Dołącz do czytelników
Brak wyników

Pediatria interdyscyplinarna

26 listopada 2018

NR 23 (Październik 2018)

Odżywianie mikrobioty jako sygnał żywieniowy dla organizmu gospodarza

0 237

Współczesna wiedza o mikrobiocie zmienia tradycyjne pojmowanie żywienia, tworząc nowy wzorzec myślenia o jedzeniu i otwierając nowe horyzonty badań nad żywnością dla przyszłych pokoleń. Wniosek z już posiadanej wiedzy o mikrobiocie jest prosty – jedząc, odżywiamy nie tylko siebie, ale także naszą mikrobiotę. Utrzymanie zdrowej mikrobioty wymaga zdrowego żywienia. To zdrowe żywienie nie jest pojęciem uniwersalnym, gdyż zależy od wieku odżywianego, jego chorób, a wertykalna transmisja mikrobioty z matki na dziecko wskazuje, że oczekująca dziecka matka odżywia się nie tylko dla siebie, ale także dla nowej generacji.

Mikrobiota

Mikrobiota to zestaw bakterii, wirusów i eukariotów zasiedlających przewód pokarmowy, a także skórę, pochwę, noso-gardło. Jest to organ człowieka znajdujący się z nim w równowadze lub niekiedy nierównowadze odpornościowej. Następstwem tego oddziaływania jest stan zdrowia lub choroby. Według najnowszych danych liczba bakterii tylko nieznacznie przekracza liczbę komórek człowieka, a ten stosunek ocenia się obecnie na 1,3:1, a nie jak sądzono 10:1 [1].
Bytownicy jelita to gromady Firmicutes, Bacterioidetes, Actinobacteria, Proteobacteria i inne bakterie, a także wirusy i grzyby. 

Mikrobiota a wiek

Skład ilościowy i jakościowy mikrobioty ulega zmianie wraz wiekiem. Szczególnie wrażliwym okresem w rozwoju mikrobioty są pierwsze dwa lata życia, po których skład mikrobioty ulega znacznej stabilizacji. Szczególną rolę w rozwoju mikrobioty odgrywa sposób porodu, antybiotykoterapia, zwłaszcza w pierwszych dwóch latach życia, zbyt czyste otoczenie, sposób żywienia, podłoże genetyczne itp. Do znacznej dysbiozy dochodzi u osób w podeszłym wieku, kiedy to żywienie staje się bardziej monotonne, mniej zróżnicowane, znów w tym wieku częściej stosuje się szerokospektralne antybiotykoterapie, a także wiele z tych osób przebywa w zakładach opieki zbiorowej o dość specyficznej mikrobiocie.

Ryc. 1. Mikrobiota człowieka [2] i jej zmiany związane z wiekiem. Rycina przedstawia globalny przegląd udziału kluczowych gromad bakteryjnych odpowiedzialnych za kompozycję mikrobioty człowieka w różnych okresach życia. Typowanie albo za pomocą 16S RNA, albo metodą metagenomową (DNA). Dane pochodzą z: dzieci karmione piersią i sztucznie [3], karmienie mieszane [4], pędraki na antybiotykoterapii 4iii, zdrowe lub niedożywione pędraki [5], zdrowi dorośli, ludzie w wieku od 65 do 80 lat oraz starcy > 100 lat [6] oraz otyli dorośli [7]

