Dołącz do czytelników
Brak wyników

Naturoterapia kliniczna

10 kwietnia 2020

NR 18 (Kwiecień 2020)

Prozdrowotne właściwości SCFA

120

Jednym z podziałów kwasów tłuszczowych wchodzących w skład tłuszczów żywności jest podział w zależności od długości łańcucha węglowodorowego. Z tego względu można je podzielić na krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (z ang. Short chain fatty acids – SCFA), średniołańcuchowe kwasy tłuszczowe (MCFA) oraz długołańcuchowe kwasy tłuszczowe (LCFA). Kwasy tłuszczowe są monokarboksylowymi kwasami o wzorze ogólnym R-COOH (R – łańcuch węglowodorowy, COOH – grupa karboksylowa znajdującą się na końcu tego łańcucha). W wyniku estryfikacji glicerolu trzema kwasami tłuszczowymi powstają triglicerydy, czyli tłuszcze. Łańcuch węglowodorowy naturalnych kwasów tłuszczowych jest zazwyczaj prosty (nierozgałęziony) i może zawierać nasycone lub nienasycone wiązania węglowodorowe. W żywności i organizmie człowieka kwasy tłuszczowe są związane w tłuszczach bądź występują jako wolne kwasy tłuszczowe.

SCFA, mimo iż należą do nasyconych kwasów tłuszczowych, wykazują szereg właściwości prozdrowotnych. Do SCFA należą m.in. kwasy: octowy, propionowy, masłowy, walerianowy i kapronowy. Najistotniejszą rolę w naszym organizmie spełniają kwas masłowy, octowy i propionowy, przy czym zwraca się uwagę na szczególną prozdrowotną rolę kwasu masłowego.

POLECAMY

Kwas masłowy

Kwas masłowy jest naturalną substancją, która w małej części może być pochodzenia egzogennego, czyli dostarczana z żywnością, jednakże przede wszystkim wytwarzana jest przez bakterie zasiedlające jelito grube (pochodzenie endogenne). 
Kwas masłowy egzogenny występuje naturalnie w maśle, nadaje gorzkawy posmak serom, znajduje się również w świeżym mleku, karczochach, mniszku lekarskim, maśle ghee oraz w produktach fermentowanych, takich jak herbata z kombuchy (symbiotyczna kolonia grzybów i bakterii), kiszona kapusta czy kiszone ogórki. Jednakże zawarte w tych surowcach ilości kwasu masłowego są na tyle małe, że nie mogą mieć istotnego wpływu na nabłonek jelita grubego. Te niewielkie ilości kwasu masłowego są wychwytywane przez komórki nabłonka jelitowego w górnych partiach przewodu pokarmowego.

Wpływ diety i mikroflory jelitowej na produkcję endogennego maślanus

Jednakże głównym producentem kwasu masłowego w przewodzie pokarmowym człowieka są drobnoustroje bytujące w jelicie grubym. W wyniku ich działania zachodzi proces beztlenowej fermentacji niestrawionych w jelicie cienkim węglowodanów i oligosacharydów heksoz oraz pentoz o różnym stopniu polimeryzacji. Dobrymi substratami do produkcji SCFA są skrobia oporna (RS), oligosacharydy, w tym fruktooligosacharydy, oligofruktoza, niektóre dwucukry i oligocukry oraz niektóre alkohole. Do podstawowych substratów dla bakterii komensalnych należą też tzw. polisacharydy nieskrobiowe, takie jak celulozy, hemicelulozy, pektyny i gumy. Przykładowe surowce i substraty dla bakterii komensalnych zamieszczono w tabeli 1.

Tab. 1. Źródła błonnika pokarmowego do produkcji SCFA
Błonnik pokarmowy – frakcja rozpuszczalna i nierozpuszczalna
SKROBIA OPORNA RS OLIGOSACHARYDY POLISACHARYDY NIESKROBIOWE NSP
RS1 Fruktooligosacharydy FOS Celulozy
ziarna zbóż nie w pełni zmielone cykoria, topinambur warzywa, brokuł, marchew
RS2 cebula, czosnek Hemicelulozy
niedojrzały zielony banan szparagi β-glukany z owsa i jęczmienia
RS3 Oligofruktoza Pektyny
czerstwe pieczywo cykoria, czosnek, cebula jabłka, porzeczki, pomarańcze
schłodzone po ugotowaniu:
ziemniaki, fasola, ryż, makaron
Dwucukry i oligocukry Gumy i śluzy
laktoza, stachioza, rafinoza babka płesznik
RS4 Alkohole  
kukurydza po obróbce
hydrotermicznej
sorbitol, mannitol  

