W jaki sposób mikrobiota jelitowa może wpływać na metabolizm?

Mikrobiota jelitowa koduje znacznie większą liczbę genów niż organizm ludzki, co umożliwia podjęcie szerokiego zakresu funkcji metabolicznych, przewyższających zdolności samego organizmu. Szacuje się, że bakterie zasiedlające jelita mają uwarunkowanie do wygenerowania 10 tysięcy białek enzymatycznych, podczas gdy w metabolizmie organizmu bierze udział 2 tysięcy białek enzymatycznych gospodarza. W prawidłowych warunkach, za które przyjmujemy mikrobiotę osoby zdrowej i szczupłej, procesy przeprowadzane przez bakterie jelitowe sprzyjają utrzymywaniu prawidłowej masy ciała. Natomiast przy zmodyfikowanej mikrobiocie osoby otyłej procesy te ulegają przekształceniom, wskutek czego wspierane jest powstawanie metabolitów sprzyjających otyłości.

Przyswajanie składników odżywczych

Bakterie jelitowe wytwarzają niezbędne witaminy z grupy B (w tym kwas pantotenowy, kwas foliowy), witaminę K i syntetyzują aminokwasy. Występowanie drobnoustrojów polepsza przyswajalność składników mineralnych i elektrolitów – sodu, magnezu, potasu, wapnia. Mikroflora jelitowa powoduje więc lepsze wykorzystanie dostarczanych składników odżywczych. Ponadto, przeprowadza biotransformację żółci, co odgrywa istotną rolę w metabolizmie cholesterolu. 

Wytwarzanie metabolitów

Funkcja metaboliczna wiąże się z fermentacją niestrawionych resztek pokarmowych, takich jak: polisacharydy (skrobia oporna, celuloza, hemicelulozy, gumy, pektyny), poszczególne niestrawione oligosacharydy, niewchłonięte cukry proste, mucyny gospodarza. Tego typu składniki diety znajdziemy w diecie wysokobłonnikowej rekomendowanej przy otyłości. Fermentacja lub metabolizm tych składników przyczynia się do wzrostu drobnoustrojów, a także wytwarzania krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (ang. short-chain fatty acids – SCFA): maślanu, propionianu, octanu i gazów. Mikrobiologiczna fermentacja, głównie w postaci SCFA, może dostarczać około 4-10% energii ogólnie pozyskanej z pożywienia, co daje dodatkowe 80-200 kcal dziennie.

SCFA aktywując receptor wiążący białko G41 (ang. G protein-coupled receptor – GPR41), stymuluje uwalnianie peptydu YY, który prowadzi do zwiększonego uczucia sytości po posiłku oraz zahamowania odkładania się energii w tkance tłuszczowej. Podobną rolę pełnią wtórne kwasy żółciowe powstające z pierwszorzędowych kwasów żółciowych, które również mogą wpływać na wydzielanie peptydu YY. Dlatego też dieta ukierunkowana na redukcję masy ciała nie powinna ograniczać podaży tłuszczu. Zaleca się więc stosować dietę normotłuszczową. Bakterie produkują także szereg innych metabolitów. Jednym z bazowych składników może być tryptofan, którego pochodne metabolity mogą poprawiać insulinowrażliwość. Specyficzne gatunki bakterii przeprowadzają przeróżne procesy, które wpływają na utrzymanie prawidłowej masy ciała, zmniejszanie zapalenia i uzyskiwanie szybszego uczucia sytości.

Oprócz wytwarzania nowych substancji bakterie jelitowe mogą zmienić właściwości endogennych metabolitów. Przykładem takiego procesu może być metabolizm kwasów żółciowych, odpowiedzialnych za rozpuszczanie lipidów i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach, a także za aktywację szlaków sygnałowych przez receptory komórek. Aktywacja jednego z receptorów, znajdującego się w tkance tłuszczowej i jelicie cienkim może przeciwdziałać powstawaniu otyłości czy insulinooporności na zasadzie kierowania wzmożonym zużyciem energii w tych tkankach.

Wpływ na hormony łaknienia

Mechanizmy wiążące mikrobiotę z rozwojem nadwagi i otyłości odnoszą się także do wpływu na wydzielanie hormonów łaknienia, takich jak leptyna i grelina. Leptyna jest wydzielana z tkanki tłuszczowej proporcjonalnie do ilości tłuszczu w organizmie. Wśród osób otyłych zdarza się, że mają zaburzoną odpowiedź na ten hormon ze względu na stale wysoki poziom krążącej leptyny. Oznacza to, że po spożyciu posiłku nie dochodzi u nich do zmniejszenia apetytu. Za sprawą osi mózgowo-jelitowej mikrobiota może modulować podwzgórzową regulację bilansu energetycznego, wpływając na wrażliwość na leptynę.