Wpływ zmian cywilizacyjnych na mikrobiotę

Wpływ cywilizacji na mikrobiotę [8] podsumowuje rycina 2.
Trzeba zdawać sobie sprawę, że nasz układ odpornościowy ewoluował wraz z naszą mikrobiotą przez tysiąclecia, podczas gdy industrializacja doprowadziła do niezwykle szybkiej zmiany środowiska i naszej mikrobioty, do których to zmian nasz układ odpornościowy nie zawsze zdążył się przystosować (a tym bardziej nasz genom). Te bardzo szybkie zmiany cywilizacyjne wywołały także nie mniej szybki wzrost częstości występowania wielu chorób określanych mianem cywilizacyjnych [9], takich jak: astma [10], alergiczny nieżyt nosa [10], nieswoiste zapalenia jelit (zwłaszcza choroba Leśniowskiego-Crohna) [11], celiakia i cukrzyca typu 1 [12],
ziarniniak Wegenera [13], nieziarniczy chłoniak złośliwy [14] czy rak jelita grubego [14]. Jeśli prześledzi się spadek ilościowy i jakościowy mikrobioty na przestrzeni ostatnich 
100 lat i przeanalizuje narastającą w tym samym czasie częstość wymienionych chorób, związki przyczynowo-skutkowe wydają się co najmniej prawdopodobne (rycina 2).
Pośrednim dowodem na związek zmian w żywieniu wynikających z rozwoju cywilizacyjnego ze zmianami w mikrobiocie i ryzykiem raka mogą być najnowsze wyniki badania oceniającego konsumpcję produktów wysoko przetworzonych i ryzyka raka we francuskiej kohorcie NutriNet-Santé (2009-17), w której przebadano 104 980 uczestników > 18. r.ż. ze średnią wieku 42,8 lat i w której analizowano 24-godzinne dzienniczki żywieniowe obejmujące 3300 produktów skategoryzowanych pod względem stopnia przetworzenia [15]. W badaniu tym stwierdzono, że dziesięcioprocentowy wzrost spożycia produktów wysoko przetworzonych był związany z dziesięcioprocentowym wzrostem ryzyka raka w ogóle oraz raka piersi.

Ryc. 2. Wpływ cywilizacji na mikrobiotę

Aktywność metaboliczna mikrobioty jelitowej

Główną aktywnością mikrobioty jelitowej jest fermentacja węglowodanów, której efektem jest powstawanie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (maślan, propionian, octan) oraz gazów, takich jak CO2, H2, metan. Aktywność ta dostarcza ok. 10% naszego zapotrzebowania kalorycznego. Maślan i propionian wspierają prawidłową odpowiedź odpornościową, podczas gdy octan stymuluje lipogenezę i glukoneogenezę. Korzystna dla zdrowia fermentacja zachodzi w początkowej części jelita grubego, jednak w przypadku tzw. diety zachodniej w dalszych odcinkach jelita grubego powstają takie metabolity aminokwasów, jak: amoniak, fenole, p-krezol, aminy, H2S. Te metabolity sprzyjają zapaleniu, „nieszczelnemu jelitu”, uszkodzeniu DNA i nowotworzeniu. Wszystko wskazuje na to, że błonnik, warzywa i owoce hamują ten proces.

Dysbioza

Dysbioza to zaburzenie lub brak równowagi w systemie biologicznym, jakim jest mikrobiota. Może ona dotyczyć typu bakterii, ich zróżnicowania czy ich ogólnej liczby. Dysbiozę wiąże się z rozwojem takich chorób, jak: martwicze zapalenie jelit, nieswoiste zapalenia jelit, rak jelita grubego, autoimmunizacyjne zapalenie wątroby, stwardniające zapalenie dróg żółciowych czy cukrzyca typu 1 [16, 17, 18, 19, 20, 21, 22]. Na przykład przewaga bakterii G (-) może być przyczyną pojawienia się nadmiaru prozapalnego LPS (lipopolisacharydu), a bakterii G (+) prozapalnego kwasu lipoteichojowego, czyli czynników stymulujących syntezę cytokin prozapalnych.

Przyczyny dysbiozy

Na szeroko pojętą dysbiozę wpływ może mieć sposób porodu (inna mikrobiota u noworodków urodzonych drogą cięcia cesarskiego, zwłaszcza planowego, i inna u urodzonych siłami natury), higiena (tak naprawdę jej nadmiar leży u podstaw tzw. higienicznej teorii chorób alergicznych i nie tylko), nadmierna i wielokrotnie zbędna podaż antybiotyków, zwłaszcza w pierwszych dwóch latach życia, czyli okresie decydującym o składzie mikrobioty w całym dorosłym życiu, sposób karmienia (w okresie niemowlęcym, np. zdecydowana przewaga karmienia naturalnego nad karmieniem sztucznym m.in. ze względu na zawartość w pokarmie kobiecym specyficznych oligosacharydów [23]) i dieta stosowana w całym dorosłym życiu, a także coraz powszechniejszy brak ruchu.

