Кишкова флора, відповідальна за нашу вагу, Swiss Medical Journal
резюме
Ожиріння є багатофакторною хворобою і часто розглядається як результат дисбалансу між споживанням їжі та витратами енергії. Однак бактеріальний склад кишкової флори може бути третім елементом, що бере участь у розвитку надмірної ваги. Залежно від типу дієти, ця чорна скринька кишечника може сприяти, з одного боку, модифікації калорійності в їжі, а з іншого боку, зміні витрат енергії. Кишкова флора пов’язана з проміжним метаболізмом та запаленням, і вона може брати участь у патофізіогенезі діабету (типи 1 та 2), метаболічному синдромі та ожирінні. Зміна харчових звичок за допомогою дієти, багатої клітковиною і середземноморським типом, може спричинити зміни мікробіоти кишечника і, як наслідок, втрату ваги, поліпшення метаболічного синдрому та діабету.
Значення кишкової флори
За підрахунками, у людини існує близько 800 видів бактерій кишечника з понад 7000 штамів, що може відповідати чисельності 10 18 бактерій або масі від 1 до 2 кг. 1 Однак понад 90% кишкових мікробів належать до двох із 70 відомих сімейств: Gram + (G +) Firmicutes та Gram - (G-) Bacteroidetes. 2 Основними бактеріями, присутніми в організмі людини, є анаероби та включають такі види, як Bacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Escherichia та Bifidobacterium, а також різні дріжджі та інші мікроорганізми, що співіснують в екологічному та динамічному балансі.
Кишкова флора здавна вважалася чорною скринькою, непроникною через відсутність відповідної техніки, більшість її бактеріальних мікробів не можна культивувати в доступних середовищах. Ця складність була подолана відкриттям нових методів у молекулярній біології, переважно за допомогою видоспецифічних зондів. Застосування молекулярних інструментів показало, що дві третини домінуючих видів, що спостерігаються в калових мікробіотах людини, є унікальними для них, що свідчить про величезну різноманітність видів бактерій у кишечнику людини у всьому світі.
Останні роботи підкреслюють важливість мікробіоти кишечника не тільки в травному тракті, але й системно. Загальновідомо, що різні кишкові мікроорганізми сприяють різним процесам, таким як анаеробний метаболізм білків, бродіння не засвоюваних харчових волокон, антимікробний захист від патогенних мікроорганізмів у кишечнику, розвиток та дозрівання кишкової імунної системи. 3-5 Системні наслідки для кишкової флори пов’язані з енергетичним обміном, запаленнями, а особливо із зайвою вагою.
Роль флори кишечника в енергетичному обміні
Здатність кишкових мікробів руйнувати певні харчові компоненти, для яких людському організму не вистачає травної здатності, наприклад, певні харчові волокна, добре відома.
Інша метаболічна діяльність кишкової флори включає метаболізм ліків, вироблення вітамінів та мікроелементів та вироблення цілого ряду біоактивних молекул, що беруть участь у регуляції розвитку та підтримання кишкової структури та функцій. Менш оцінюється вплив метаболізму мікробіоти кишечника на енергетичний баланс господаря, накопичення жиру та ризик ожиріння. 6
Робота команди Гордона в США, опублікована в Science у 2005 р., Показала, що аксеновим гризунам (вільна від зародків, незаймана кишкова флора) потрібно 30% більше калорій, щоб підтримувати свою масу тіла порівняно зі звичайними тваринами. Ця робота свідчить про те, що мікробіота кишечника сприяє перетравленню та/або поглинанню господарем вуглеводів та ліпідів 7,8, що призводить до накопичення жиру. 9 Таким чином, аксенові миші демонструють зменшений об’єм жирової тканини порівняно зі звичайними мишами. Колонізація цих аксенових мишей звичайною мікробіотою кишечника від звичайних мишей призводить до нормалізації їх ваги та збільшення жиру в організмі на 60%, незважаючи на зменшення споживання їжі на 30%. Колонізація цих мишей без кишкової флори флорою ожирілих (ob/ob) мишей призвела до патологічного збільшення ваги, і ці ексенічні, тонкі миші спочатку ожиріли (малюнок 1). 9
Мікробіота кишечника ожирілих (об/об) мишей має більшу частку Firmicutes, пов’язану з меншою популяцією Bacteroidetes. Перенесення цієї флори мишам без мікробів призвело до відновлення харчової енергії, більшої за енергію, спричинену передачею мікробіоти від худих мишей. 10,11 Інші дослідження на мишах показали, що бактеріальна флора ожирілих (ob/ob) мишей характеризувалася здатністю ферментувати полісахариди, яка є більшою, ніж у худих мишей. 8 Таким чином, кількість енергії, що залишається в калі мишей із ожирінням, була меншою, ніж у худих мишей, що свідчить про те, що енергію добувають бактерії на користь організму.
