Резюме

Затлъстяването е сериозен проблем за общественото здраве, засягащ както деца, така и възрастни. Предотвратяването и управлението на затлъстяването се предлага да започне в детска възраст, когато факторите на околната среда оказват дългосрочен ефект върху риска от затлъстяване в зряла възраст. По този начин идентифицирането на модифицируеми фактори може да помогне за намаляване на този риск. Последните данни сочат, че чревната микробиота участва в контрола на телесното тегло, енергийната хомеостаза и възпалението и по този начин играе роля в патофизиологията на затлъстяването. Пребиотиците и пробиотиците представляват интерес, тъй като е доказано, че те променят състава на чревната микробиота и влияят върху приема на храна и апетита, телесното тегло и състава и метаболитните функции чрез стомашно-чревни пътища и модулация на чревната бактериална общност. Както е показано в този преглед, пребиотиците и пробиотиците имат физиологични функции, които допринасят за промени в състава на чревната микробиота, поддържане на здравословно телесно тегло и контрол на фактори, свързани с детското затлъстяване, чрез тяхното въздействие върху механизмите, контролиращи приема на храна, съхранението на мазнини и промените в чревната микробиота.

1. Въведение

Разпространението на затлъстяването се увеличава непрекъснато през последните 25 години, засягайки както възрастни, така и деца по целия свят. Приблизително 60% от възрастните и 30% от децата в Канада се считат за наднормено тегло или затлъстяване [1]. Физиологично затлъстяването се описва като излишък от телесни мазнини в резултат на дългосрочен положителен енергиен баланс. Това е основен проблем, тъй като децата със затлъстяване са силно склонни да стават възрастни със затлъстяване и следователно са изложени на висок риск от развитие на тежки съпътстващи заболявания като метаболитен синдром, диабет тип 2 и сърдечно-съдови заболявания [2]. Предотвратяването и лечението на затлъстяването се предлага да започне в детска възраст [3]. Добре установено е, че склонността към затлъстяване зависи от сложното взаимодействие между множество фактори, които са подложени както на генетични, така и на влияния на околната среда. Повечето от съответната литература подчертават, че детското затлъстяване се обяснява с неоптимален състав на макронутриентите на диетата и недостатъчна физическа активност; неотдавнашни изследвания обаче документират значителното въздействие на по-дискретни фактори като кратка продължителност на съня [4], нисък прием на калций в храната [5], неадекватно поведение при хранене [6] и чревна микробиота [7].

Тъй като човешкият геном е бил относително стабилен през вековете, обикновено се счита, че настоящата епидемия от затлъстяване може да се отдаде предимно на фактори, свързани със съвременния начин на живот. Текущи доказателства разкриват, че дори ако генетичните вариации не изглеждат основният определящ фактор за високото разпространение на детското затлъстяване, има доказателства за значителна роля на взаимодействията между гените и околната среда, при които генетичният профил влияе върху способността да се справят с обезогенното въздействие на някои фактори на околната среда [8].

Настоящите данни сочат, че чревната микробиота играе роля в метаболитната регулация и храносмилането и наличността [9,10,11]. Чревната микробиота е специфична единица в тялото, която има собствен геном, чийто генофонд е много по-богат от този на неговия приемник. Физиологичните функции, приписвани на чревната микробиота, са се разпростирали върху извънчревните тъкани, като черния дроб, мозъка и мастната тъкан, изграждайки нови връзки със затлъстяването [9] и свързаните с тях заболявания, включително диабет тип 2 [12] и сърдечно-съдови заболявания [10]. По този начин той има потенциала да модулира енергийната регулация, както и системното възпаление и трябва да се разглежда като биологична характеристика, която играе роля в патофизиологията на затлъстяването. Въпреки че енергийният прием може да повлияе на състава на чревната микробиота, степента, до която чревната микробиота играе причинна роля в развитието на затлъстяване при деца и възрастни, е неясна.

Ролята за консумацията на пребиотици и пробиотици и тяхната физиологична функционалност при лечението на затлъстяването представляват интерес, тъй като проучванията отчитат положителни връзки между консумацията на пребиотици, пробиотици и пробиотични храни, като млечни продукти и по-ниско телесно тегло [13,14] . Освен това няколко щама бактерии са тествани като пробиотичен подход в експериментални модели на затлъстяване и в проучвания при хора, показващи намаляване на мастната маса и индекса на телесна маса (ИТМ) [13,15,16,17]. Пребиотиците и пробиотиците представляват интерес, тъй като е доказано, че те променят състава на чревната бактериална общност и влияят върху приема на храна и апетита, телесното тегло и състава и метаболитните функции чрез стомашно-чревни пътища и модулация на чревната микрофлора [18,19,20, 21].