Modyfikacje mikrobioty

Modyfikować w pożądanym, czyli prozdrowotnym kierunku mikrobiotę można, stosując sprawdzone probiotyki, takie jak Lactobacillus rhamnosus GG, Saccharomyces boulardii, VSL#3 czy np. Lactobacillus reuteri NCIMB 30 242 [24], który poprzez hydrolizę kwasów żółciowych prowadzi do obniżenia stężenia cholesterolu i wchłaniania tłuszczów poprzez jądrowy receptor FXR (farnesoid X receptor). Korzystnie na mikrobiotę wpływają także prebiotyki, m.in. GOS (galaktooligosacharydy) [25], FOS (fruktooligosacharydy), HMO (human milk oligosacharides) [26], a także polifenole, 
np. resweratrol z wina czerwonego [27].

Interakcje między pokarmem, mikrobiotą i gospodarzem

Tłuszcze pokarmowe pobudzają wydzielanie kwasów żółciowych do górnego odcinka przewodu pokarmowego. Te kwasy żółciowe podlegają recyrkulacji jelitowo-wątrobowej, jak i postępującej dekoniugacji i przemianie z pierwotnych kwasów żółciowych na wtórne kwasy żółciowe, które mają zarówno bezpośredni, jak i pośredni modyfikujący wpływ na kompozycję mikrobioty. Ta zmiana to m.in. wpływ na ekspresję i produkcję czynników antybakteryjnych, takich jak regenerujące białko islet-derived protein 3 gamma (RegIIIγ). Sygnały generowane przez kwasy żółciowe poprzez powierzchniowe (TGR5) i jądrowy receptor (FXR) mają szereg oddziaływań hamujących czynność skurczową jelit i sekrecję jelitową, ośrodkową sygnalizację poczucia sytości, ogólny metabolizm i odpowiedź odpornościową. Podczas gdy hydrolaza kwasów żółciowych zwiększa aktywność RegIIIγ, dieta bogata w tłuszcze wpływa na zahamowanie RegIIIγ, 
a składniki mikrobioty, takie jak Akkermansia z kolei aktywują RegIIIγ. Te zmiany zachodzą równoczasowo ze zmianami w stężeniu powstających pod wpływem bakterii metabolitów, 
m.in. krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA), które są nie tylko źródłem energii, ale mają plejotropowy wpływ na oś jelitowo-mózgową, system neuroendokrynny, metabolizm wątroby oraz tkanek obwodowych [29].

Ryc. 3. Zmiany w czasie liczebności i zróżnicowania mikrobioty jelitowej i niemal równoczasowy wzrost częstości niektórych chorób [9]
Ryc. 4. Schematyczna ilustracja podsumowująca interakcje między pokarmem, mikrobiotą i gospodarzem [28]

„Niedożywienie” mikrobioty w początkowych fazach życia i jej następstwa 

Kolonizacja młodej myszy mikrobiotą od zdrowych dzieci prowadzi do prawidłowego rozwoju myszy nawet przy diecie niedoborowej, podczas gdy mysz skolonizowana przez mikrobiotę pochodzącą od dziecka niedożywionego demonstruje zahamowanie wzrastania. Można jednak uzyskać prawidłowy rozwój myszy, wzbogacając jej mikrobiotę w chwili pierwotnej kolonizacji w ściśle określone bakterie lub poprzez podawanie sialowanych oligosacharydów pochodzących z mleka kobiecego [30, 31, 32]. 
Mikrobiota w przekarmieniu (otyłości)
Na rycinie przedstawiono schematycznie doświadczenie, w którym tzw. humanizowane myszy (jałowe myszy) skolonizowano ludzką mikrobiotą od dwóch fenotypowo różnych dawców, otyłego A i szczupłego B, w celu wykazania potencjalnego wpływu takiej mikrobioty na masę ciała i ogólny metabolizm biorców. Podobne przeniesienie mikrobioty z myszy na mysz daje podobny efekt. Przeniesienie mikrobioty z człowieka na człowieka drogą transplantacji mikrobioty jelitowej wykazuje korzystny wpływ przeszczepienia mikrobioty pochodzącej od szczupłego na otyłego objawiający się poprawą tolerancji insuliny u otyłego C. 
Skala efektów takiej transplantacji z człowieka na człowieka jest trudniejsza do oceny, niż widoczne to jest w eksperymencie na zwierzętach i wymaga dalszych precyzyjnych badań. Wiemy już jednak, że specyficzne składowe mikrobioty, takie jak np. Akkermansia muciniphila, są odwrotnie skorelowane z otyłością i opornością na insulinę i u zwierząt, i u ludzi [33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40].

