicję komisji Codex Alimentarius z 2009 r., która definiuje błonnik pokarmowy jako jadalne polimery węglowodanowe z trzema lub więcej jednostkami monomerowymi, odporne na działanie endogennych enzymów trawiennych, a zatem niehydrolizowane ani niewchłaniane w jelicie cienkim [6].
Niezachodnie populacje spożywają znacznie mniej rafinowane pokarmy i znacznie więcej błonnika pokarmowego, co sugeruje, że ten składnik diety przyczynia się do bogactwa mikrobioty. Sonnenburg i wsp. zbadali konsekwencje niedoboru błonnika (zwanego MAC) u myszy skolonizowanych ludzką mikrobiotą i wykazali, że dieta o niskiej zawartości MAC doprowadziła do drastycznego zmniejszenia różnorodności mikrobiomu w ciągu zaledwie trzech pokoleń, czego nie udało się przywrócić po przejściu myszy na dietę o normalnej zawartości MAC [7].
Podawanie błonnika w diecie zmienia niszę bakteryjną w jelitach, dostarczając substratów do wzrostu mikroorganizmów, umożliwiając rozrost populacji gatunkom drobnoustrojów zdolnym do wykorzystania tych substratów [3]. Gatunki należące do Firmicutes i Actinobacteria, które pełnią bardziej wyspecjalizowane role, takie jak inicjowanie degradacji złożonych substratów, są głównymi organizmami reagującymi na błonnik pokarmowy[8].
Wpływ błonnika pokarmowego na skład mikrobiomu wykazuje kilka spójnych cech. Po pierwsze, obserwowane zmiany indukowane przez niestrawne węglowodany u ludzi, niezależnie od tego, czy są one akceptowanymi prebiotykami, czy nie, ograniczają się do ograniczonej liczby taksonów [9,10]. Po drugie, skala indukowanych zmian może być znacząca, a konkretne gatunki stanowią ponad 30% całkowitej liczby sekwencji uzyskanych poprzez sekwencjonowanie amplikonów mikrobiomu kałowego [11]. Jednak zmiany te utrzymują się tylko tak długo, jak długo substrat jest spożywany. Po trzecie, reakcja mikroorganizmów na błonnik pokarmowy jest wysoce zindywidualizowana [9,10,11]. Przyczyna tej indywidualności nie jest jeszcze poznana. Osobnikom może brakować gatunków kluczowych lub szczepów posiadających zdolność enzymatyczną do wykorzystania określonego substratu [12].
Karmienie wysokobłonnikowe przez matkę w czasie ciąży i laktacji moduluje mikrośrodowisko grasicy i indukuje ekspresję regulatora autoimmunologicznego (Aire) – czynnika występującego w grasicy, pierwotnej tkance limfoidalnej, niezbędnego do dojrzewania limfocytów T [13]. 
Spożycie błonnika przez matkę zwiększało stężenie maślanu we krwi potomstwa i przyczyniło się do wzrostu liczby obwodowych i grasicowych limfocytów Treg u zwierząt w sposób zależny od receptora GPR4 [13].
Częstość występowania IBD rośnie w krajach zachodnich, a westernizacja diety i mniejsza różnorodność bakteryjna jelit, a zwłaszcza redukcja bakterii produkujących maślan, prawdopodobnie przyczyniają się do wzrostu częstości występowania IBD [14]. Ponadto badania pokazują, iż niskie spożycie błonnika koreluje ze zwiększoną częstością występowania choroby Leśniowskiego-Crohna i zaostrza zapalenie jelita grubego u myszy [15].
Oprócz regulacji biodostępności składników odżywczych, włókna błonnika mogą również tworzyć platformy umożliwiające zbliżenie się bakterii i biocząsteczek. Na przykład sprzężone kwasy żółciowe w jelicie cienkim mogą wiązać się z włóknami, zanim zostaną zdekoniugowane przez bakterie z rodzaju Bacteroides i Lacotobacillus [16]. Dekoniugacja jest warunkiem wstępnym dalszej biotransformacji do wtórnych kwasów żółciowych przez bakterie występujące w niewielkich ilościach, takie jak Clostridium scindens [17].
Podsumowując, błonnik pokarmowy można uznać za jeden z kluczowych związków, które chronią ekologię jelit, a w szczególności regulują makroskładniki i fizjologię gospodarza. 