По-долу се прави преглед на ролята на чревната микробиота в енергийния баланс, разликите в чревната микробиота между затлъстели и слаби индивиди, възможната роля на пребиотиците и пробиотиците в регулирането на телесното тегло и състава като нови диетични решения за профилактика и управление на детското затлъстяване и техните потенциални механизми на действие.

2. Чревна микробиота

Предполага се, че чревната микробиота влияе върху енергийния баланс при животните и хората [11,22], като допринася за енергийния метаболизъм от компонентите на диетата и играе роля в това как енергията се съхранява и изразходва [11,23]. Предишни изследвания върху животни показват, че общата телесна мазнина е била с 40% по-висока при конвенционално отгледани мишки в сравнение с мишки без микроби, въпреки че са имали по-нисък прием на храна [9]. Освен това, Turnbaugh et al. показа, че трансплантацията на чревна микробиота от ob/ob мишки на мишки без микроби води до значително увеличение на общата телесна мастна маса в сравнение с мишки без микроби, които са получили трансплантация на чревна микробиота от постни мишки [12]. Тези открития предполагат, че чревната микробиота може да играе роля в енергийната реколта и затлъстяването чрез микробна модулация.

Човешката микробиота е съставена от трилиони бактерии, които принадлежат към два преобладаващи бактериални отдела: Firmicutes и Bacteroidetes. Тези две фили участват в микробната дисбиоза и развитието на затлъстяване. Няколко проучвания върху животни и хора показват разлики в състава на чревната микробиота и енергийния метаболизъм между затлъстелите и слабите популации [24,25]. В проучване, изследващо връзката между състава на чревната микробиота и загубата на телесни мазнини, 12 затлъстели възрастни мъже и жени, разпределени произволно на диета с ниско съдържание на мазнини или с ниско съдържание на въглехидрати за една година, показват по-малък брой Bacteroidetes и по-високо съотношение на Firmicutes/Bacteroidetes в сравнение с слаби индивиди с нормално тегло на изходно ниво [24]. Съотношението обаче се нормализира при тези лица, които са имали успешна и продължителна загуба на тегло. В друго скорошно проучване вариациите във фекалната микробиота на 12 слаби и девет затлъстели индивиди по време на диети, вариращи по калорично съдържание (2400 kcal/ден срещу 3400 kcal/ден), показват, че промененото натоварване с хранителни вещества предизвиква бързи промени в чревната бактериална общност [26].

Предполага се, че съставът на чревната микробиота през ранния живот влияе върху развитието на наднормено тегло/затлъстяване при деца [27]. В проучване, изследващо въздействието на перинаталната пробиотична намеса върху развитието на наднормено тегло и затлъстяване при деца над 10 години, 159 жени са рандомизирани или към Lactobacillus rhamnosus (1 × 10 1 образуващи колонии) и малтодекстрин в продължение на четири седмици преди очакваното раждане и шест месеца след раждането [28]. Установено е, че ранната модулация на чревната микробиота с пробиотици може да предотврати прекомерно наддаване на тегло през първите години от живота [28]. Това може да е един механизъм, чрез който предразположението към затлъстяване се предава от майката на бебето, тъй като майката влияе върху първоначалните инокулуми и последващото развитие на микробиотата на бебето в червата.

3. Потенциални диетични решения

Симбиотичното сътрудничество между чревната микробиота и нейния приемник може да бъде повлияно от няколко фактора, включително диетични навици [29], антибиотици и други фактори на околната среда [30,31,32]. Потребителският интерес се увеличава към храни и хранителни компоненти, които могат да помогнат за предотвратяване или лечение на затлъстяване и свързаните метаболитни усложнения; все пак все още не са установени ефективни диетични контрамерки. Тъй като фармакологичните подходи могат да доведат до неблагоприятни ефекти, диетичните подходи остават най-безопасният начин за намаляване на затлъстяването и подобряване на метаболитните функции, особено при деца. Пребиотиците, пробиотиците и храните, съдържащи пребиотици и пробиотици, са потенциални инструменти поради техните функционални физиологични свойства. Дисбиозата, създадена чрез диета с високо съдържание на мазнини или с ниско съдържание на фибри, например, е една от причините за развитието на затлъстяване и повишения риск от развитие на метаболитни заболявания [33]. Няколко проучвания показват, че тези ефекти върху чревната микробиота са обратими при подобрено хранене [33] и от прилагането на пребиотици и пробиотици. Консумацията на пребиотици и пробиотици променя селективно състава на чревната микробиота в полза на определен род и дори специфични щамове в случай на пробиотици.

