Напоследък се прие, че малките микробни клетки, затворени от човешките черва, играят значителна роля за здравето и за някои болестни състояния, включително затлъстяване, диабет и сърдечно-съдови заболявания. Въпреки че много подробности остават неясни, новите технологии разкриха много от физиологичните ползи, които човешката микробиота осигурява на гостоприемника. Здравата чревна микробиота играе роля за здравето, но дисбалансите могат да станат патологични, увеличавайки възпалението и допринасяйки за метаболитна дисфункция. Диетата играе съществена роля при формирането на състава и функцията на микробиотата. Храненето с високо съдържание на плодове, зеленчуци, пълнозърнести храни и бобови растения насърчава изобилието от по-здравословни бактерии, които произвеждат късоверижни мастни киселини и други метаболити, които насърчават здравето. Тази статия разглежда функциите на микробиотата, начина на нейното формиране и хранителните стратегии за подобряване на здравето на червата.

хранителни

Функции на микробиотата

Човешкото тяло приютява> 100 трилиона организма; това са предимно бактерии, но също така включват археи, вируси, паразити и гъби, които заедно съставят микробиотата (1,2). В човешкото тяло тези малки микробни клетки превъзхождат човешките клетки с 10 до 1 (2–5). Микробиомът, който е колективният геном на общността на микробиотите, живееща в червата ни, превъзхожда човешкия геном от 100 до 200 пъти (2–5).

Новите технологии, които не зависят от културата, доведоха до идентифицирането на 1000 вида и> 3 милиона микробни гени, осигурявайки доказателства за симбиотичната връзка на този „орган“ с човешкия гостоприемник (1,2,4). Известните функции на микробиотата включват разграждане на несмилаеми полизахариди, синтез на витамини, укрепване на микровилите и защита на гостоприемника от патогени чрез поддържане на здрава интегрална бариерна цялост (3,5–7). Чревната микробиота е от съществено значение за нормалното развитие на вроден и адаптивен имунитет (4).

Фактори, оформящи състава на микробиотата

Съставът на човешката чревна микробиота е силно индивидуализиран, с подчертани вариации в присъстващите видове. Развитието на здравословна микробиота е силно повлияно от няколко фактора: как се ражда бебе при раждането, диета и хранене, генетика, употреба на антибиотици, болести и околната среда (5).

Вагинално доставените бебета са изложени на видовете Lactobacillus, Prevotella и Sneathia, докато бебетата, доставени чрез цезарово сечение, заобикаляйки експозицията на важни основни видове, присъстващи във влагалищния път, са доминирани от бактерии, присъстващи в кожата като Staphylococcus, Corynebacterium и Propionibacterium видове (8). Кърмените кърмачета имат по-високи популации от рода Bifidobacterium и здрави щамове на Ruminococcus, важни основни видове, с по-нисък брой на Escherichia coli, Clostridium difficile, Bacteroides fragilis и Lactobacillus видове в сравнение с бебетата, хранени с адаптирано мляко (5). Галакто-олигозахаридите, известни пребиотици, са ключов компонент в кърмата, който увеличава разпространението на Bifidobacterium adolescentis и Bifidobacterium catenulatum (9).

Бактериалните общности стават по-сложни, тъй като твърдата храна се въвежда при малки деца и е толкова сложна на възраст от 2 до 3 години, колкото и при възрастните. Микробиотата за възрастни е относително стабилна, но може временно да бъде променена от промени в диетата, болестите и околната среда. С напредване на възрастта на други органични системи, микробиотата също старее, ставайки по-податливи на дисбиоза (промяна или дисбаланс на микробиотата) при възрастни хора (5). Свързаните с възрастта промени могат да бъдат свързани с диетични промени, свързани със загуба на усещане за вкус и мирис, загуба на зъби и дъвчене (10).

Смята се, че антибиотиците са направили трайни промени в човешкия микробиом, намалявайки микробното разнообразие и здравите щамове и по този начин намалявайки резистентността към патогени, свързани с болести (2). Излагането на антибиотици през първите месеци след раждането е свързано с по-висок ИТМ по-късно в живота (11). По същия начин дългосрочната употреба на антибиотици е свързана с увеличаване на теглото при възрастни (12).

Някои изследователи предупреждават, че неволното излагане на антибиотици може да е допринесло за увеличаване на затлъстяването. В Съединените щати> 70% от антибиотиците се използват в животновъдството, главно за по-бързо увеличаване на теглото с по-малко фураж (13). Около 75% от антибиотиците, дадени на фуражни животни, се екскретират с оборски тор, замърсявайки повърхностните и подпочвените води и прониквайки в хранителните запаси (13).