Probiotyki

Wiele probiotyków zostało pierwotnie wyizolowanych z przewodu pokarmowego i zostały zdefiniowane przez Organizację Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO)/WHO jako „żywe mikroorganizmy, które podane w odpowiednich ilościach przynoszą korzyści zdrowotne gospodarzowi” [18]. Probiotyki wywierają korzystny wpływ na gospodarza poprzez cztery główne mechanizmy: interferencję z potencjalnymi patogenami, poprawę funkcji bariery, immunomodulację i produkcję neuroprzekaźników, a ich cele u gospodarza różnią się – od mikrobioty rezydentnej po składniki komórkowe osi jelitowo-mózgowej [19].
Do zgłaszanych korzyści zdrowotnych probiotyków należą: modulacja odpowiedzi immunologicznej, utrzymanie bariery jelitowej, przeciwdziałanie przyleganiu patogenów do tkanek gospodarza oraz produkcja różnych metabolitów, takich jak: witaminy, krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (ang. short chain fatty acisds – SCFA) i cząsteczki działające jako neuroprzekaźniki uczestniczące w komunikacji osi jelitowo-mózgowej [20].
Probiotyki mogą regulować odpowiedź immunologiczną błon śluzowych, poprawiać aktywność makrofagów i modulować ekspresję genów związanych z aktywnością makrofagów [21,22]. Mogą one również oddziaływać z receptorami typu Toll (TLR) i obniżać ekspresję czynnika jądrowego (NF)-κB i cytokin prozapalnych [23,24]. Ponadto, stężenie cytokin przeciwzapalnych i immunoglobulin, proliferacja komórek odpornościowych i produkcja cytokin prozapalnych przez limfocyty T mogą być modulowane po suplementacji probiotykami [25,26].
Podane immunostymulujące efekty działania probiotyków mogą być szczególnie korzystne u zdrowych osób z osłabioną funkcją odpornościową, takich jak: osoby zestresowane lub starsze, noworodki, a także kobiety w ciąży [27]. Grupy te są narażone na zwiększone ryzyko chorób zakaźnych i niezakaźnych. Wykazano już, że suplementacja probiotykami u osób starszych (> 69) skutkowała nie tylko wzrostem potencjalnie korzystnych bakterii jelitowych, takich jak bifidobakterie, ale także zwiększoną aktywacją nieswoistej odpowiedzi immunologicznej [28]. 
Probiotyki oferują atrakcyjną terapię zapobiegawczą lub wspomagającą w przypadku różnych chorób[29]. Najlepsze efekty możliwości leczenia chorób poprzez modulację mikrobioty uzyskano w terapii nawracających zakażeń Clostridioides difficile (rCDI) za pomocą przeszczepu mikrobioty kałowej (ang. fecal microbiota tranplantation – FMT), ze skutecznością przekraczającą nawet 90% [30]. Badania nad mikrobiotą jelitową i badania FMT podkreśliły znaczenie gatunków komensalnych w utrzymaniu zdrowia jelit oraz dostarczyły wskazówek do rozwoju probiotyków nowej generacji i żywych bioterapeutyków opartych na gatunkach rdzeniowych, tj. komensalach, które są niedostatecznie reprezentowane w dysbiozie mikrobioty [31]. Z drugiej strony, prebiotyki mają ogromny potencjał w modyfikowaniu mikrobiomu jelitowego i stymulowaniu w nim dobroczynnych bakterii, a ich potencjał powinien być dalej badany [29]. Na przykład spożywanie błonnika pokarmowego lub prebiotyków, takich jak inulina, może zwiększyć liczebność Faecalibacterium prausnitzii, która jest liczną bakterią o działaniu przeciwzapalnym w jelitach, a której niedobór stwierdzono u osób z IBD [32,33]. Prebiotyki mają więc znaczący wpływ zarówno na zdrowe jelita, jak i rozwój chorób.