Źródło: opracowanie własne

Należy podkreślić, że włączenie do diety produktów bogatych w błonnik pokarmowy i skrobię oporną powoduje w naturalny sposób podwyższenie poziom kwasu masłowego w organizmie. Dlatego zaleca się spożywanie przede wszystkim wszelkich pełnoziarnistych produktów, otrąb, nieprzetworzonych płatków zbożowych, orzechów, ciemnego razowego pieczywa i makaronów, brązowego ryżu, grubych kasz. Drugą grupę stanowią ogólnodostępne warzywa, np. strączkowe (w tym groch, fasola, soczewica, bób, soja), marchew, kapusta (surowa, ale przede wszystkim kiszona i wszelkie inne kiszonki), jarmuż, brokuł, kalafior, kalarepa, czosnek, cebula, szparagi, buraki, szpinak, sałata, pomidory i ziemniaki. Dla tych celów zaleca się spożycie również owoców, w tym przede wszystkim sezonowych, do których należą: jabłka, porzeczki, jeżyny, śliwki, gruszki, czarne jagody, brzoskwinie, a także owoce suszone. Na uwagę zasługują niedojrzałe (zielone) banany, które zawierają skrobię oporną (RS2). W celu optymalizacji efektu produkcji maślanu przez drobnoustroje, proponuje się stosowanie w diecie różnych frakcji błonnika pokarmowego z każdej z wymienionych grup, tzn. z warzyw, owoców i zbóż14.
Liczne badania potwierdzają, że stosowanie diety bogatej w błonnik skutkuje znacznie wyższym stężeniem SCFA w kale oraz większą ilością bakterii fermentujących4.
Dobowa produkcja SCFA w jelicie grubym u zdrowego człowieka wynosi 300–400 mmoli. Natomiast sumaryczne stężenie SCFA w świetle jelita waha się pomiędzy 60 a 150 mmol/kg. W największych ilościach produkowane są octan, propionian i maślan, a ich stosunek molowy wynosi odpowiednio 60 : 25 : 15. Proporcje te mogą ulegać modulacji i zmieniają się w poszczególnych odcinkach jelita grubego w zależności od różnych czynników, w tym diety, wieku, ewentualnie zaistniałego schorzenia. Znaczące zmiany w stężeniu SCFA dotyczą szczególnie maślanu8. Uważa się, że u osób stosujących typową dietę typu zachodniego masa bakterii zasiedlających kątnicę i okrężnicę stanowi 250–750 g (przy czym zakłada się ilość 1010–1011 jtk/g tej masy). Co więcej, ponieważ biomasa bakteryjna stanowi aż 40–55% stałej masy stolca, to w przybliżeniu 15 g masy bakteryjnej jest codziennie wydalane.
W kątnicy i proksymalnej części okrężnicy odbywa się wiele procesów biochemicznych z udziałem mikroorganizmów, w tym omawiana fermentacja węglowodanów. Podstawową reakcją fermentacji w jelicie grubym jest bowiem hydroliza pochodzących z diety polisacharydów, oligosacharydów i disacharydów do cukrów prostych, które stanowią substrat do dalszych przemian (m.in. hydrolizy) powodowanych przez bakteryjny aparat enzymatyczny. Produktami końcowymi tej fermentacji są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), pewne ilości wodoru i dwutlenku węgla. Natomiast w wyniku fermentacji aminokwasów lub białek powstają rozgałęzione SCFA oraz wodór, dwutlenek węgla, metan, fenole i aminy4.

Skrobia oporna (RS)

Spośród substratów przetwarzanych przez bakterie jelitowe warto zwrócić uwagę na skrobię oporną (ang. resistant starch, RS). Badania naukowe wykazują bowiem, iż pewna ilość skrobi zawartej w określonych pokarmach pozostaje niestrawiona. Frakcja ta, zaliczana do błonnika pokarmowego nazywana jest skrobią oporną, ponieważ nie jest rozkładana do cukrów prostych przez enzymy trawienne przewodu pokarmowego człowieka. W takiej nienaruszonej postaci skrobia oporna przechodzi do jelita grubego, gdzie staje się pożywką dla flory bakteryjnej, która w procesie beztlenowej fermentacji produkuje potrzebne organizmowi SCFA.
Skrobia oporna występuje jako:

