Probiotyczna żywność funkcjonalna. Część pierwsza

Żywność funkcjonalna jako metoda prewencji chorób cywilizacyjnych, poprawy stanu zdrowia oraz samopoczucia, staje się coraz bardziej popularna i powszechnie spożywana. W krajach wysokorozwiniętych obszar żywności funkcjonalnej rozwija się znacznie prężniej, niż pozostały rynek żywnościowy.

Jednym z kryteriów podziału żywności funkcjonalnej jest jej skład. Obok żywności niskocholesterolowej, niskoenergetycznej czy wysokobłonnikowej rozróżnić można funkcjonalną żywność probiotyczną.

Skład ludzkiego mikrobiomu

Rosnąca liczba upowszechnianych w ciągu ostatnich trzech dekad publikacji naukowych, wskazuje na korelację pomiędzy dietą, a występowaniem niektórych chorób przewlekłych. W Europie profil produkcji żywności funkcjonalnej zdominowany jest przez produkty probiotyczne (gr. pro bios – dla życia).

Bakterie probiotyczne działając wielokierunkowo pełnią w organizmie niebagatelną rolę. Organizm człowieka jest siedliskiem wielu drobnoustrojów, które mogą bytować na odsłoniętych lub wewnętrznych częściach ciała. Ogół mikroorganizmów zasiedlających ludzkie ciało nazywany jest mikrobiomem lub mikrobiotą. Szacuje się, że u zdrowego dorosłego człowieka masa mikrobioty może wynieść do 2 kilogramów, a przybliżona ilość komórek organizmów wchodzących w jej skład jest 10-100 krotnie większa niż komórek gospodarza. Poszczególne miejsca bytowania drobnoustrojów są zasiedlane przez różne ich typy, rodzaje i gatunki. W skład mikroflory skóry wchodzą głównie Actinobacteria, Firmicutes i Proteobacteria, natomiast jamy ustnej – Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria i Proteobacteria. Drogi oddechowe zasiedlane są przez Bacteroidetes, Firmicutes i Proteobacteria, przewód pokarmowy Bacteroidetes i Firmicutes, zaś przewód moczowo-płciowy przez Firmicutes. 

Na skład ludzkiego mikrobiomu wpływ ma szereg różnych czynników, przy czym jelita noworodka są tymczasowo jałowe, a zasiedlanie ich przez drobnoustroje odbywa się tuż po urodzeniu. Jednym z ważniejszych czynników decydującym o początkowym składzie mikroflory jest sposób porodu dziecka. Poród naturalny powoduje przewagę Lactobacillus i Prevotella, charakterystycznych dla dróg rodnych matki, natomiast cesarskie cięcie – dominację Staphylococcus oraz Propionibacterium pochodzących ze skóry matki.

Z pozostałych czynników wymienić można między innymi kraj pochodzenia, rodzaj przyjmowanego przez dziecko pokarmu czy użycie leków, głównie antybiotyków. W okresie pomiędzy pierwszym a trzecim rokiem życia skład jakościowy flory jelitowej osiąga kompozycję flory dorosłego człowieka. Przez większą część życia skład mikrobioty jest względnie stabilny, natomiast ulega on zmianom w okresie starzenia się organizmu. U osób w podeszłym wieku obserwuje się zmniejszenie ilości Bacteroides oraz Bifidobacteria.

Rola flory jelitowej w procesach trawiennych

Rola flory jelitowej w procesach trawiennych jest dość dobrze znana, aczkolwiek wiele procesów nie zostało jeszcze w pełni opisanych. Jedną z lepiej poznanych funkcji jest zdolność mikrobioty do rozkładania polisacharydów, które nie są metabolizowane przez organizm ludzki do związków prostych. Fermentacja złożonych, niestrawionych resztek pokarmu odbywa się z udziałem bakterii, głównie rodzajów Bacterioides i Firmicutes. Stanowi to źródło kwasów octowego i propionowego, które należą do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Po wchłonięciu przez ścianę jelita mogą one zostać wykorzystane w procesach metabolicznych organizmu jako dodatkowe źródło energii. Kwas octowy jest między innymi substratem do syntezy cholesterolu, natomiast kwas propionowy do procesu glukoneogenezy i lipogenezy. Organizmy wchodzące w skład mikrobioty jelitowej odgrywają również istotną rolę w przyswajaniu jonów magnezu, żelaza i wapnia, a także w syntezie witaminy K, biotyny i kwasu foliowego.