Maślan sodu

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, przede wszystkim octan, propionian i maślan, to kwasy organiczne wytwarzane w świetle jelita w wyniku fermentacji bakteryjnej głównie niestrawionych węglowodanów pokarmowych, w szczególności skrobi i błonnika pokarmowego, a w mniejszym stopniu białek pokarmowych oraz endogennych [34]. Spośród SCFA maślan cieszy się szczególnym zainteresowaniem ze względu na korzystny wpływ zarówno na metabolizm energetyczny komórek, jak i homeostazę jelitową [35]. Jest on głównym źródłem energii dla kolonocytów, moduluje odpowiedzi biologiczne układu pokarmowego gospodarza, działając jako inhibitor deacetylazy histonowej (HDAC), a także wiążąc się z kilkoma specyficznymi receptorami sprzężonymi z białkiem G (GPCR) [36,37]. Liczne badania 
in vitro i in vivo wykazały, że maślan odgrywa ważną rolę w modulacji odpowiedzi immunologicznej i zapalnej oraz funkcji bariery jelitowej [38]. 
Chociaż powszechnie wiadomo, że maślan wywiera szereg korzystnych efektów na przewód pokarmowy, coraz więcej dowodów wskazuje na jego wpływ na mózg poprzez oś jelitowo-mózgową [39]. Na przykład zmiany w składzie jakościowym i ilościowym bakterii produkujących maślan mogą modulować obwodowy oraz ośrodkowy układ nerwowy, a także funkcje mózgu, co potwierdza tezę o istnieniu osi mikrobiota-jelita-mózg [39].
Wiele badań wykazało, że maślan może działać przeciwzapalnie – w kilku badaniach na ludziach i zwierzętach wykazano, że cytokiny prozapalne IFN-γ, TNF-α, IL-1β, IL-6 i IL-8 są hamowane, natomiast IL-10 i TGF-β są regulowane w górę w odpowiedzi na maślan [40].
Ponadto maślan naprawia i wzmacnia funkcję barierową komórek nabłonka jelitowego [41]. Aktualne badanie Elamin i in. wykazało, że związek ten wywiera działanie ochronne na funkcję bariery jelitowej w monowarstwach komórek Caco-2, na przykład jest zdolny do regulacji ekspresji mucyny 2 (MUC2), która jest najbardziej dominującą mucyną na powierzchni błony śluzowej jelita i może wzmacniać warstwę śluzową, co prowadzi do zwiększonej ochrony przed patogenami światła [42,43]. Co więcej, maślan moduluje ekspresję białek połączeń ścisłych, minimalizując przepuszczalność parakomórkową [44].
Podsumowując, maślan pochodzenia mikrobiologicznego odgrywa ważną rolę w zdrowiu jelit i odkrywane są nowe mechanizmy jego działania. Wpływ endogennego maślanu na oś jelitowo-mózgową wymaga dalszych badań. Lepsze zrozumienie jego mechanizmu działania w fizjologii jelit oraz metabolizmie lipidów ułatwi zastosowanie tego suplementu w poprawie i kontroli zdrowia jelit oraz zapobieganiu chorobom metabolicznym.

Podsumowanie 

Różnorodność mikroorganizmów, elastyczność metaboliczna, interakcje mikroorganizm-mikrob oraz gospodarz-mikrob wydają się mieć kluczowe znaczenie dla utrzymania odporności i zdrowia jelit. Równowaga ekosystemu jelitowego może zostać zaburzona, 
np. przez antybiotykoterapię, powodując znaczny spadek bogactwa funkcjonalnego i różnorodności mikroorganizmów, a także wpływać na prawidłowy metabolizm organizmu. 
W konsekwencji mogą rozwinąć się stany chorobowe. W związku z tym opracowywane są strategie modulujące mikrobiom jelitowy w celu zapobiegania chorobom lub ich odwracania, jak m.in.: suplementacja probiotykami lub błonnikiem czy maślanem sodu.
Wykazano pozytywny wpływ powyższych substancji na funkcję jelit i odkrywane są nowe mechanizmy ich działania, a także jeszcze szersze ich zastosowanie kliniczne. 

PIŚMIENNICTWO

1. Bischoff S.C., Gut health: a new objective in medicine? „BMC Med.” 2011, 9. 
2. Van Hul M., Cani P.D., Petitfils C. et al., What defines a helathy microbiome? „Gut” 2024 Oct 7, 73(11), 1893–1908.
3. https://www.who.int/about/governance/constitution
4. Cani P.D., Human gut microbiome: hopes, threats and promises, „Gut” 2018 Sep, 67(9), 1716–1725.
5. Makki K., Deehan E.C., Walter J., Bäckhed F., The Impact of Dietary Fiber on Gut Microbiota in Host Health and Disease, „Cell Host Microbe” 2018 Jun 13, 23(6), 705–715.