Дисбиоза, затлъстяване и диабет

Някои проучвания показват, че индивидите със затлъстяване имат по-висок дял на phyla Firmicutes и Actinobacteria и намалено изобилие на Bacteroidetes в сравнение с техните слаби колеги (2). Ниският брой на гените, съобщаван и при затлъстели индивиди, е свързан с наддаване на тегло, инсулинова резистентност, дислипидемия, възпаление и затлъстяване на черния дроб (4,14). Съобщава се за намаляване на изобилието на рода Prevotella и за по-висок брой на Staphylococcus aureus при затлъстели жени (5). Съобщава се, че S. aureus предизвиква възпаление, свързано със затлъстяването при деца (5).

Дисбиозата, свързана с диабет тип 2, е дала подобни констатации, с намаляване на Bifidobacterium и Faecalibacterium prausnitzii, две бактерии, за които е известно, че имат противовъзпалителни ефекти (6). Бактериалните гени, свързани с оксидативен стрес, са по-разпространени при диабет тип 2, докато бактериите, произвеждащи бутират, и тези, свързани със синтеза на витамини, са намалени (4). Изобилието на Akkermansia muciniphila е обратно свързано със затлъстяването и диабета и е известно, че контролира съхранението на мазнини, възпалението на мастната тъкан и метаболизма на глюкозата (4). Интересното е, че се съобщава, че метформин и пребиотици увеличават изобилието на A. muciniphila (4).

Не е напълно ясно как дисбиозата причинява метаболитна дисфункция. Предполага се, че промените в микробиотата пречат на чревната пропускливост, позволявайки на липополизахарид (LPS), компонент на грам-отрицателни клетъчни стени на бактериите, да влезе в гостоприемника и по този начин допринася за възпаление и последваща инсулинова резистентност и диабет тип 2 (2, 3,5,6). Високият прием на мазнини е свързан с повишен LPS и възпаление при хората (3,6). Повишаването на теглото може също да предизвика възпалителен отговор, причинявайки увеличаване на провъзпалителните фактори в мастната тъкан и също така да повлияе на метаболизма в черния дроб и мускулните тъкани (3,5). Предлага се също така, че микробиотата контролира метаболизма на мастните киселини, което не е потвърдено при хората (2). Инкретиновите хормони, които регулират апетита и инсулиновата чувствителност, са по-ниски при хора с диабет тип 2 и могат да бъдат контролирани от метаболити, произведени от микробиотата (2,3,5).

Храненето и микробиотата

Модулирането на микробиотата-гостоприемник с диета, пребиотици или пробиотици може да предложи потенциални терапии за подобряване на телесното тегло и гликемичния контрол за профилактика и лечение на диабет тип 2.

Модели за хранене и групи храни

Диетичните навици играят съществена роля при формирането на микробиотата, като осигуряват субстрати, които определят асортимента на произведените метаболити. Много изследователи предполагат, че западната схема на хранене може да е променила генетичния състав и метаболитната активност на човешкия микробиом, допринасяйки значително за съвременните заболявания (15). Установено е, че моделите на хранене с по-високо съдържание на пълнозърнести храни, плодове, зеленчуци и бобови растения индуцират по-разнообразна микробна популация, увеличавайки изобилието от защитни видове, като същевременно намалява изобилието от патобионти и производството на възпалителни фактори (16). Диетите с високо съдържание на мазнини, базирани на животни, са свързани с нисък брой гени и по-голямо количество жлъчно-толерантни бактерии, тъй като мазнините предизвикват секреция на повече жлъчни киселини (15).

Микробният метаболизъм на мазнините и протеините в дебелото черво може да доведе до образуването на токсични метаболити като амоняк, фенолни и индолови съединения, амини и сулфиди (9,17). Карнитинът и холинът, открити в червеното месо и яйцата, се метаболизират от чревните микроби, за да произведат триметиламин, който се абсорбира и допълнително метаболизира в черния дроб до триметиламин-N-оксид (TMAO), метаболит, свързан с образуването на атеросклеротични лезии (16). Неотдавнашно проучване установи, че производството на TMAO след предизвикателство с L-карнитин зависи от състава на микробиотата. Сравнявайки участниците, следвайки вегетариански, вегетариански или всеяден начин на хранене, както веганите, така и вегетарианците са имали значително по-ниски нива на TMAO в плазмата в сравнение с всеядните (16).

Анализ на 153 субекта, самодекларирани като вегани, вегетарианци или всеяди и всички, които следват средиземноморска диета, разкрива значителни вариации в микробното съдържание и метаболитите, произведени от всеки режим на хранене (17). Веганската група постигна най-висок резултат при спазването на средиземноморската диета, оценена от оценката на здравословното разнообразие на храните (HFD), което показва по-висок прием на плодове, бобови растения и зеленчуци. По-високите резултати от HFD са свързани с полезни микробни профили, с по-голямо изобилие от Rosburia, Lachnospira и Prevotella и значително по-високо производство на SCFA. Има значително по-високи нива на L-Ruminococcus, род, причислен към семейство Lachnospiraceae, както и по-високи нива на TMAO в урината в групата, консумираща най-богатата на протеини животинска храна и хранителни мазнини.

