Mikrobiota jelitowa jako nieoczywista droga do zdrowia metabolicznego

Wyniki obserwacji poczynione w ciągu ostatnich dwudziestu latach sugerują, że mikrobiota jelitowa może kształtować nasze zdrowie metaboliczne i prawdopodobnie stanowi ważny czynnik przyczyniający się do rozwoju otyłości, cukrzycy typu 2, niealkoholowego stłuszczenia wątroby, czy zespołu metabolicznego.

Nie powinno nas to dziwić, gdyż tzw. zachodni styl życia bardzo niekorzystnie wpływa na skład i funkcje mikrobioty jelitowej, co z kolei silnie zmienia relację między drobnoustrojami bytującymi w naszym jelicie a organizmem człowieka. Może to skutkować m. in. przewlekłym stanem zapalnym o niskim nasileniu, który może być zarzewiem wielu zaburzeń metabolicznych.

Co to jest zespół metaboliczny i jak często występuje?

Zespół metaboliczny jest grupą wzajemnie powiązanych ze sobą czynników, które sumarycznie kilkukrotnie zwiększają ryzyko rozwoju chorób sercowo-naczyniowych oraz cukrzycy typu 2.

Zespół metaboliczny charakteryzuje się szeregiem zaburzeń metabolicznych jak nieprawidłowa tolerancja glukozy, czy zaburzenia w obrębie parametrów lipidowych. Ponadto znamienne dla zespołu metabolicznego jest występowanie nadmiaru wisceralnej tkanki tłuszczowej i otyłości brzusznej. Warto też podkreślić, że zespół metaboliczny jest silnie skorelowany z nieprawidłowym stylem życia.

Więcej o wisceralnej tkanki tłuszczowej przeczytasz tutaj => https://kogen.pl/otylosc-choroba-o-wielu-twarzach/

W 2014 r. częstość zespołu metabolicznego w Polsce wynosiła 33% u kobiet i 39% u mężczyzn. A najczęstszym elementem składowym zespołu metabolicznego u kobiet była otyłość brzuszna (65%), natomiast u mężczyzn wysokie ciśnienie tętnicze (62%). W 2022 roku została opublikowana nowa definicja i postępowanie w zespole metabolicznym. Aktualne kryteria rozpoznania zespołu zostały przedstawione na grafice poniżej.

Źródło grafiki: Dobrowolski P. i wsp. Zespół metaboliczny — nowa definicja i postępowanie w praktyce. Nadciśnienie Tętnicze w Praktyce 2022, 8, 2: 1–26.

Mikrobiota jelitowa jako wielofunkcyjny narząd

Jelita oprócz trawienia i wchłaniania, są jednym z największych skupisk komórek układu odpornościowego i nerwowego w naszym organizmie. Ponadto w jelitach znajdują się tryliony mikroorganizmów (mikrobiota jelitowa), które w istotny sposób wpływają na nasz stan zdrowia. Warto dodać że mikrobiota jelitowa to nie tylko bakterie, ale cały szereg innych mikroorganizmów jak pierwotniaki, archeony, grzyby, czy wirusy.

Mikrobiota jelitowa jest czasami porównywana do “narządu” o którym zapomniała współczesna medycyna. Nie powinno nas to dziwić, ponieważ liczne funkcje jakie spełnia nasza mikrobiota jest naprawdę zadziwiająca. Badania wyraźnie wskazują, że mikrobiota jelitowa podobnie jak każdy inny narząd jest w stanie odbierać informacje ze środowiska jak zmiana pH, obecność składników odżywczych, czy stężanie hormonów i na nie reagować. Istnieje kilka narządów, bez których możemy żyć, w tym śledziona, woreczek żółciowy, wyrostek robaczkowy, ale nie przetrwalibyśmy długo bez naszych drobnoustrojów jelitowych.

Co ciekawe, nie ma dwóch takich samych mikrobiot jelitowych, gdyż mikrobioa każdego z nas odzwierciedla naszą indywidulaną ekspozycję na czynniki środowiskowe – to jak jemy, ile się ruszamy i śpimy.

Czy istnieje związek między mikrobiotą jelitową a zaburzeniami metabolicznymi?

Jedne z pierwszych dowodów na udział mikrobioty jelitowej w regulacji metabolizmu zostały opublikowany około 20 lat temu. Wykazano wtedy m. in. że metabolizm niektórych drobnoustrojów jelitowych może ułatwiać pozyskiwanie energii z żywności, zwiększać odkładanie się tłuszczu w tkance tłuszczowej oraz zaostrzać procesy zapalne wątroby.