Різна кишкова флора у людей із ожирінням
Чи відрізняється кишкова флора осіб із ожирінням, що відрізняються від флори кишечника із нормальною вагою? Чи існує потенційний зв’язок між складом мікробіоти кишечника та ожирінням? Чи можуть деякі характеристики складу кишкової флори схильні до ожиріння? Відповіді на ці питання, мабуть, усі позитивні у тварин. 12
Щоб продемонструвати актуальність цих експериментів на людях, Ley et al. 13 проаналізували кишкову флору у дванадцяти пацієнтів із ожирінням, які протягом року виконували програму схуднення. Як і у мишей, у мікробіоти домінували Bacteroidetes і Firmicutes. До дієти пацієнти з ожирінням мали менше Bacteroidetes (p 2 = 0,8, p 2 = 0,06) у своєму раціоні (рис. 2). 13
На сьогоднішній день ми не знаємо, чому люди з ожирінням мають такі відмінності в мікробіоти кишечника (більше немає Firmicutes). Кишечник господаря може мати невідомі властивості, що може спричинити вибір деяких мікроорганізмів кишок над іншими. Наприклад, багато видів Bacillus є факультативними аеробами, тоді як Clostridium є облігатними анаеробами. Величезне розмаїття серед Firmicutes може сприяти більш ефективному видобуванню енергії (і калорій) із складної серії органічних речовин. Потрібна додаткова робота, щоб краще з’ясувати причинно-наслідкові зв’язки між ожирінням та кишковою флорою.
Кишкова флора, хронічне запалення та імунна система
Кані та ін. 14 постулював інші механізми, що пов'язують мікробіоти кишечника та ожиріння. Вони висунули гіпотезу, що бактеріальні ліпополісахариди (ЛПС), отримані з G-бактерій та знайдені в кишковій флорі, діють як пускові механізми запалення та метаболічного синдрому, спричиненого дієтою з високим вмістом жиру.
У серії експериментів на мишах, які отримували дієту з високим вмістом жиру, вони продемонстрували, що: 1) дієта з високим вмістом жиру збільшує ендотоксемію (ЛПС) і впливає на виділення бактерій у кишечнику, сприяючи збільшенню G - порівняно з G + і 2 ця хронічна метаболічна ендотоксемія викликає ожиріння, резистентність до інсуліну та діабет. 14 З іншого боку, жирові відкладення надмірно виражають прозапальні фактори, такі як цитокіни TNF-α, IL-1 та IL-6, які індукують резистентність до інсуліну. 15,16 Наприклад, TNF-α індукує фосфорилювання субстрату рецептора інсуліну (IRS-1) на серинах, що призводить до активації сигнального шляху інсуліну. 17 Інсулінорезистентність сприяє гіперінсулінізму, а також печінковому та адипоцитарному зберіганню глюкози у вигляді ліпідів.
Кишкова флора та діабет 2 типу
Інші дані у людей підтверджують, що ендотоксемія, індукована деякими бактеріями в кишковій флорі, пов’язана з діабетом. Наприклад, рівень ЛПС у плазмі крові значно вищий у хворих на цукровий діабет 2 типу, а у пацієнтів, які не страждають на цукровий діабет, інсулінемія натще натще корелює з ендотоксемією. 18 Ці результати свідчать про те, що мікробіота кишечника (через ЛПС) може відігравати певну роль у патогенезі діабету 2 типу, пов’язаного з ожирінням. 19
Кишкова флора та діабет типу 1
Зовсім недавно було показано, що на частоту розвитку діабету 1 типу у мишей, що не страждають ожирінням, також впливала флора кишечника. Це може свідчити про зв’язок між імунною системою, флорою кишечника та розвитком діабету 1 типу.
Вень та ін. 20 вивчав вплив зміни мікробного середовища не ожирілих діабетичних мишей, у яких недостатньо природженого імунітету. У мишей, що не страждають ожирінням та імунодефіцитом (відсутність білка MyD88), не розвивається діабет 1 типу, коли вони перебувають у вільному від патогенів середовищі.
У мишей, що не страждають ожирінням, імунодефіцитом, бувають легше розвиватися діабет 1 типу. Вплив цих мишей на флору, яка зазвичай зустрічається у людей, зменшує частоту діабету типу 1. 20
Дефіцит білка MyD88 впливає на кишкову флору. Отже, MyD88 може впливати на розповсюдження певної кишкової флори, а втрата цього механізму може блокувати розвиток діабету типу 1. 20 Ці результати вказують на нові шляхи профілактики та лікування діабету 1 типу.