Двете изследвания, обсъдени по-горе, предоставят доказателства, че дългосрочното придържане към хранителния режим с високо съдържание на фибри и на растителна основа може да осигури ползи за състава на микробиотата.

Малко интервенционно проучване, използващо строга вегетарианска диета (72% въглехидрати, 16% протеини и 12% мазнини) в продължение на 1 месец с шест пациенти с диабет или хипертония, показва както клинични, така и микробни подобрения (19). Имаше значително намаляване на телесното тегло, триглицеридите, LDL холестерола и A1C и подобрения в нивата на глюкозата на гладно и след хранене. Съставът и метаболитите, произведени от микробиотата, също бяха променени. Стриктната вегетарианска диета доведе до намаляване на съотношението на phyla Firmicutes към Bacteroidetes, намаляване на патобионтите и по-специално Enterobacteriaceae, известен провъзпалителен вид. Отбелязва се увеличаване на коменсалните бактерии Bacteroides fragilis, Prevotella, Lachnospiraceae (предпазва от C. difficile) и Ruminococcaceae, както и намаляване на възпалителните маркери.

По-дългосрочна интервенция подобри инсулиновата чувствителност за 20 затлъстели мъже с известна коронарна болест на сърцето, разпределени произволно или на средиземноморска диета, или на диета с ниско съдържание на мазнини, с много сложни въглехидрати (LFHC) в продължение на 1 година. Съобщава се за увеличаване на изобилието от рода Roseburia и F. prausnitzii, съответно за средиземноморската диета и диетата LFHC. Авторите заключават, че и двата начина на хранене, които се фокусират върху увеличаване на плодовете и зеленчуците, са довели до подобрения в микробиотата, потенциално намалявайки риска от диабет тип 2 (20).

Епидемиологичните изследвания постоянно показват, че приемът на диетични фибри, особено на пълнозърнести влакна, е обратно свързан с диабет тип 2 и сърдечно-съдови заболявания и има благоприятно въздействие върху телесното тегло и дълголетието (21–23). В проспективно наблюдателно проучване високият прием на зърнени влакна е свързан с 33% по-нисък риск от диабет в сравнение с ниския прием. Авторите предполагат, че пълнозърнестите храни могат да предложат защита чрез увеличаване на производството на SCFA и от своя страна ефекта им върху повишаването на чувствителността към чернодробния инсулин (22). Неотдавнашен мета-анализ даде количествена оценка, че консумирането на три порции пълнозърнести храни на ден би предложило 20% относително намаляване на риска от диабет тип 2 в сравнение с консумирането на половин порция (23). Други хранителни вещества, които допринасят за здравето и присъстват в пълнозърнести храни, включват минерали, витамини, фитохимикали, фенолни съединения, лигнани и фитинова киселина (23). Проучванията при хора са показали значително увеличение на изобилието от видове Bifidobacterium и Lactobacillus/Enterococcus при участници, консумиращи пълнозърнести житни зърнени култури (24). Други проучвания са направили подобни подобрения с пълнозърнести ечемичени люспи и пълнозърнести кафяви оризови люспи (24).

Други храни и напитки, които са подобрили микробиотата в проучвания при хора, включват червени плодове (по-специално боровинки), които са богати на антоцианини, бадеми и шам-фъстъци, ябълки и банани и червено вино (24). Проведени са незначителни изследвания върху зеленчуци и бобови култури по отношение на модулирането на микробиотата (24).

Пребиотици

Пребиотикът се дефинира като „селективно ферментирала съставка, която позволява специфични промени, както в състава, така и/или активността, в чревната микробиота, които дават ползи за здравето върху благосъстоянието и здравето на гостоприемника“ (3,9,25). Таблица 1 предоставя критериите, използвани за класифициране на пребиотиците. Пребиотиците са въглехидратни съединения, най-вече олигозахариди, които се противопоставят на храносмилането в тънките черва и ферментират в дебелото черво, произвеждайки SCFA и растежа на полезни бактерии, по-специално Bifidobacterium, Lactobacillus (25), F. prausnitzii, A. muciniphila (14), и Rominoccoccus bromii (9).

Критерии за пребиотична класификация (26)

Хората консумират пребиотици от праисторически времена. Всъщност археологическите доказателства за добре запазени копролити показват, че типичен възрастен мъжки ловец-събирач консумира 135 g инулин на ден (25). Основните форми на диетични пребиотици включват резистентно нишесте, несъдържащи нишесте полизахариди и несмилаеми олигозахариди (9,25,26). Ферментацията на 100 g пребиотик може да доведе до 20 g полезни бактерии (25). Таблица 2 изброява хранителните източници на пребиотици и техните документирани здравни резултати.