Natomiast grelina jest odpowiedzialna za pobudzanie łaknienia, dlatego nazywa się ją hormonem głodu. Jej podwyższony poziom może być czynnikiem wpływającym na spożywanie nadmiernej ilości kalorii wraz z dietą. Poziomy greliny w surowicy są skorelowane z liczebnością niektórych bakterii jelitowych. Dodatkowo mikrobiota może wpływać na funkcję regulowania równowagi energetycznej pełnioną przez grelinę za sprawą komunikacji przez nerw błędny.

Modulowanie reakcji zapalnej

Występowaniu otyłości towarzyszy układowa reakcja zapalna, z czym łączy się uwalnianie  czynników zwiększających przepuszczalność jelita. Składniki dostające się w większym stężeniu do organizmu to SCFA (będące dodatkowym źródłem energii), lipopolisacharyd bakteryjny (substancja bardzo toksyczna znajdująca się w błonach śluzowych bakterii przewodu pokarmowego), cząstki bakteryjne i inne bakterie. Zmieniony mikrobiom oraz zjawisko zapalenia w obrębie blaszki jelitowej mogą być odpowiedzialne za część procesów, które są charakterystyczne dla samopoczucia osób otyłych.

Na modulowanie reakcji zapalnej mamy wpływ poprzez sposób żywienia. Miejscowy stan zapalny i wzrost przepuszczalności jelit mogą być wywołane przez stosowanie diety zachodniej. Dietę zachodnią charakteryzuje wysoka gęstość energetyczna, obecność dużej ilości tłuszczów nasyconych, cukrów prostych i soli. W diecie nastawionej na dobrą kompozycję sylwetki i zdrowie organizmu warto stosować zasady odmienne do diety zachodniej. Nie oznacza to, że już nigdy nie możemy zjeść fast fooda. Jednakże z uwagi na to, że tego typu potrawy będą stymulować proces zapalny, nie powinny mieć regularnego udziału w jadłospisie.

Czynniki warunkujące skład mikrobioty jelitowej

Mikrobiota jelitowa jest jednym z najbardziej zróżnicowanych ekosystemów pod względem gatunkowym. Skład u każdego człowieka jest indywidualny i niepowtarzalny, a także dynamicznie zmienia się w ciągu całego życia. Pierwszy i najważniejszy wkład w genezę mikrobioty ma transmisja matczyna podczas porodu. Główną determinantą kompozycji bakteryjnej jest sposób porodu. U dzieci urodzonych siłami natury obecne są mikroorganizmy charakterystyczne dla flory pochwy matki. Natomiast u dzieci, które przyszły na świat poprzez cesarskie cięcie, przeważają bakterie odzwierciedlające powierzchnię skóry. Znaczenie dla różnorodności drobnoustrojów jelitowych i stabilności mikrobiomu mają także przedwczesne narodziny. Kolejnym czynnikiem determinującym skład mikrobioty jest sposób karmienia niemowlęcia. 

W życiu dorosłym skład mikrobioty zachowuje stałość. Może jednak podlegać modyfikacjom pod wpływem takich czynników jak: stosowanie antybiotyków, probiotyków, prebiotyków, przyjmowanie innych rodzajów leków, rodzaj stosowanej diety, styl życia, stan psychiczny, zabiegi operacyjne, choroby jelita cienkiego, stany zapalne, zaburzenia perystaltyki jelit.

W roku 2007 powstała ogólnoświatowa inicjatywa – Human Microbiome Project, mająca na celu dokładne zbadanie mikrobiomu, w tym określenie ścisłego składu i „rdzenia” mikroflory. Analiza występowania poszczególnych gatunków u badanych wykazała różnorodność w składzie mikroflory. Wysunięto wniosek, iż „rdzeń” może istnieć jedynie w małej populacji. Udało się zauważyć jednak pewne zależności pomiędzy typami bakterii, a także określić dominującą mikrobiotę jelitową.

Za optymalny skład mikrobioty jelitowej uważa się ten występujący u zdrowej osoby szczupłej. Mówimy wtedy o stanie eubiozy, kiedy to mikrobiota człowieka działa wyłącznie na jego korzyść. Wśród typów bakterii występujących w przewodzie pokarmowym dorosłego człowieka można wyróżnić: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Fusobacteria, Proteobacteria. W 90% dominują jednak zaledwie dwa z nich: Firmicutes oraz Bacteroidetes. Szacowana liczba gatunków bakterii dochodzi do 1500, przy czym ilość bakterii beztlenowych jest 100-krotnie większa od bakterii względnie tlenowych.

Skład mikrobioty w otyłości

Szukając genezy rozwoju otyłości, zaobserwowano zmienność składu mikroflory jelitowej w zależności od masy ciała. Istotne spostrzeżenia u otyłych odnoszą się do proporcji dwóch grup bakterii: Bacteroidetes oraz Firmicutes. Częstość występowania Bacteroidetes spada nawet o 50%, stosunek ilościowy zmienia się więc na korzyść bakterii Firmicutes. Liczba Bacteroidetes rośnie proporcjonalnie do spadku masy ciała. Przy otyłości ubywa bakterii oddziałujących korzystnie na organizm, natomiast przybywa drobnoustrojów patologicznych. W efekcie wiele procesów metabolicznych ulega całkowitej modyfikacji.