  • RS 1 – skrobia fizycznie niedostępna dla enzymów trawiennych, bowiem jest zawarta w komórkach roślinnych o nieuszkodzonych ścianach komórkowych, np. w ziarnach zbóż i nasion niecałkowicie zmielonych.
  • RS 2 – surowa, nieskleikowana skrobia obecna w niektórych gatunkach roślin, np. surowym ziemniaku, niedojrzałym bananie czy wysokoskrobiowych warzywach niecałkowicie ugotowanych.
  • RS 3 – skrobia zretrogradowana, czyli substancja wytrącona z kleiku lub żelu skrobiowego w procesie retrogradacji. Skrobia taka powstaje podczas czerstwienia pieczywa, w schłodzonych po ugotowaniu ziemniakach i w innych produktach skrobiowych, np. ryżu i kaszach.
  • RS 4 – skrobia zmodyfikowana chemicznie lub fizycznie (głównie termicznie) lub przy zastosowaniu obu tych procesów. Modyfikacje powodują zmiany w strukturze łańcuchów skrobiowych, co ogranicza działanie enzymów.

Ilość i rodzaj wytwarzanych krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych jest zależna od rodzaju substratu wykorzystanego przez bakterie fermentacyjne. Tabela 2 przedstawia zestawienie ilości głównych SCFA maślanu, propionianu i octanu wyprodukowanych przez mikroorganizmy w zależności od rodzaju dostępnych polisacharydów2.

Szczepy bakterii fermentujących cukry 

Wiele szczepów bakterii fermentujących cukry, zasiedlających naturalnie jelita, ma zdolność produkcji SCFA. Należą do nich m.in. Clostridium spp., Eubacterium spp., Fusobacterium spp., Butyrivibriospp., Megasphaeraelsdenii, Mitsuokellamultiacida, Roseburiaintestinalis, Faecalibacterium prausnitzii czy Eubacterium hallii. Należy podkreślić, że najważniejszym z tej grupy kwasem jest kwas masłowy, który dostarcza aż 80% energii biologicznej, niezbędnej do życia oraz pełnienia funkcji biologicznych przez kolonocyty. W przewodzie pokarmowym człowieka endogenny kwas masłowy najszybciej produkowany i wchłaniany jest w okrężnicy wstępującej, natomiast w esicy i odbytnicy jego produkcja zachodzi względnie wolno. Warto zaznaczyć, że 95% wytworzonych w jelicie grubym SCFA jest wykorzystywanych przez komórki nabłonka jelitowego, a jedynie pozostałe 5% jest wydalanych z kałem8.
Szlak biochemiczny prowadzący do powstania SCFA jest procesem dynamicznym, w którym wytworzone wcześniej maślan i propionian mogą być degradowane do octanu przez Acetobacterium, Acetogenium, Eubacterium i Clostridium spp. Omawiany proces może jednak przebiegać w przeciwnym kierunku, jeżeli wzrośnie liczba bakterii wytwarzających maślan, takich jak Faecalibacterium prausnitzii czy Roseburia spp. Powszechnie uważa się, że w konsorcjum bakteryjnym będącym w homeostazie, Bacteroidetes wytwarzają kwas octowy, który w kolejnej fazie może być wykorzystany do wytwarzania kwasu masłowego i propionowego przez bakterie z rodzaju Firmicutes. Podobnie niektóre bakterie wykazują zdolność do konwersji laktozy do maślanu, co wykazano we współhodowli Eubacterium limosum i Bifidobacterium longum. Wykazano także, że niektóre bakterie, np. Megasphaera elsdenii, bytujące w ludzkiej okrężnicy, mogą przekształcać mleczan do maślanu, a suplementacja hodowli fruktooligosacharydami powodowała zwiększenie produkcji maślanu. Metabolizm mleczanu przebiega różnymi szlakami, a bakterie bytujące w jelicie człowieka mogą przekształcać do maślanu izomery L- i R-mleczanu.
Jako ciekawostkę należy przytoczyć badania, które wykazały, że oprócz diety również regularne ćwiczenia fizyczne wywierają wpływ na mikrobiom człowieka, a w szczególności na bakterie wytwarzające SCFA. Pracownicy Uniwersytetu w Illinois przeprowadzili badanie zmian w obrębie mikrobiomu jelitowego u 18 szczupłych i 14 otyłych osób. Badani zmieniali tryb życia z siedzącego na aktywny, a następnie znów na siedzący, przy czym nie modyfikowali w żaden sposób swego dotychczasowego sposobu odżywiania. Podczas sześciotygodniowego programu treningowego uczestnicy wykonywali trzy razy w tygodniu przez 30–60 minut ćwiczenia aerobowe. Stwierdzono, że program treningowy spowodował wzrost poziomu kwasu masłowego w jelitach. Natomiast gdy uczestnicy powracali do siedzącego trybu życia, poziom kwasu masłowego ponownie się obniżał. Badania mikrobiologiczne potwierdziły, że przy siedzącym trybie następowało zmniejszenie liczby bakterii produkujących kwas masłowy1.
 