Диетични източници на пребиотици и техните документирани здравни резултати

Пробиотици

Пробиотиците са „живи микроорганизми [които], когато се прилагат в адекватно количество, осигуряват полза за здравето на гостоприемника“ (25,32). Популярните пробиотични щамове принадлежат към родовете Bifidobacterium и Lactobacillus и включват дрожди като Saccharomyces boulardii (7). Ферментацията на храни се използва от векове за увеличаване на срока на годност и подобряване на хранителното качество и вкуса на храните (32).

Въпреки че изследванията не са последователни, някои проучвания на пробиотици, включващи здрави доброволци, показват намаляване на телесните мазнини и подобрения в чувствителността към инсулин. Има по-малко добре контролирани проучвания с лица с диабет (14). Преглед, който включваше шест клинични проучвания върху лица с диабет, установи намаляване на възпалителните реакции и оксидативен стрес, подобрена инсулинова чувствителност и намалена глюкоза на гладно с различни дози пробиотици (33). Необходими са обаче допълнителни проучвания, за да се определи дали пробиотиците могат да се използват за профилактика и лечение на диабет.

Все още не са определени конкретни щамове и препоръки за дозиране (или размери на порции ферментирали храни) за диабет и следователно не се препоръчват за клинична практика. Интересното е, че пробиотиците представляват най-големия дял от бързо разрастващия се функционален пазар на храни (32). Таблица 4 и таблица 5 изброяват критериите за класификация на пробиотиците и диетичните източници на пробиотици, съответно.

Критерии за класификация на пробиотиците (32)

Източници на пробиотици и докладвани щамове (36)

Хранителни препоръки и приложения към медицинската хранителна терапия

Дали промените в чревния микробен състав като отговор на диетичните промени предлагат потенциал за лечение на диабет или намаляване на риска от диабет все още не е установено. Проучванията при хора показват, че здравословният профил на микробиота е свързан с диети с високо съдържание на плодове, зеленчуци, бобови растения и пълнозърнести храни и е придружен от благоприятни здравни резултати като здравословно телесно тегло, намалени възпалителни маркери и по-ниска инсулинова резистентност. Диетичните интервенционни изпитания дадоха обнадеждаващи резултати. Необходими са допълнителни проучвания, за да се определи дали тези промени са устойчиви и осигуряват ли дългосрочна защита от метаболитна дисфункция. Пребиотичните хранителни източници не само засилват растежа на полезните бактерии, но също така осигуряват субстрати за производството на биологично активни метаболити. Съществуват обаче доказателства, че не всички индивиди реагират по един и същи начин, като допълнително подчертават сложния характер на микробиотата и нейното съжителство с човешкия гостоприемник (34).

Повечето американци консумират само 15 g фибри на ден. Увеличаването на приема до най-малко 25–38 g на ден, включително поне 5–20 g пребиотични източници, може да подобри производството на SCFA, да подобри функцията на чревната бариера, да намали телесното тегло и да подобри гликемичния контрол (25). Трябва да се препоръчва постепенно увеличаване на приема на фибри, за да се избегнат нежелани стомашно-чревни симптоми. Изчислено е, че увеличаването на приема на фибри само с 14 g на ден е свързано с 10% намаляване на енергийния прием (25). В допълнение към контрола на теглото и намалената инсулинова резистентност, ферментацията на диетични фибри и произтичащото от това производство на SCFAs могат да играят роля за подобряване на метаболизма на мастните киселини и намаляване на възпалителните реакции (35). Диетите с високо съдържание на растителни хранителни източници също увеличават микробното генно разнообразие, което се наблюдава при популации, при които диабетът и други метаболитни заболявания са оскъдни (17). Намаляването на хранителните мазнини и животинските протеини може да осигури допълнителни ползи чрез намаляване на изобилието от жлъчно-толерантни бактерии и вредните метаболити, произведени в дебелото черво.

Понастоящем няма конкретни препоръки за употребата на пробиотици в клиничната практика за диабет. Продуктите, които се продават без рецепта, макар и общопризнати като безопасни, може да са скъпи и да не се регулират, така че те могат или не да съдържат оптималните щамове за подобряване на резултатите от диабета. Добавянето на ферментирали храни към диетата е безвредно и потенциално може да осигури полза за здравето на червата. Необходими са допълнителни проучвания, за да се предоставят по-конкретни и индивидуализирани препоръки за хранене за модулиране на микробиотата с цел предотвратяване на диабет или подобряване на резултатите от диабета.

Двойственост на интересите

Не са докладвани потенциални конфликти на интереси, свързани с тази статия.