Czy można modyfikować skład mikrobioty u osób z nadmierną masą ciała?

Mając na względzie czynniki warunkujące skład mikrobioty jelitowej, możemy pomyśleć, w jaki sposób ich modyfikacja wpłynie na leczenie otyłości. Choć terapie indywidualne skierowane na konkretny problem zdrowotny nie są jeszcze osiągalną strategią leczenia, mamy obecnie inne możliwości działania. Przede wszystkim są to modyfikacje związane z prowadzonym stylem życia. Rekomendowaną strategią dla osób z nadmierną masą ciała niezmiennie jest wprowadzenie odpowiedniej aktywności fizycznej, komponowanie odżywczej i zbilansowanej diety oraz redukcja stresu. 

Istotna jest także dbałość o szeroko pojęte zdrowie, czyli regularne wykonywanie badań i podejmowanie działania w przypadku wykrycia wszelakich nieprawidłowości. Systematyczne badania pozwalają na wykrycie chorób we wczesnym stadium, co zwiększa szansę wyleczenia, a także zapobiega ewentualnym konsekwencjom wynikającym z rozwoju danego schorzenia.

Wiem, że te podstawy, o które powinniśmy zadbać, brzmią jak stale powtarzane, wytarte slogany. Jednak niezmiennie od tych elementów powinniśmy zacząć zmiany swojego stylu życia. Jeżeli zatroszczymy się o te wszystkie podstawowe elementy i nadal borykamy się z problemem nadmiernych kilogramów, warto zainteresować się dodatkowymi interwencjami, które mogą wesprzeć nas w dążeniu do celu. W kontekście modyfikacji mikrobioty jelitowej osób otyłych takim elementem może być probiotykoterapia.

Probiotyki w otyłości

Na dzień dzisiejszy w zasadzie nie mamy wątpliwości, że stosowanie probiotyków może wspomóc redukcję masy ciała. Wykazała to między innymi metaanaliza Koutnikowej i in. z 2019 roku przeprowadzona na bazie 105 prac naukowych. Przyjmowanie probiotyków wpływa nie tylko na poprawę BMI, ale również kilku innych parametrów, np. profilu lipidowego czy glikemii. Takie wyniki sugerują, że suplementacja prebiotyków mogłaby brać udział w leczeniu chorób współistniejących związanych z otyłością, takich jak dyslipidemia czy insulinooporność. Włączenie probiotyku do suplementacji może więc wspierać leczenie szeregu współwystępujących ze sobą problemów zdrowotnych.

Zaobserwowano, że szczególne korzyści odnosi probiotykoterapia preparatem wieloszczepowym. W tej metaanalizie zidentyfikowano także kilka podstawowych gatunków, takich jak: Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum, Streptococcus salivarius subsp. thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei group, Lactobacillus delbrueckii. 

Podobne wyniki zostały uzyskane przez polskich autorów – prof. dr hab. Pawła Bogdańskiego, dr Monikę Szulińską i dr Igora Łoniewskiego w badaniu na grupie otyłych kobiet po okresie menopauzy. Stosowanie probiotyku składającego się z dziewięciu szczepów bakterii spowodowało zmniejszenie obwodu pasa i ilości tkanki podskórnej (a co za tym idzie, poprawę innych wskaźników metabolicznych). Dokładny skład zastosowanego preparatu prezentował się następująco: Bifidobacterium bifidum W23, Bifidobacterium lactis W51, Bifidobacterium lactis W52, Lactobacillus acidophilus W37, Lactobacillus brevis W63, Lactobacillus casei W56, Lactobacillus salivarius W24, Lactococcus lactis W19 i Lactococcus lactis W58.

Preparat o identycznym składzie wykorzystano także w badaniu z 2020 roku (Majewska i in.), gdzie zaobserowano wpływ probiotykoterapii na zmniejszenie stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego, które towarzyszą otyłości. Ponownie poprawił się również profil lipidowy badanych. Potwierdza to działanie wielokierunkowe probiotyków, sugerując ich rolę nie tylko we wsparciu leczenia otyłości, ale również zmniejszaniu czynników ryzyka sercowo-naczyniowego.

Kolejne badania związku masy ciała z mikrobiotą mogą okazać się bardzo cenne w walce z narastającą epidemią otyłości. Korzystając z obecnego stanu wiedzy możemy bez wątpliwości zarekomendować włączenie probiotyku do świadomej rutyny suplementacyjnej wspierającej leczenie otyłości. Najkorzystniejsze wydaje się dopasowanie wybranego prepartu do swoich potrzeb, co przy szerokiej ofercie tego typu suplementów nie będzie stanowić problemu.