Ryc. 5. Wpływ różnego rodzaju mikrobioty na rozwój myszy w kontekście niedożywienia mikrobioty i możliwości przywrócenia prawidłowego rozwoju poprzez modyfikację mikrobioty [28]
Ryc. 6. Zachowanie się mikrobioty w przekarmieniu (otyłości) [28]

Mikrobiota a starość

U osób w zaawansowanym wieku małe zróżnicowanie diety prowadzi do spadku zróżnicowania jakościowego i spadku ilościowego mikrobioty jelitowej, co koreluje z wzrostem nasilenia stanu zapalnego (wzrost CRP, IL–6, TNF-alfa) oraz łamliwości kości. Dlatego też restrykcyjne i monotonne diety, nawet wystarczające, jeśli chodzi o pokrycie kaloryczne i niezbędne składniki pokarmowe, stosowane u osób w zaawansowanym wieku, zwłaszcza przebywających w zakładach opieki zbiorowej, związane są ze zmniejszeniem zarówno różnorodności, 
jak i liczebności mikrobioty, a co ważniejsze z utratą podstawowych funkcji mikrobioty i pojawieniem się patobiontów, w szczególności takich jak Clostridium difficile [41, 42, 43]. 

Ryc. 7. Schematycznie zaznaczony wpływ spadku zróżnicowania diety na zróżnicowanie mikrobioty, nasilanie się miejscowego i ogólnego stanu zapalnego i narastanie skłonności do łamliwości kości [28]

Koncepcja diety funkcjonalnej

Wydaje się, że wraz z rozwojem naszej wiedzy o mikrobiocie jelitowej i wpływie żywienia na jej skład coraz bliżej jesteśmy realizacji koncepcji tzw. diety funkcjonalnej, czyli diety wspierającej rozwój korzystnej dla zdrowia mikrobioty jelitowej. Można powiedzieć, że programowane dietą pożądane metabolity mogą wpłynąć korzystnie np. na oś jelitowo-wątrobową (zmniejszenie ryzyka NAFLD – niealkoholowego stłuszczenia wątroby), oś jelitowo-mózgową (np. korzystny wpływ na nastrój probiotyku Bifidobacterium longum NCC3001 zastosowanego w IBS...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Forum Pediatrii Praktycznej"
  • Nielimitowany dostęp do całego archiwum czasopisma
  • Dodatkowe artykuły niepublikowane w formie papierowej
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy

    Piotr Albrecht

    prof. dr hab. n. med.; specjalista z pediatrii, gastroenterologii i gastroenterologii dziecięcej. Klinika Gastroenterologii i Żywienia Dzieci WUM.

    Autor ponad 197 publikacji, IF >55; liczba cytowań z bazy Scopus – 391 bez autocytowań; h index = 10. Ponad 16 tysięcy endoskopii górnego i dolnego odcinka przewodu pokarmowego z polipektomiami, rozszerzaniem przełyku i usuwaniem różnorodnych ciał obcych z żołądka i przełyku. Popularyzator nauki i wiedzy: redaktor naukowy podręcznika: Gastroenterologia Dziecięca – Przewodnik lekarza praktyka – Czelej 2014 oraz tłumaczenia z języka niemieckiego podręcznika: S. Illing, S. Spranger, „Pediatria – Poradnik kliniczny”. Urban&Partner, Wrocław 2001; 16 lat współpracy z miesięcznikiem „Dziecko” – konsultacje, własna dwustronicowa rubryka odpowiedzi na pytania rodziców; autor rozdziału: „Pierwsza pomoc”, w wydawnictwie pt. Rower, Pascal, 2004; autor książek: Albrecht P, Niecikowska O. „Rodzice pytają, pediatra odpowiada”. Prószyński i S-ka, 2000, Warszawa; Szajewska H, Albrecht P. „Jak żywić niemowlęta i małe dzieci”. PZWL – ostatnie wydanie 2009. Redaktor naczelny czasopisma „Pediatria Współczesna – Gastroenterologia, Hepatologia i Żywienie Dziecka”, redaktor prowadzący „Forum Pediatrii Praktycznej”. Członek Zarządu Głównego PTP, konsultant wojewódzki – gastroenterologia dziecięca. Zainteresowania: narciarstwo, kajakarstwo, muzyka, ogrodnictwo, majsterkowanie.