Tab. 1. Zestawienie ilości głównych SCFA maślanu, propionianu i octanu w zależności od rodzaju dostępnych polisacharydów
Proporcja energii (kJ) wyprodukowanej z SCFA
POLISACHARYD MAŚLAN PROPIONIAN OCTAN
Celuloza 0,33 0,24 0,43
Guma arabska 0,17 0,28 0,56
Laktuloza 0,36 0,16 0,48
Owsiane otręby 0,38 0,24 0,38
Pektyny 0,32 0,17 0,51
Skrobia oporna 0,55 0,21 0,24
Otręby pszeniczne 0,34 0,23 0,42
Ksylan 0,06 0,23 0,71

Źródło: Butyrate, neuroepigenetics and the gut microbiome: Can a high fiber diet improve brain health? [Bourassa i wsp. 2016]

Prozdrowotne wieloaspektowe działanie SCFA w organizmie człowieka

SCFA są naturalnym produktem wytwarzanym w jelicie grubym podczas fermentacji bakteryjnej niestrawionych węglowodanów i oligosacharydów heksoz i pentoz o różnym stopniu polimeryzacji. Działanie SCFA na organizm człowieka jest wielokierunkowe i być może jeszcze nie w pełni wyjaśnione są wszystkie szlaki metaboliczne, w których uczestniczą SCFA. Jednakże spośród wszystkich badań najwięcej wykazało korzystny wpływ SCFA na odżywianie i regenerację nabłonka jelitowego oraz na metabolizm lipidów i węglowodanów, udział w leczeniu biegunek, działanie przeciwzapalne, przeciwnowotworowe, neuroprotekcyjne i ochronne.

Odżywianie i regeneracja nabłonka jelitowego

Z badań naukowych wynika, że krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe odgrywają niezwykle istotną rolę w organizmie człowieka. Stanowią podstawowe źródło energii dla kolonocytów, które dla tych celów zużywają głównie maślan, ale także octan i propionian. Maślan wpływa korzystnie na regenerację nabłonka jelitowego, zwiększa termogenezę oraz utlenianie kwasów tłuszczowych. SCFA zapewniają prawidłowe funkcjonowanie jelit poprzez obniżanie pH w okrężnicy, tym samym hamując wzrost patogennej flory jelitowej oraz zwiększając jednocześnie wchłanianie wapnia, magnezu i żelaza w jelicie.
SCFA wywołują efekt troficzny na nabłonek jelitowy, tzn. przyspieszają procesy gojenia i regeneracji oraz uszczelnienia nabłonka, szczególnie w takich jednostkach chorobowych, jak wrzodziejące zapalenie jelita grubego, choroba Leśniowskiego-Crohna czy jelito drażliwe3, 5. SCFA bezpośrednio stabilizują strukturę i zapewniają integralność oraz funkcjonalność ściany jelita. Przeprowadzono badania nad wpływem bakterii kwasu mlekowego na stężenie maślanu w jelicie grubym. Udowodniono w nich, iż zwiększenie liczby bakterii mlekowych w jelicie wpływa na wzrost stężenia maślanu w wyniku metabolizmu mleczanu przez bakterie Megasphaera elsdenii5. Wyniki te potwierdzono w badaniach na zwierzętach, u których uzyskano redukcję stanu zapalnego jelit. Ponadto regulacja składu mikrobiomu jelitowego ma znaczenie dla utrzymania ekosystemu jelitowego, co jest ważną składową osi mózgowo‑jelitowej4, 5, 6, 12. Integralność bariery jelitowej jest podstawą prawidłowego funkcjonowania jelita. Kwas masłowy istotnie wpływa na jej utrzymanie, bowiem zmniejsza przepuszczalność m.in. dla insuliny, co wyraża się zwiększeniem elektrycznego oporu przeznabłonkowego TER (transepithelial electrical resistance – TER) już przy fizjologicznych stężeniach maślanu. Składową bariery jest śluz, syntezę którego pobudza maślan. Obecność śluzu nie tylko mechanicznie chroni nabłonek jelitowy, ale również utrzymuje pH na poziomie zabezpieczającym przed wtargnięciem niepożądanych mikroorganizmów. Opisane efekty terapeutyczne maślanu były badane na zwierzętach, u których suplementacja maślanem powodowała wzrost masy ciała, gojenie owrzodzeń żołądka, wzrost liczby komórek kosmkowych jelita krętego, a także zwiększenie liczby komórek krypt oraz ich głębokości w kątnicy. Zaobserwowano, że podanie maślanu w istotny sposób regenerowało śluzówkę w badaniach na szczurach i prosiętach. Potwierdzenie takiego działania maślanu uzyskano także w badaniach in vitro na komórkach ludzkich jelita grubego8, 10.