6. Jones J.M., CODEX-aligned dietary fiber definitions help to bridge the ‘fiber gap’, „Nutr. J.” 2014, 13, 34.
7. Sonnenburg E.D., Smits S.A., Tikhonov M., Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations, „Nature” 2016, 529, 212–215.
8. Deehan E.C., Duar R.M., Armet A.M., Modulation of the gastrointestinal microbiome with nondigestible fermentable carbohydrates to improve human health, „Microbiol. Spectr.” 2017, 5.
9. Davis L.M., Martínez I., Walter J., Barcoded pyrosequencing reveals that consumption of galactooligosaccharides results in a highly specific bifidogenic response in humans, „PLoS One” 2011, 6, 25200.
10. Walker A.W., Ince J., Duncan S.H., Dominant and diet-responsive groups of bacteria within the human colonic microbiota, „ISME J.” 2011, 5, 220–230.
11. Martínez I., Kim J., Duffy P.R., Resistant starches types 2 and 4 have differential effects on the composition of the fecal microbiota in human subjects, „PLoS One” 2010, 5, 15046.
12. Ze X., Duncan S.H., Louis P., Ruminococcus bromii is a keystone species for the degradation of resistant starch in the human colon, „ISME J.” 2012, 6, 1535–1543.
13. Nakajima A., Kaga N., Nakanishi Y., Maternal high fiber diet during pregnancy and lactation influences regulatory T cell differentiation in offspring in mice, „J. Immunol.” 2017, 199, 3516–3524.
14. Ott S.J., Schreiber S., Reduced microbial diversity in inflammatory bowel diseases, „Gut” 2006, 55, 1207.
15. Hou J.K., Abraham B., El-Serag H., Dietary intake and risk of developing inflammatory bowel disease: a systematic review of the literature, „Am. J. Gastroenterol.” 2011, 106, 563–573.
16. Kahlon T.S., Woodruff C.L., In vitro binding of bile acids by rice bran, oat bran, barley and β-glucan enriched barley, „Cereal Chem.” 2003, 80, 260–263.
17. Reddy B.S., Engle A., Simi B., Effect of dietary fiber on colonic bacterial enzymes and bile acids in relation to colon cancer, „Gastroenterology” 1992, 102, 1475–1482.
18. https://ods.od.nih.gov/factsheets/Probiotics-HealthProfessional/
19. Sánchez B., Delgado S., Blanco-Míguez A. et al., Probiotics, gut microbiota, and their influence on host health and disease, „Mol Nutr Food Res.” 2017, 61(1).
20. Duranti S., Ferrario C., van Sinderen D., Ventura M., Turroni F., Obesity and microbiota: an example of an intricate relationship, „Genes Nutr.”
21. Klaenhammer T.R., Kleerebezem M., Kopp M.V., Rescigno M., The impact of probiotics and prebiotics on the immune system, „Nat Rev Immunol.” 2012, 12, 728–734.
22. Sang L.X., Chang B., Zhang W.L., Wu X.M., Li X.H., Jiang M., Remission induction and maintenance effect of probiotics on ulcerative colitis: a meta-analysis, „World J Gastroenterol.” 2010, 16(15), 1908–1916.
23. Ng S.C., Hart A.L., Kamm M.A., Stagg A.J., Knight S.C., Mechanisms of action of probiotics: recent advances, „Inflamm Bowel Dis.” 2009, 15, 300–310.
24. Plaza-Diaz J., Gomez-Llorente C., Fontana L., Gil A., Modulation of immunity and inflammatory gene expression in the gut, in inflammatory diseases of the gut and in the liver by probiotics, „World J Gastroenterol.” 2014, 20, 15632–15649.
25. Miettinen M., Vuopio-Varkila J., Varkila K., Production of human tumor necrosis factor alpha, interleukin-6, and interleukin-10 is induced by lactic acid bacteria, „Infect Immun.” 1996, 64, 5403–5540.
26. Nazemian V., Shadnoush M., Manaheji H., Zaringhalam J., Probiotics and inflammatory pain: a literature review study, „Middle East J Rehab Health” 2016, 3, 36087.