Udział mikrobioty jelitowej w regulacji osi jelitowo-mózgowej

Sieć autonomicznych neuronów łączących ośrodkowy układ nerwowy (OUN) z przewodem pokarmowym oraz trzustką i wątrobą nosi nazwę osi mózgowo-jelitowej. Historia poznania anatomii tego układu sięga czasów Galena i odkrycia nerwu błędnego, jednak pierwsze dokładne opisy osi podano w XIX wieku. Ze względu na ogromną różnorodność gatunków zasiedlających jelita oraz ich liczbę podjęto próby wyjaśnienia ich wpływu na funkcjonowanie organizmu człowieka.

Ważną funkcją mikrobioty jelitowej jest właśnie udział w regulacji osi jelitowo-mózgowej. Zagadnienie to jest w ostatnim czasie przedmiotem wielu prac badawczych, jednak jego złożoność i wieloaspektowość znacznie wykracza poza ramy niniejszego opracowania, dlatego w dalszej części skupiono się tylko na wybranych kwestiach dotyczących wpływu flory jelitowej na czynność OUN. Oś jelita-mózg jest systemem, za pomocą którego dwukierunkowo wymieniane są informacje pomiędzy OUN a jelitami. Regulacja ta może odbywać się między innymi na drodze neuronalnej, endokrynnej, metabolicznej czy immunologicznej.

Klasycznym rodzajem sygnalizacji na osi mózg-jelita-mikrobiom jest działanie ośrodka sytości. W wyniku regulacji przyjmowania pokarmu kontrolowanej przez OUN ustalany jest skład diety, co wpływa na dostępność składników odżywczych i w konsekwencji na kompozycję mikrobiomu. Oprócz tego OUN może wpływać na mikroflorę jelitową poprzez regulację neuronalną i endokrynną działając za pośrednictwem neuronów autonomicznego układu nerwowego oraz osi podwzgórze-przysadka-nadnercza, wpływając na motorykę jelit, ich funkcje wydzielnicze czy przepuszczalność ścian, co powoduje zmiany w środowisku życia mikrobiomu i doprowadza do zmian w jego składzie.

Do innych czynników regulujących czynność osi jelitowo-mózgowej zaliczyć można kortyzol, cytokiny i krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (octowy i propionowy), powstałe w wyniku działalności fermentacyjnej drobnoustrojów.

Rola flory jelitowej w etiologii zaburzeń psychicznych

Z uwagi na dużą liczbę możliwych oddziaływań mikrobiomu na OUN podjęto próby wyjaśnienia roli flory jelitowej w etiologii różnych zaburzeń psychicznych. Należą do nich między innymi zaburzenia ze spektrum autyzmu (ang. autism spectrum disorders, ASD).

Autyzm dziecięcy został po raz pierwszy opisany przez amerykańskiego psychologa Leo Kannera w 1943 roku. Jest to zaburzenie manifestujące się zakłóceniem zdolności komunikacji, problemami w tworzeniu relacji interpersonalnych, stereotypowością zachowań, trudnościami w integracji wrażeń zmysłowych. Szacuje się, iż dotyka ono 30000 – 50000 dzieci w Polsce.

W literaturze naukowej przedstawiono wiele hipotez dotyczących możliwych przyczyn powstawania i rozwoju ASD u dzieci. Jedną z nich jest możliwy wpływ osi jelita-mózg oraz mikroflory jelitowej. Zaburzenia w rozwoju oraz w składzie mikrobioty jelitowej mogą umożliwiać patogennym mikroorganizmom produkcję neurotoksyn, które wpływając na regulację czynności i rozwoju OUN mogą przyczyniać się do ujawnienia ASD.

Doustne podawanie wankomycyny, antybiotyku o szerokim spektrum działania przyniosło krótkotrwałe korzyści terapeutyczne u dzieci objętych badaniem, które nie utrzymały się jednak po odstawieniu leku.

Istnieją doniesienia wskazujące, iż w składzie mikrobioty jelitowej u osób z ASD występuje nierównowaga pomiędzy Bacteroidetes i Firmicutes. Odkryto także związek pomiędzy występowaniem we florze jelitowej zwiększonych ilości Bifidobacterium, Lactobacillus, Sutterella, Prevotella i Ruminococcus u chorych na ASD w porównaniu ze zdrowymi ochotnikami.