Pierwsze badania wskazujące na związek mikrobioty jelitowej z otyłością zostały przeprowadzone na myszach. Myszy wolne od zarazków (czyli takie które nie posiadają mikrobioty jelitowej), którym przeszczepiono mikrobiotę pochodzącą od otyłych lub szczupłych ludzkich bliźniąt przejmowały cechy metaboliczne dawców. Zauważono także, że myszy otyłe w porównaniu ze szczupłymi mają zaburzone proporcje pomiędzy bakteriami z grupy Firmicutes (mają ich za dużo) i Bacteroides (mają ich za mało). Późniejsze badania epidemiologiczne wykazały podobne różnice w składzie mikrobioty jelitowej u ludzi.

Ponadto zaobserwowano, że występowanie przewlekłych zaburzeń metabolicznych wiąże się ze spadkiem różnorodności mikrobioty jelitowej. Zarówno u osób szczupłych, jak i osób z otyłością niska różnorodność mikrobioty (mierzona za pomocą metod genetycznych) wiąże się ze względnym wzrostem ryzyka otyłości, insulinooporności, stanu zapalnego i zaburzeń profilu lipidowego w porównaniu z osobami z dużą różnorodnością mikrobioty jelitowej.

W jaki sposób mikrobiota jelitowa może wpływać na nasz metabolizm?

Powyższe eksperymenty dostarczyły dowodów, że mikrobiota ma zdolność do regulowania pozyskiwania energii z diety, jak również do jej magazynowania. A jakie dokładnie mechanizmy za tym stoją?

Po pierwsze mikrobiota jelitowa wpływa na sekrecję wielu hormonów jelitowych m. in. na glukagonopodobnego peptydu-1 (GLP-1) i peptyd YY, przez co może regulować ośrodek głodu i sytości. GLP-1 jest hormonem wytwarzanym w jelicie podczas posiłku, stymuluje on wydzielanie insuliny przez trzustkę, a także poprawia na nią wrażliwość tkanej. GLP-1 jest naszym sprzymierzeńcem jeśli chodzi o metabolizm, gdyż informuje nasz układ nerwowy poprzez nerw błędny że jesteśmy syci. U osób z otyłością stężenie tego hormonu może być zbyt niskie i z tego powodu wywoływać brak uczucia sytości. Produkty fermentacji takie jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), które wytwarza mikrobiota jelitowa np. z błonnika rozpuszczalnego może wpływać na zwiększone wydzielanie GLP-1.

Kolejny mechanizm w jakim mikrobiota jelitowa wpływa na nasz metabolizm wynika z zaburzenia funkcji bariery jelitowej, której przepuszczalność może zwiększać się np. pod wpływem spożywani wysokotłuszczowej, przetworzonej żywności. W następstwie fragmenty ścian bakterii (endotoksyny) takie jak lipopolisacharydy (LPS) przenikają do krwioobiegu. Nazywa się to endotoksykemią metaboliczną, która może indukować stan zapalny o niskim nasileniu i insulinooporność.

Inny interesujący mechanizm to możliwość wytwarzania przez mikrobiotę jelitową dodatkowych kilokalorii energii. Oszacowano że 4−10% energii uzyskanej z pożywienia jest generowane przez mikrobiotę, co daje około 80−200 kcal/dobę! Oczywiście nie oznacza to od razu, że mikrobiota jelitowa jest jedynym winowajcą tego że tyjemy „z powietrza”, a raczej pokazuje jak jest ona mocno zintegrowana metaboliczne z naszym organizmem.

Jak modyfikować mikrobiotę jelitową aby poprawić zdrowie metaboliczne?

Homeostaza mikrobiologiczna jelita zależy m. in. od naszych genów, liczby wypróżnień, aktywności fizycznej, snu, używek i przyjmowanych leków. Jednak jednym z czynników, który najsilniej wpływa na skład i funkcje mikrobioty jelitowej, przez co może wpływać na poprawę naszego metabolizmu, jest żywność.