Терапевтичні зміни кишкової флори
Ідея тут полягає в тому, що вплив деяких продуктів на здоров’я може бути опосередкований впливом цих продуктів на флору кишечника.
Наприклад, ми знаємо, що дієта, багата клітковиною (переважно фруктами та овочами), або дієта середземноморського типу сприяє розвитку певних популяцій бактерій. Ці популяції можуть сприяти сприятливому впливу клітковини, з одного боку, середземноморської дієти, з іншого боку, на здоров’я.
Окрім клітковини та критської дієти, на мікробіоти можуть впливати два типи продуктів: пробіотики та пребіотики. Пробіотики широко використовуються у приготуванні різних ферментованих продуктів, які є досить популярними в Європі чи Японії. Це бактерії або дріжджі, які модулюють баланс між бактеріальними популяціями в кишечнику. Найчастіше зустрічаються молочнокислі бактерії, природні господарі мікробіоти кишечника людини, найвідоміші - біфідобактерії та лактобактерії. Мета тут не узагальнити вплив пробіотиків на здоров’я, імунну систему та природний захист, про які йшлося в інших розділах21, а сформулювати гіпотезу про те, що можливі наслідки цих продуктів будуть послідовними до суттєвої модифікації кишкової флори та системні сигнали, з яких воно походить.
Пребіотики - це, як правило, олігосахариди або коротколанцюгові полісахариди. Вони врятуються від травлення в тонкому кишечнику і є селективними субстратами для гідролізу та бродіння корисними бактеріями, що мешкають у товстій кишці. Після прийому пребіотиків, як і у випадку з пробіотиками, спостерігається збільшення кількості біфідо- та лактобактерій. Вони містяться природним чином у фруктах та овочах, а також їх можна отримати. Вони можуть бути синтезовані, піддаючи дисахариди, такі як лактоза, дії ферментів, таких як лактази, або комерційно продукуються гідролізом полісахаридів. Дія пребіотиків різноманітна: вони збільшують поглинання мінералів, впливають на імунні функції, знижують рівень ліпідів у крові та захищають від розвитку раку товстої кишки. Крім того, вони покращують звички кишечника, що посилює фекальну бактеріальну масу та вміст вільної води у стільці. 22 З цих причин корисно з’їдати п’ять фруктів та овочів на день і різноманітно харчуватися з великою кількістю клітковини.
Деякі дані свідчать про те, що пребіотики можуть відігравати певну роль у контролі ожиріння та пов’язаних з цим метаболічних розладів. 23 Ці дослідження, які вказують на зв'язок між модуляцією кишкової флори, метаболічною ендотоксемією, ситістю та надмірною вагою, все ще є попередніми.
Висновок
Немає сумнівів у незв'язку до останнього часу невідомої між зміною харчових звичок, втратою ваги та зміною кишкової флори !
У світлі цих нових знахідок ще більше сенсу має стара, загальновизнана порада їсти фрукти, овочі та бобові. Мало того, що споживання клітковини, вітамінів та мікроелементів є вирішальним для нашого здоров’я, здається, що ця дієта може модифікувати нашу кишкову флору таким чином, що обмежує системне запалення та збільшує витрати енергії.
Коротше кажучи, чи нерівність у ризику набору ваги зумовлена нашою кишковою флорою? Чи вживання його в їжу жирним та хибним шляхом призводить до запального синдрому, ожиріння, діабету за допомогою магії бактерій, що мешкають у нашому кишечнику? Немає сумнівів, що поглиблення досліджень з кишкової бактеріології відкриє нові терапевтичні шляхи.
Практичні наслідки
> Склад кишкової флори може мати значні метаболічні наслідки
> Виділення деяких видів бактерій з кишкової флори, спричинене дієтою, багатою клітковиною та середземноморським типом, може сприяти втраті ваги та поліпшенню метаболічних параметрів
> Флора, індукована дієтою, багатою на жири, може сприяти розвитку запального синдрому, пов’язаного з ожирінням
Бібліографія
Анотація
Ожиріння є багатофакторною хворобою і часто розглядається як дисбаланс між споживанням енергії та витратами енергії. Однак мікробіота кишечника може мати вплив на розвиток надмірної маси тіла. Відповідно до типу дієти, ця чорна скринька кишечника може сприяти модифікації як вилучення калорій, так і витрат енергії. Мікробіота кишечника пов’язана з посередницьким метаболізмом та запаленням і може брати участь у фізіопатогенезі діабету 1 та 2 типів, метаболічному синдромі та ожирінні. Збагачена клітковиною дієта та середземноморський тип харчування можуть спричинити модифікацію мікробіоти кишечника із послідовною втратою ваги та покращенням метаболічного синдрому та діабету.