Dane literaturowe wskazują na fakt, iż u osób dotkniętych autyzmem powszechne są zaburzenia żołądkowo-jelitowe. W zależności od badania od 50 do 70% chorych cierpi z powodu przewlekłych biegunek lub zaparć, nieuformowanego stolca, refluksu żołądkowo-przełykowego i/lub zespołu jelita drażliwego (ang. irritable bowel syndrome, IBS). Przyczyny tych zaburzeń u osób z ASD nie zostały jednoznacznie wyjaśnione, ale wydaje się, iż to właśnie nieprawidłowy skład mikrobioty jelitowej ma tutaj duże znaczenie. Właśnie ze względu na zmiany w składzie flory jelitowej u osób z ASD zainteresowano się możliwością wykorzystania probiotyków, prebiotyków i synbiotyków w terapii autyzmu.

Istnieją dowody na korzystny wpływ probiotyków u dorosłych cierpiących na różne zaburzenia przewodu pokarmowego. Wiele badań wskazuje, iż u osób z IBS stosowanie probiotyków zmniejszyło w sposób istotny ogólne objawy takie jak bóle brzucha, biegunki, zaparcia i wzdęcia.

Ze względu na różnorodny sposób przeprowadzania badań nie jest możliwe zidentyfikowanie optymalnego składu probiotyku, jednak duża ilość doniesień wskazuje na korzystny wpływ szczepów Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) i Lactobacillus reuteri DSM 17938. Ostatnio opublikowane badania z udziałem noworodków dostarczają interesujących wniosków. Część z badanych dzieci suplementowano LGG, wobec grupy otrzymującej placebo przez 6 miesięcy po urodzeniu. Następnie badano skład mikrobioty oraz przeprowadzano testy behawioralne po 2 i 13 latach od zakończenia suplementacji. Okazało się, iż nie znaleziono istotnych zmian w mikroflorze pomiędzy grupami biorącymi udział w badaniu, jednakże u 17% dzieci w wieku 13 lat, którym podawano placebo zdiagnozowano zaburzenia psychoruchowe lub zespół Aspergera, który określany jest jako wysoko funkcjonujący autyzm, przy ani jednym przypadku w grupie, która otrzymywała LGG.

Stan wiedzy na temat wpływu osi jelita-mózg oraz mikrobioty jelitowej mimo niezaprzeczalnego postępu w ostatnich latach wymaga dalszych badań. Korzystny wpływ probiotyków w terapii autyzmu i współistniejących zaburzeń przewodu pokarmowego nie został jednoznacznie potwierdzony, natomiast istnieją powody do przeprowadzenia badań na dużą skalę, z ujednoliconą metodologią, które mogą takie potwierdzenie przynieść.

dr hab. n farm. Anna Oniszczuk

mgr farm. Przemysław Niziński

Katedra Chemii

Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Piśmiennictwo:

1. Wang Y., Kasper L.H. (2014).The role of microbiome in central nervous system disorders. Brain Behav. Immun., 38, 1–12.
2. Karakuła-Juchnowicz H., Dzikowski M., Pelczarska A., Dzikowska I., Juchnowicz D. (2015). The brain-gut axis dysfunctions and hypersensitivity to food antigens in the etiopathogenesis of schizophrenia. Psychiatr. Pol., 2830, DOI: http://dx.doi.org/10.12740/PP/OnlineFirst/45053.
3. Strzępa A., Szczepanik M.(2013). Influence of natural gut flora on immune response. Postepy Hig. Med. Dosw., 67, 908-920.
4. Błażewicz A., Makarewicz A., Korona-Głowniak I., Dolliver W., Kocjan R. (2016). Iodine in autism spectrum disorders. J. Trace Elem. Med. Biol., 34, 32-37.
5. Sandler R.H., Finegold S.M., Bolte E.R., Buchanan C.P., Maxwell A.P. (2000). Short-term benefit from oral vancomycin treatment of regressive-onset autism. J. Child. Neurol., 15, 429–435.
6. Finegold S.M., Dowd S.E., Gontcharova V., Liu C., Henley K.E. (2010). Pyrosequencing study of fecal microflora of autistic and control children. Anaerobe, 16, 444–453.
7. Adams J.B., Johansen L.J., Powell L.D., Quig D., Rubin R.A. (2011). Gastrointestinal flora and gastrointestinal status in children with autism–comparisons to typical children and correlation with autism severity. BMC Gastroenterology, 11, 22.
8. Navarro F., Liu Y., Rhoads J.M.. (2016). Can probiotics benefit children with autism spectrum disorders?. World J. Gastroenterol., 22, 10093–10102.
9. Pärtty A., Kalliomäki M., Wacklin P., Salminen S., Isolauri E. (2015). A possible link between early probiotic intervention and the risk of neuropsychiatric disorders later in childhood: a randomized trial. Pediatr Res., 77, 823–828.