Tak naprawdę każdy składnik pokarmowy, który spożywamy będzie miał bezpośredni wpływ na mikrobiotę jelitową i jej metabolizm. Błonnik pokarmowy zawarty w takich produktach jak owoce i warzywa może być rozkładany i fermentowany jedynie przez enzymy produkowane przez mikrobiotę. W wyniku fermentacji polisacharydów uwalniany jest szereg związków m. in. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), które stymulują ochronną warstwę śluzu jelita i wzmacniają barierę jelitową. Oprócz tego obniżają pH w jelicie, co z kolei może wpływać na ograniczenie rozwoju niektórych szkodliwych bakterii takich jak Clostridium difficile.

SCFA mają także bardzo szeroki wpływ na zdrowie metaboliczne. Mogą się wiązać się z receptorami sprzężonymi z białkiem G, które ulegają ekspresji na enteroendokrynowych komórkach L i następnie powodują wydzielanie wcześniej wspomnianego GLP-1. Następstwem czego jest zwiększony wydatek energetyczny, zwiększone uczucie sytości i zmniejszone spożycia pokarmu, a także poprawa gospodarki glukozowo-insulinowej.

Żywność, która wspiera produkcję SCFA to błonnik rozpuszczalny np. inulina, skrobia oporna, pektyny, czy fruktooligosacharydy. Substancje te są nazywane prebiotykami, ponieważ odżywiają i stymulują do wzrostu naszą pożyteczną mikrobiotę jelitową korzystnie wpływając na zdrowie. Wiele pokarmów naturalnie zawiera substancje prebiotyczne i są to np. czosnek, cebula, por, szparagi, topinambur, zielone liście mniszka lekarskiego, banany i wodorosty. Ogólnie rzecz biorąc, owoce, warzywa (szczególnie strączkowe) i produkty pełnoziarniste, takie jak pszenica, owies i jęczmień są dobrym źródłem substancji prebiotycznych.

Wykazano, że wysoka podaż w diecie prebiotyków powoduje zmianę mikrobioty jelitowej związaną ze zwiększonym SCFA, wspiera utratę masy ciała i poprawia profil cytokin.

Z kolei dieta bogata w tłuszcze nasycone i białka zwierzęce, siedzący tryb życia, palenie, spożywanie alkoholu i stosunkowo rzadkie wypróżnianie wpływa niekorzystnie na funkcje metaboliczne mikrobioty jelitowej m. in. poprzez  zmniejszoną produkcji SCFA i hormonów jelitowych (np. GLP-1).

Na rysunku poniżej zostały przedstawione złożone zależności pomiędzy poszczególnymi składnikami żywności, metabolitami mikrobioty jelitowej oraz ich efektami zdrowotnymi.

Źródło grafiki: Fan Y. i Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nat Rev Microbiol. 2021 Jan;19(1):55-71.

Warto dodać, że w celu modyfikacji składu mikrobioty jelitowej stosuje się również probiotyki, synbiotyki, postbiotyki oraz przeszczepienie mikrobioty przewodu pokarmowego.

Dieta śródziemnomorska jako sprzymierzeniec mikrobioty jelitowej

Badania wykazały, że prawidłowej mikrobiocie jelitowej sprzyjają diety przeciwzapalne takie jak dieta śródziemnomorska. Ten rodzaj diety charakteryzuje się wysokim spożyciem produktów bogatych w substancje prebiotyczne, polifenole, witaminy i składniki mineralne oraz zdrowe tłuszcze jak jednonienasycone i wielonasycone kwasy tłuszczowe omega 3 o działaniu przeciwzapalnym.

Więcej o diecie śródziemnomorskiej przeczytasz tutaj => https://kogen.pl/zdrowie-psychiczne-a-styl-zycia-czy-istnieje-zwiazek/

W jednym z randomizowanych badań osoby z otyłością brzuszną lub nieprawidłowym profilem lipidowym zostały losowo przydzielone do grup z różnymi zaleceniami żywieniowymi. Pierwsza grupa miała przestrzegać zaleceń dotyczących ogólnie zdrowej diety, druga diety śródziemnomorskiej, a trzecia tzw. zielonej diety śródziemnomorskiej o zwiększonej zawartości polifenoli m. in. w formie 3-4 filiżanek zielonej herbaty dziennie. Każda z diet miała taką samą kaloryczność.

Po 6 miesiącach (faza odchudzania) uczestnicy badania dostarczyli próbkę kału z której przygotowano kapsułki do autoprzeszczepu mikrobioty jelitowej. Następnie uczestnicy zostali losowo przydzieleni do grup, które otrzymały kapsułki zawierających ich własną mikrobiotę jelitową lub placebo do 14 miesiąca eksperymentu (faza regeneracji).