27. Sanders M.E., Akkermans L.M., Haller D. et al., Safety assessment of probiotics for human use, „Gut Microbes” 2010 May-Jun, 1(3), 164–185.
28. Zhang L., Zeng X., Guo D. et al., Early use of probiotics might prevent antibiotic-associated diarrhea in elderly (> 65 years): a systematic review and meta-analysis, „BMC Geriatr.” 2022, 22(1), 562.
29. Markowiak P., Śliżewska K., Effects of Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics on Human Health, „Nutrients” 2017, 9, 1021.
30. Jalanka J., Mattila E., Jouhten H., Hartman J., de Vos W.M., Arkkila P., Satokari R., Long-term effects on luminal and mucosal microbiota and commonly acquired taxa in faecal microbiota transplantation for recurrent Clostridium difficile infection, „BMC Med.” 2016, 14, 155.
31. Hiippala K., Jouhten H., Ronkainen A., Hartikainen A., Kainulainen V., Jalanka J., Satokari R., The Potential of Gut Commensals in Reinforcing Intestinal Barrier Function and Alleviating Inflammation, „Nutrients” 2018, 10, 988.
32. Verhoog S., Taneri P.E., Díaz Z.M.R., Marques-Vidal P., Troup J.P., Bally L., Franco O.H., Glisic M., Muka T., Díaz Z.R., Dietary Factors and Modulation of Bacteria Strains of Akkermansia muciniphila and Faecalibacterium prausnitzii: A Systematic Review, „Nutrients” 2019, 11, 1565.
33. Sokol H., Pigneur B., Watterlot L., Lakhdari O., Bermudez-Humaran L.G., Gratadoux J.J., Blugeon S., Bridonneau C., Furet J.P., Corthier G. et al., Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients, „Proc. Natl. Acad. Sci. USA” 2008, 105, 16731.
34. Fan P., Li L., Rezaei A., Eslamfam S., Che D., Ma X., Metabolites of dietary protein and peptides by intestinal microbes and their impacts on gut, „Curr Protein Pept Sci.” 2015, 16, 646–654.
35. Guilloteau P., Martin L., Eeckhaut V., Ducatelle R., Zabielski R., Van Immerseel F., From the gut to the peripheral tissues: the multiple effects of butyrate, „Nutr Res Rev.” 2010, 23, 366–384.
36. De Clercq N.C., Groen A.K., Romijn J.A., Nieuwdorp M., Gut microbiota in obesity and undernutrition, „Adv Nutr.” 2016, 7, 1080–1089.
37. Chen J., Li Y., Tian Y., Huang C., Li D., Zhong Q., Ma X., Interaction between microbes and host intestinal health: modulation by dietary nutrients and gut-brain-endocrine-immune axis, „Curr Protein Pept Sci.” 2015, 16, 592–603.
38. Tan J., McKenzie C., Potamitis M., Thorburn A.N., Mackay C.R., Macia L., The role of short-chain fatty acids in health and disease, „Adv Immunol.” 2014, 91–119.
39. Chen X., Eslamfam S., Fang L., Qiao S., Ma X., Maintenance of gastrointestinal glucose homeostasis by the gut-brain axis, „Curr Protein Pept Sci.” 2017, 18, 541–547.
40. Mowat A.M., Agace W.W., Regional specialization within the intestinal immune system, „Nat Rev Immunol.” 2014, 14, 667–685.
41. Ma N., Wu Y., Xie F., Du K., Wang Y., Shi L., Ji L., Liu T., Ma X., Dimethyl fumarate reduces the risk of mycotoxins via improving intestinal barrier and microbiota, „Oncotarget” 2017, 8, 44625–44638.
42. Willemsen L., Koetsier M., Van Deventer S., Van Tol E., Short chain fatty acids stimulate epithelial mucin 2 expression through differential effects on prostaglandin E1 and E2 production by intestinal myofibroblasts, „Gut” 2003, 52, 1442–1447.
43. Leonel A.J., Alvarez-Leite J.I., Butyrate: implications for intestinal function, „Curr Opin Clin Nutr Metab Care” 2012, 15, 474–479.
44. Matter K., Aijaz S., Tsapara A., Balda M.S., Mammalian tight junctions in the regulation of epithelial differentiation and proliferation, „Curr Opin Cell Biol.” 2005, 17, 453–458.