4. Пребиотици

Пребиотикът се определя като „несмилаеми фибри или несмилаеми хранителни съставки, които благоприятно въздействат върху гостоприемника чрез селективно стимулиране на растежа и/или активността на една или ограничен брой бактерии в дебелото черво“ [34]. Най-често срещаните пребиотици включват инулин и олигозахариди [35]. Доказано е, че пребиотиците могат да имат положителен ефект върху нарушенията на храносмилателната система [36,37], имунната система [38], хипертонията [39], апетитните усещания и затлъстяването [20]. Предполага се, че дневното количество, консумирано в диетата, необходимо за упражняване на пребиотичен ефект, е 5–20 g/ден [40].

5. Пробиотици

Според Световната здравна организация пробиотикът е „жив микроорганизъм, който, когато се прилага в адекватни количества, носи полза за здравето на гостоприемника“ [41]. Двата бактериални вида, които са най-използвани в пробиотичните продукти, включват Bifidobacteria и Lactobacillus [42]. Доказано е, че пробиотиците могат да лекуват инфекции или разстройства на храносмилателната система [43,44] и да играят роля в превенцията на различни видове рак [45,46] и контрола на алергията и астмата [47,48]. Те също така насърчават положителната модулация на имунната система [49], регулиране на настроението [50] и отслабване на депресията [50,51]. Освен това се предполага, че пробиотиците играят роля при лечението на затлъстяването и свързаните с него метаболитни нарушения, включително хипергликемия и дислипидемия [20,52]. Пробиотиците могат да бъдат намерени в храни като млечни продукти и под формата на добавки (хапчета, капсули, таблетки и прахове). Сред храните в диетата киселото мляко е първото, към което се добавят пробиотици. Освен това е доказано, че някои пробиотици като бифидобактерии оцеляват по-добре в киселото мляко, отколкото в други матрици, включително добавки [53].

6. Пребиотици, пробиотици и чревна микробиота

6.1. Механизми на действие

Човешката диета може да има пряко въздействие върху чревната микробиота, което в крайна сметка води до промени в моделите на биохимичните реакции в чревния лумен. Изследванията в подкрепа на манипулацията на пътищата, свързани с чревната микробиота, чрез пребиотици и пробиотици за лечение на затлъстяване са ограничени; предложените механизми обаче включват ефекти върху състава и функцията на чревния микробиом. Въпреки че наличието на специфични бактерии е важно, относителният дял на микробните съобщества също играе роля в енергийната хомеостаза [12].

Микробният дисбаланс води до променена чревна среда, която може да стимулира ферментацията на дебелото черво. Диетичните несмилаеми въглехидрати могат да се ферментират в чревния лумен, което води до производство на късоверижни мастни киселини (SCFA) като ацетат, пропионат и бутират. Профилът на SCFAs в червата отразява метаболитното сътрудничество между различните видове микробиота, тъй като нито един род бактерии не може да хидролизира всички хранителни вещества и никой не произвежда тези SCFAs при ферментация. Кратковерижните мастни киселини, които се считат за индиректни хранителни вещества, произведени от чревната микробиота, играят роля в енергийния метаболизъм и разширяването на мастната тъкан и могат да действат като сигнални молекули чрез стимулиране на каскада, водеща до увеличено съхранение на мазнини и запазване на енергията чрез свързване с G рецептори, свързани с протеини, GPR41 и GPR43 [54,55]. Изследвания при мишки с дефицит на Gpr41 предполагат, че активирането на GPR41 от SCFA е отговорно за освобождаването на PYY. Освен това, мишките с дефицит на Gpr43, хранени с диета с високо съдържание на въглехидрати и мазнини, имат по-ниска телесна маса и по-висока чиста маса в сравнение с мишки от див тип [55]. По този начин, SCFA, произведени чрез ферментация, могат да действат като енергийни субстрати и/или метаболитни регулатори.