Jednym z ważniejszych wyników uzyskanym w trakcie tego eksperymentu jest to, że zielona dieta śródziemnomorska była jedyną interwencją, która wywołała znaczącą zmianę składu mikrobioty jelitowej podczas fazy odchudzania. Zaobserwowano także, że autoprzeszczep mikrobioty jelitowej pobrany podczas fazy odchudzania i podawany w fazie regeneracji, może pomóc utrzymać zredukowaną masę ciała.

Polifenole a zdrowie metaboliczne

Polifenole to substancje przeciwutleniacze, które działają jak pożywka dla mikrobioty jelitowej. Warto pamiętać, że według najnowszych badań polifenole są klasyfikowane jako prebiotyki, a mikrobiota jelitowa może je przekształcać w inne bioaktywne metabolity o korzystnym wpływie na organizm człowieka oraz zwiększać ich biodostępność. Produkty, które zawieją dużo polifenole to orzechy, jagody, oliwa z oliwek, warzywa kapustne, kawa i herbata – zwłaszcza ta zielona.

W wielu badaniach wykazano skuteczność zwiększonej podaży polifenoli w poprawie parametrów metabolicznych m. in. w zespole metabolicznym. W badaniach z udziałem ponad 8000 dorosłych Polaków wykazano, że osoby spożywające większe ilości polifenoli miały mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia zespołu metabolicznego. Oprócz tego całkowite spożycie polifenoli było negatywnie skorelowane z obwodem pasa, ciśnieniem tętniczym krwi i stężeniem trójglicerydów u kobiet oraz stężeniem glukozy na czczo u obu płci.

Z kolei w innych badaniach również z udziałem Polaków udokumentowano, że wysokie spożycie kawy (2 lub więcej 150 ml filiżanek kawy dziennie) korzystnie wpływało na składowe zespołu metabolicznego. Osoby spożywające więcej kawy miały niższy wskaźnik masy ciała, obwód pasa, ciśnienie tętnicze, stężanie trójglicerydów oraz wyższe stężenie cholesterolu HDL, niż osoby spożywające mniej niż 1 filiżankę kawy dziennie.

Polifenole z lichi w walce z zaburzeniami metabolicznymi

Wśród polifenoli w kontekście poprawy zdrowia metabolicznego największym zainteresowaniem cieszą się flawonoidy, a szczególnie katechiny i flawanole obecne w kakao i zielonej herbacie. Przeciwzapalne i przeciwutleniające działanie flawanoli poprzez suplementację wykazano w kilku badaniach, a jednym z nich jest bogaty w flawanole ekstrakt z owoców liczi FRLFE (ang. Flavanol-Rich Lychee Fruit Extract), który został wspomniany w międzynarodowych wytycznych lipidologicznych przygotowanych przez International Lipid Expert Panel (ILEP) w 2021 roku.

Flawanole mają potencjał we wspieraniu leczenia zaburzeń metabolicznych m. in. w  niealkoholowej stłuszczeniowej chorobie wątroby (NAFLD). W randomizowanym badaniu z kontrolą placebo wykazano że zastosowanie preparatu łączącego FRLFE oraz niskocząsteczkowe katechiny z zielonej herbaty był w stanie poprawić parametry stłuszczenia wątroby, czego nie zaobserwowano w grupie placebo. Oprócz tego w grupie przyjmującej flawanole nastąpił znaczny spadek takich parametrów jak glukoza na czczo, biochemiczne parametry wątrobowe i wskaźnik masy ciała.  

Zaobserwowano również że przyjmowanie połączenia FRLFE oraz niskocząsteczkowych katechin z zielonej herbaty wpływało na mikrobiotę jelitową poprzez zmniejszenie liczebności bakterii potencjalnie chorobotwórczych i zwiększenie liczebności bakterii wytwarzających SCFA takich jak Akkermansia i Faecalibacterium. Co może wskazywać że jednym z mechanizmów poprawy parametrów metabolicznych jest modulacja mikrobioty jelitowej.

Jak poprawić zdrowie metaboliczne poprzez mikrobiotę jelitową?