Leczenie biegunek niezależnie od etiologii

Działanie troficzne SCFA polega na regulacji procesów zwrotnego wchłaniania wody i sodu w jelicie, normalizacji spektrum flory bakteryjnej i regulacji pH, a także korzystnym wpływie na motorykę jelit i regulację rytmu oddawania stolca. Ten efekt sprawił, że SCFA stały się integralną częścią leczenia zaburzeń czynnościowych jelit, w tym biegunek, niezależnie od ich etiologii3.

Działanie przeciwzapalne

Jednym z najlepiej poznanych działań SCFA na organizm człowieka jest ich rola przeciwzapalna. Polega ona na hamowaniu aktywności mediatorów zapalnych w nabłonku jelitowym, czyli inhibicji aktywacji NF-κβ (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated βcells), działającym jako czynnik transkrypcyjny makrofagów, które są głównym źródłem cytokin w przebiegu procesu zapalnego nieswoistych chorób zapalnych jelit. Najsilniejszy efekt przeciwzapalny wywierają kwas masłowy i jego sole. Maślan sodu wykazuje zdolność do redukcji sekrecji interleukiny 8 (IL-8), co z kolei istotnie przyczynia się do blokowania kaskady prozapalnych cytokin, takich jak interleukina 6 i interleukina 12 (IL-6, IL-12), czy czynnik martwicy nowotworów α (tumor necrosis factor α, TNF-α) na poziomie lokalnym4.

Wpływ na gospodarkę lipidową oraz węglowodanową

Przeprowadzone badania wskazują na korzystny wpływ SCFA na uwalnianie glukagonopodobnego peptydu-1 (GLP-1) i peptydu YY (PYY) z komórek endokrynnych, a tym samym na regulację stężenia glukozy oraz poprawę wrażliwości na insulinę. Udowodniono, że adipocyty są zdolne do utylizacji maślanu powodując wzrost ekspresji adiponektyny w celu wychwytu glukozy i poprawy insulinowrażliwości. Kwas propionowy, wytwarzany przez bakterie jelitowe, wykorzystywany jest w procesie wątrobowej lipogenezy i glukoneogenezy, pełniąc w ten sposób ważną funkcję w utrzymaniu równowagi energetycznej organizmu. Inhibicja lipolizy, stymulacja wychwytu glukozy i indukcja syntezy triglicerydów przez maślan sugeruje jego potencjalną rolę w zapobieganiu lub odwracaniu hiperglikemii i hiperlipidemii. Wpływ na gospodarkę lipidową związany jest z aktywnością receptorów kwasów tłuszczowych (GPR), których działanie opisano w dalszej części artykułu4, 10, 12.

Działanie przeciwnowotworowe

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe odgrywają ważną rolę w procesie indukcji proliferacji oraz apoptozy komórek jelita. Ich duże stężenie, szczególnie maślanu w okrężnicy może powstrzymać zarówno wczesne, jak i późne etapy onkogenezy. Tak zwany „paradoks maślanu” oznacza, że maślan z jednej strony prowadzi do stymulacji proliferacji prawidłowych komórek nabłonkowych, a z drugiej do zahamowania proliferacji komórek nowotworowych. Należy podkreślić, że działania takiego nie obserwuje się w przypadku pozostałych SCFA. Ponadto podobną reakcję na obecność maślanu wykazują komórki zdrowe i zmienione nowotworowo, pochodzące z innych tkanek, takich jak: komórki piersi, nerki, trzustki, a nawet komórki guzów litych i białaczkowych7.

Wspieranie homeostazy mikrobiomu

W...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Naturoterapia w praktyce" w roku + wydania specjalne
  • Nielimitowany dostęp do całego archiwum czasopisma
  • Dodatkowe artykuły i filmy
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy