Как микробиота кишечника человека формируется под влиянием рациона питанияКак микробиота кишечника человека формируется под влиянием рациона питания
Микробиота кишечника человека насчитывает около 100 триллионов микроорганизмов, включая бактерий, вирусов, дрожжей и паразитов.
При рождении кишечник человека в основном стерилен и колонизируется микробиомом матери. Тип родов, кесарево или вагинальные, играет важную роль в становлении микробиома новорожденного. Микробиота здорового кишечника состоит в основном из представителей фил Firmicutes и Bacteroidetes, а род Bifidobacterium является наиболее многочисленным среди актинобактерий. Микроорганизмы также колонизируют другие органы желудочно-кишечного тракта, состав которых отличается от микробиоты кишечника.
Микробиота кишечника является одним из ключевых компонентов кишечной экосистемы, которая способствует защите кишечного барьера, усвоению питательных веществ и лекарственных препаратов, регуляции метаболизма человека, формированию и созреванию иммунной системы. Альфа-разнообразие микробиоты кишечника является надежным маркером здоровья микробиома. Увеличение разнообразия и стабильности наблюдается в течение первых лет жизни, что свидетельствует о созревании микробиоты.
Несколько факторов, таких как генетика, возраст, окружающая среда, питание и образ жизни, могут влиять на микробиоту кишечника. Поскольку диетические привычки различаются в зависимости от географических факторов, различия наблюдаются и в микробиоте разных популяций. Изменения на основе рациона питания наблюдаются независимо от возраста человека. Хотя различные диеты могут влиять на профили микробиоты, несбалансированное питание в течение определенного времени, наряду с нездоровым образом жизни, также может повлиять на микробиоту. Люди с ожирением и избыточным весом, как сообщается, демонстрируют более низкое разнообразие микробиома кишечника.
У людей с различным индексом массы тела (ИМТ) наблюдаются различные микробиомы кишечника, при этом метаболический дисбаланс ассоциируется с менее здоровым микробиомом. У детей с избыточным весом или нормальным ИМТ наблюдается большее разнообразие микробиома, чем у детей с недостаточным весом. Akkermansia muciniphila, которая была обнаружена в слизистом слое кишечника, по имеющимся данным, является полезным организмом для модуляции базового метаболизма у грызунов и людей. Снижение количества Akkermansia вследствие ожирения может привести к нарушению барьера кишечника и усилению воспалительной реакции кишечника. Здоровое питание, ведущее к улучшению микробиоты кишечника, может быть полезно не только при метаболических нарушениях, но и при воспалительных заболеваниях. Поэтому каждое питательное вещество и диетический подход оказывают специфическое воздействие на микробиоту кишечника.
Новое исследование, опубликованное в журнале Best Practice & Research Clinical Gastroenterology, было направлено на обобщение влияния конкретных питательных веществ и диет на микробиоту кишечника, а также на перспективы использования диеты в качестве терапевтического модулятора микробиома. Ниже кратко описывается влияние питательных веществ на микробиоту кишечника.
Углеводы
Диетические углеводы бывают двух типов: пищевые волокна (устойчивые углеводы) и легкоусвояемые углеводы. К легкоусвояемым углеводам относятся полисахариды, моносахариды и дисахариды, которые быстро расщепляются в тонком кишечнике и высвобождаются в виде глюкозы в кровоток. Их растущее использование в современном западном питании усилило обеспокоенность по поводу их связи с возникновением неинфекционных заболеваний. Кроме того, сообщалось, что кратковременное воздействие диеты с высоким содержанием сахара на мышей повышает восприимчивость к колиту за счет снижения выработки короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) и повышения проницаемости кишечника.
В то же время, для здоровья кишечника необходимы пищевые волокна. Волокна состоят из некрахмальных полисахаридов, неперевариваемых олигосахаридов, устойчивого крахмала и лигнина. Они дают моносахариды и КЦЖК в результате сахаролитической ферментации бактериями толстого кишечника. Тип и количество КЦЖК зависят от количества потребляемых пищевых волокон и состава микробиоты кишечника.
Сообщается, что неперевариваемые сложные углеводы и родственные им углеводы, доступные для микробиоты (MACs), приводят к распространению более широкого спектра видов микроорганизмов со специфическими свойствами и выделению специфических метаболитов. Они становятся доступными в качестве пребиотиков для микробиоты кишечника, чтобы метаболизироваться в КЦЖК и способствовать росту Lactobacillus и F. prausnitzii. Такие эффекты, в свою очередь, могут привести к повышению чувствительности к инсулину, улучшению барьерной функции кишечника и улучшению липидного профиля. В ряде исследований сообщалось, что потребление MACs, таких как инулин, может привести к улучшению когнитивных функций и снижению роста условно-патогенного возбудителя диареи Clostridium difficile.
Белки
Белки перевариваются основными микроорганизмами в дистальном отделе толстой кишки. Протеолитическая ферментация приводит к образованию КЦЖК в меньшем количестве, чем при сахаролитической ферментации, жирных кислот с разветвленной цепью и потенциально токсичных субстратов. Производство таких метаболитов и баланс популяций микробиоты кишечника зависит от количества и качества пищевых белков, перевариваемых микробиотой кишечника. Диеты, богатые животными белками, могут увеличить количество анаэробных бактерий, устойчивых к желчи, что еще больше повышает уровень ТМАО - соединения, ассоциированного с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Кроме того, потребление большого количества белков животного происхождения, как это происходит в традиционной западной диете, может увеличить рост сульфатредуцирующих бактерий, которые усиливают воспаление кишечника за счет производства сероводорода.
Напротив, потребление растительных белков может увеличить численность полезных бактерий, таких как Lactobacillus и Bifidobacterium, и уменьшить численность Clostridium perfringens и Bacteroides fragilis. Более того, сообщается, что употребление бобовых приводит к положительным изменениям микрофлоры кишечника у грызунов и людей. Поэтому диета, богатая растительными белками, может стать отличной альтернативной диетой для снижения воспаления кишечника. Кроме того, она включает в себя ряд биоактивных соединений и устойчивых крахмалов, которые могут благоприятно влиять на гомеостаз микробиома кишечника.
Жиры
Количество и насыщенность жиров в рационе питания может влиять на микробиоту кишечника и метаболическое здоровье. Рацион с высоким содержанием жиров может привести к дисбиозу, который в дальнейшем может привести к повышению проницаемости кишечника, повышению инсулинорезистентности и воспалению жировой ткани. Такой дисбиоз можно обратить вспять, если придерживаться сбалансированной диеты. Кроме того, высокожировые диеты, содержащие молочный жир с высокой концентрацией сульфидов, могут усилить воспаление кишечника и вызвать повреждение слизистого слоя.
Сообщалось, что мононенасыщенные жирные кислоты увеличивают разнообразие микробиоты кишечника и оказывают положительное воздействие на здоровье. Среднецепочечные жирные кислоты также способствуют улучшению когнитивных и метаболических функций. Среднецепочечные триглицериды улучшают микробное равновесие в кишечнике и целостность кишечного барьера. Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) также называют "незаменимыми жирными кислотами", поскольку они должны поступать с пищей и не могут быть синтезированы организмом. Высокое потребление ПНЖК омега-6 и насыщенных жиров, а также снижение потребления ПНЖК омега-3, по имеющимся данным, приводит к изменению барьера кишечника и метаболическим нарушениям.
Пищевые добавки
Пищевые добавки, такие как эмульгаторы и искусственные подсластители, присутствуют во многих (ультра-) переработанных продуктах питания. Они используются для улучшения текстуры, продления срока хранения и придания стабильности. Однако употребление подсластителей может привести к непереносимости глюкозы и нарушению чувствительности к инсулину. Потребление натурального подсластителя гликозида стевии не было связано со значительными изменениями в микрофлоре кишечника, однако в нескольких исследованиях сообщалось о вредном воздействии.
Некоторые пищевые эмульгаторы, такие как полисорбат 80 и карбоксиметилцеллюлоза, изменяют состав и локализацию микробиоты кишечника, способствуют развитию воспаления кишечника и системного воспаления, а также увеличивают транслокацию бактерий. Было замечено, что потребление эмульгаторов снижает микробное разнообразие кишечника и влияет на состав микробиоты кишечника. Однако требуются дальнейшие исследования характера, частоты, количества, диетических компонентов, а также синергии между пищевыми добавками в отношении возникновения заболеваний.
Влияние различных диетических подходов на микробиоту кишечника
Западная диета
Западная диета (ЗД) предполагает регулярное потребление большого количества рафинированных сахаров, животных белков, насыщенных жиров и переработанных продуктов. Длительное применение ЗД может привести к ожирению и метаболическим нарушениям. В различных исследованиях сообщалось о снижении разнообразия и композиционных изменений микробиоты кишечника при длительном воздействии ЗД. Было замечено, что ЗД снижает уровень полезных бактерий и увеличивает численность бактерий, вызывающих дисбактериоз и заболевания. Такие композиционные изменения могут привести к увеличению липополисахаридов, нарушению целостности кишечного барьера, ТМАО и других воспалительных молекул, что может привести к тяжелым сердечно-сосудистым и метаболическим последствиям.
Средиземноморская диета (СД)
В основе СД лежит регулярное употребление клетчатки, орехов и оливкового масла. Соблюдение СД может увеличить количество полезных бактерий и улучшить разнообразие и богатство микробиоты кишечника. Было замечено, что СД индуцирует микробный профиль, который производит больше КЦЖК и может помочь предотвратить развитие заболеваний и способствовать метаболическому здоровью хозяина. Более того, СД может также восстанавливать некоторые виды микробиоты и восстанавливать микробный дисбиоз у пожилых людей и людей с метаболическим синдромом.
Веганская/вегетарианская диета
Вегетарианская диета подразумевает отказ от всех видов морепродуктов и мяса. Веганская диета - это подвид вегетарианской диеты, исключающий все продукты животного происхождения. Замена продуктов животного происхождения продуктами растительного происхождения может увеличить потребление нерастворимой клетчатки и резистентного крахмала. Было замечено, что веганская и вегетарианская диеты увеличивают количество Faecalibacterium prausnitzii, Klebsiella pneumoniae, Clostridium clostridioforme и Bacteroides thetaiotaomicron. Однако лишь в нескольких исследованиях сообщалось, что эти диеты снижают уровень потенциально вредных метаболитов. На уровне отдельных семей не было отмечено значительных изменений микробного состава кишечника в результате кратковременного употребления вегетарианской диеты. Также было отмечено, что вегетарианская диета снижает выработку пропионовой кислоты. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять пользу и риск веганской и вегетарианской диет для здоровья кишечника.
Безглютеновая диета (БГД)
БГД помогает восстановить нормальную слизистую оболочку кишечника у пациентов с целиакией и у лиц с нецелиакической чувствительностью к глютену. БГД наряду с пре- и пробиотиками может помочь в восстановлении толерантности к глютену. Тем не менее, при длительном применении БГД у здоровых людей может возникнуть дисбактериоз. По сравнению с высокоглютеновой диетой, низкоглютеновая диета, как было отмечено, уменьшает воспалительную реакцию, устраняет метеоризм, а также снижает постпрандиальный и постпрандиальный выброс водорода.
Диета с низким содержанием FODMAP
Диета, исключающая продукты, содержащие все ферментируемые олигосахариды, дисахариды, моносахариды и полиолы (FODMAPs), в последнее время приобрела популярность для лечения пациентов с синдромом раздраженного кишечника и воспалительными заболеваниями кишечника. Кишечные бактерии вызывают ферментацию FODMAPs, что приводит к образованию газов и повышенному выделению жидкости в просвете кишечника. Было показано, что диета с низким содержанием FODMAP уменьшает многие желудочно-кишечные симптомы, такие как метеоризм, спазмы, боли в животе, запоры или диарея. Однако такие диеты могут негативно влиять на микробиоту кишечника в долгосрочной перспективе. Несколько исследований показывают, что диета с низким содержанием FODMAP может изменить состав микробиоты кишечника. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, являются ли такие изменения вредными и сохраняются ли они в течение длительного периода времени.
Кетогенная диета (КД)
КД - это высокобелковая, высокожировая и низкоуглеводная диета. В клинических условиях КД рекомендуется пациентам с синдромом дефицита GLUT1 и лекарственно-устойчивой эпилепсией. КД также может использоваться для быстрого снижения веса у пациентов с ожирением. Однако, исследования показали, что КД может привести к воспалению кишечника и снижению численности полезных бактерий. Необходимы дальнейшие исследования для оценки роли изменений микробиоты кишечника при КД у здоровых людей.
Рацион питания является одним из наиболее важных факторов, влияющих на микробиоту кишечника и здоровье человека. Последние исследования фокусируются на необходимости разработки персонализированных пищевых подходов как предиктора успеха потери веса у пациентов, соблюдающих диету с ограничением калорийности. Многие такие диеты могут оказывать благоприятное воздействие на микробиоту кишечника и приводить к улучшению общего состояния здоровья человека. Новые исследования должны проанализировать потенциальную роль доступных для микробиоты углеводов (MACs) как модуляторов микробиоты кишечника. Сочетание специальных диет с другими подходами к микробиоте кишечника, такими как трансплантация фекальной микробиоты, также может стать перспективным направлением исследований.