Освен това промените в чревните бактерии могат да повлияят на стомашно-чревните хормони GLP-1 и PYY, които се секретират от ендокринни L-клетки в отговор на хранителен стимул и орексигенния хормон грелин, които играят роля в гликемичния контрол, ситостта и енергийния прием. Доказано е, че добавките с пребиотици увеличават GLP-1 и PYY и намаляват грелина при хора [56,57] и гризачи [58], които от своя страна инхибират стомашната подвижност чрез действията си върху илеалната спирачка [59]. По този начин е възможно пребиотиците също да забавят изпразването на стомаха.

Дисбиозата в чревната микробиота може да доведе до затлъстяване чрез различни механизми (Фигура 1). Когато възникне дисбаланс в чревната микробиота, бактериите стават по-ефективни при извличането на енергия [60]. SCFA може да действа като сигнални молекули и да стимулира каскада, водеща до увеличено съхранение на мазнини и задържане на енергия чрез рецепторите GPR41 и GPR43 [54,55]. Microbiota също регулира експресията на FIAF протеина (известен също като ANGPTL4), който е инхибитор на липопротеинова липаза (LPL). Модификацията на микробиота причинява намаляване на експресията на FIAF, което води до увеличаване на LPL активността, катализатор, който улавя и съхранява мастните киселини в мастната и мускулната тъкан и увеличава съхранението на липидите [9,10].

чревната

Дисбиозата в чревната микробиота може да доведе до затлъстяване чрез различни механизми. (A) Дисбалансът в чревната микробиота води до увеличаване на SCFA и пропускливостта на червата и намаляване на FIAF и AMPK; и (Б.) Възстановената микробиота от пребиотици и/или пробиотици може да инхибира механизмите, описани в (A) и водят до повишаване на хормоните PYY и GLP-1 и намаляване на грелина.

Модификацията на чревната микробиота също така променя секрецията на инкретините и различни стомашно-чревни хормони (напр. GLP-1, PYY, грелин) от клетките на чревната лигавица. Тези хормони участват в гликемичната регулация и контрол на енергийния прием [70].

6.2. Контрол на приема на храна и апетита

Предполага се, че чревната микробиота може също да повлияе на приема на храна и ситостта чрез сигнализиране на чревния пептид [20,71,72]. Чревните хормони като глюкагон-подобен пептид-1 (GLP-1), пептид тирозин тирозин (PYY), холецистокинин (CCK) и грелин играят решаваща роля при предаването на сигнали за хранителен и енергиен статус от червата към централната нервна система в с цел контрол на приема на храна. Експериментални проучвания показват, че GLP-1 се регулира от пребиотици при затлъстели мишки, което предполага, че промените в чревната микрофлора могат да стимулират или потискат секрецията на стомашно-чревни хормони [58,73,74]. Освен това е доказано, че пробиотиците модифицират производството на хормони на ситост, когато се дават на плъхове [75].

6.3. Регулиране на телесното тегло и състав на тялото

7. Заключения

Пребиотиците и пробиотиците имат физиологични функции, които допринасят за здравето на чревната микробиота, поддържането на здравословно телесно тегло и контрола на факторите, свързани със затлъстяването, чрез тяхното въздействие върху механизмите, контролиращи приема на храна, телесното тегло и чревната микробиота. Липсват обаче интервенционни проучвания, изследващи ефекта на пребиотиците и пробиотиците при деца във връзка с управлението на теглото, особено в дългосрочен план.

8. Бъдещи изследвания

Необходими са допълнителни проучвания, за да се изяснят ефектите на пробиотиците и пребиотиците върху телесното тегло, факторите, свързани със затлъстяването и промяната на чревната микробиота при деца. Освен това оценката на пребиотиците и пробиотиците в различни хранителни матрици, включително кисело мляко и млечни продукти, също би осигурила допълнителна представа за въздействието на тези компоненти върху управлението на телесното тегло при децата.

Принос на автора

Марина Санчес, Ширин Панахи и Анджело Тремблей са работили заедно върху концепцията, търсенето на литература и писането на ръкописа.

Конфликт на интереси

Няма конфликт на интереси за деклариране.