• Zrezygnuj ze spożycia produktów przetworzonych tj. chipsów, napojów gazowanych, gotowych wyrobów cukierniczych, jedzenia typu fast-food
• Zrezygnuj z używek jak palenie i alkohol
• Wzbogać swoją dietę  w substancje prebiotyczne zawarte m. in. w warzywach, kawie, herbacie, orzechach
• Spożywaj naturalne tłuszcze bogate w jedno- i wielonasycone kwasy tłuszczowe jak oliwa z oliwek, czy olej lniany
• Spożywaj jak najwięcej polifenole wraz z żywnością lub rozważ ich suplementację
• Ruszaj się jak najwięcej
• Dbaj o odpowiednią jakość i ilość snu – dla osób dorosłych jest to 7-9h

W zamian Twoja mikrobiota jelitowa odwdzięczy Ci się zwiększonym uczuciem sytości, poprawą profilu lipidowego i glukozowego, a być może nawet „pozwoli” na szybsze zredukowanie zbędnych kilogramów.

Piśmiennictwo

1. Dobrowolski P. i wsp. Zespół metaboliczny — nowa definicja i postępowanie w praktyce. Nadciśnienie Tętnicze w Praktyce 2022, 8, 2: 1–26.
2. Bäckhed, F. i wsp. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2004, 101, 15718–15723.
3. Turnbaugh, P. J. et al. An obesity- associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature 2006, 444, 1027–1031.
4. Munckhof I.C.L. i wsp.  Role of Gut Microbiota in Chronic Low-Grade Inflammation as Potential Driver for Atherosclerotic Cardiovascular Disease: A Systematic Review of Human Studies. Obes Rev. 2018 Dec;19(12):1719-1734.
5. Devaraj S. i wsp. The Human Gut Microbiome and Body Metabolism: Implications for Obesity and Diabetes. Clin Chem. 2013 Apr;59(4):617-28.
6. Ostrowska L. Wpływ mikrobioty jelitowej na zaburzenia metaboliczne i otyłość — punkt widzenia internisty i dietetyka. Gastroenterologia Kliniczna 2016, 8, 2, 62–73.
7. Le Chatelier, E. i wsp. Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers. Nature 2013, 500, 541–546.
8. Kjølbæk, L. i wsp. Arabinoxylan oligosaccharides and polyunsaturated fatty acid effects on gut microbiota and metabolic markers in overweight individuals with signs of metabolic syndrome: a randomized cross- over trial. Clin. Nutr. 39, 67–79 (2019)
9. Roager, H. M. et al. Whole grain- rich diet reduces body weight and systemic low- grade inflammation without inducing major changes of the gut microbiome: a randomised cross- over trial. Gut 2019, 68, 83–93.
10. De Filippis F. i wsp. High-level adherence to a mediterranean diet beneficially impacts the gut microbiota and associated metabolome. Gut2016;65:1812–21.
11. Rinott E. i wsp. Effects of Diet-Modulated Autologous Fecal Microbiota Transplantation on Weight Regain. Gastroenterology. 2021 Jan;160(1):158-173.e10.
12. Amiot M.J. i wsp. Effects of dietary polyphenols on metabolic syndrome features in humans: a systematic review, Obes Rev. 17(7), 2016, 573–586.
13. Grosso G. i wsp. Dietary polyphenols are inversely associated with metabolic syndrome in Polish adults of the HAPIEE study, Eur J Nutr, 56(4), 2017, 1409–1420.
14. Grosso G. i wsp., Association of daily coffee and tea consumption and metabolic syndrome: results from the Polish arm of the HAPIEE study. Eur J Nutr, 2015, 54(7), 1129-37.
15. Ruscica M. i wsp. Impact of nutraceuticals on markers of systemic inflammation: Potential relevance to cardiovascular diseases – A position paper from the International Lipid Expert Panel (ILEP). Prog Cardiovasc Dis. 2021 Jul-Aug;67:40-52.
16. Moss J.W.E. i wsp. Nutraceuticals as therapeutic agents for atherosclerosis.Biochim  Biophys Acta Mol Basis Dis 2018;1864(5 Pt A):1562-1572.
17. Jinato T. i wsp. Litchi-Derived Polyphenol Alleviates Liver Steatosis and Gut Dysbiosis in Patients with Non-Alcoholic Fatty Liver Disease: A Randomized Double-Blinded, Placebo-Controlled Study. Nutrients. 2022 Jul; 14(14): 2921.
18. Fan Y. i Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nat Rev Microbiol. 2021 Jan;19(1):55-71.
19. Ridaura, V. K. i wsp. Gut microbiota from twins discordant for obesity modulate metabolism in mice. Science 2013, 341, 1241214.