Choroby czynnościowe przewodu pokarmowego oraz nieswoiste choroby zapalne jelit (inflammatory bowel disease – IBD) z roku na rok obejmują swoim zasięgiem coraz szersze populacje pacjentów. Przewlekły charakter schorzeń, przebieg z zaostrzeniami i remisjami, skłonił do poszukiwania substancji, które w naturalny sposób podtrzymywałyby remisję oraz wspomagały leczenie na każdym jego etapie. Na podstawie coraz liczniejszych badań i doświadczeń klinicznych sądzi się, że warunki te może spełniać kwas masłowy, a jego właściwości i możliwości zastosowania klinicznego stały się punktem zainteresowania gastroenterologów. Jest to naturalna substancja produkowana przez bakterie jelitowe bytujące w okrężnicy, ale również dostarczana w niewielkich ilościach z pożywieniem. Już w latach 80. XX w. prowadzono badania, na podstawie których jednoznacznie ustalono, że kwas masłowy stanowi główne źródło energii dla kolonocytów, dając nadzieję na praktyczne jego wykorzystanie w profilaktyce i leczeniu chorób przewodu pokarmowego, w tym IBD [1]. Kwas masłowy jest jednym z krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (short chain fatty acids – SCFA), obok kwasu octowego i propionowego, łącznie stanowiących 83% wszystkich SCFA w jelicie. Co ciekawe, proporcje wszystkich kwasów pozostają w jelicie mniej więcej w stałym stosunku, tj. 60 : 25 : 15 – octan : propionian : maślan. W ciągu doby produkowane jest ok. 300‑400 mmol SCFA w jelicie, natomiast fizjologiczne stężenie maślanu w treści jelitowej to zaledwie 1‑10 mmol/l (60‑150 mmol/kg) [2, 3, 4]. Mimo że w składzie wszystkich SCFA maślanu jest najmniej, stanowi on podstawowe źródło energii dla kolonocytów, w drugiej kolejności metabolizowany jest octan, na końcu – propionian. Dynamika produkcji kwasu masłowego jest zależna od odcinka przewodu pokarmowego – najszybciej jest on wytwarzany i adsorbowany we wstępnicy, wolniej w esicy i odbytnicy, niezależnie od tego, iż właśnie dla kolonocytów w tej lokalizacji jest głównym źródłem energii, czynnikiem stymulującym wzrost i różnicowanie komórek nabłonkowych [4].
Rola biologiczna kwasu masłowego w jelicie
SCFA pełnią wiele istotnych funkcji w organizmie człowieka. Przede wszystkim w sposób bezpośredni stabilizują strukturę i zapewniają integralność oraz funkcjonalność ściany jelita, stymulują wzrost saprofitycznej flory bakteryjnej, hamując tym samym rozwój patogenów jelitowych z gatunku E. coli, Campylobacter i Salmonella. W badaniach nad wpływem bakterii kwasu mlekowego na stężenie maślanu udowodniono, iż zwiększenie liczby tych bakterii w jelicie, a tym samym produkcji mleczanu, wpływa na wzrost stężenia maślanu w wyniku metabolizmu mleczanu przez bakterie M. esdenii [5]. Wyniki te potwierdzono w badaniach na zwierzętach, uzyskując redukcję stanu zapalnego jelit, nacieków komórkowych, ilości krwi i śluzu w stolcu po podaniu dojelitowym mieszanki SFCA. Ponadto regulacja składu biotomu jelitowego ma znaczenie dla utrzymania ekosystemu jelitowego, będącego ważną składową osi mózgowo‑jelitowej [4, 5, 6].
Kwasy tłuszczowe wywierają efekt troficzny, przyspieszając gojenie i regenerację jelitową [4, 7]. Dotyczy to również fragmentów jelita grubego, które zostały wyłączone z pasażu jelitowego. SCFA wykazują miejscową zdolność do stymulacji przepływu krwi w błonie śluzowej poprzez bezpośrednie oddziaływanie na tętniczki oporowe, będące głównym regulatorem przepływu krwi w narządzie. Prawdopodobnie SCFA mogą stymulować angiogenezę, prowadząc do wzrostu liczby naczyń włosowatych, jednak fakt ten wymaga dalszych badań [8]. SCFA mają również pośredni wpływ na narządy poza przewodem pokarmowym, regulując pH jelitowe, zwiększając wchłanianie wapnia, żelaza, magnezu oraz wywołując efekt metaboliczny przez oddziaływanie na metabolizm glukozy i białek w wątrobie.
Utrzymanie integralności bariery jelitowej jest kluczem dla prawidłowego funkcjonowania jelita. Kwas masłowy istotnie wpływa na jej utrzymanie, poprzez zmniejszenie przepuszczalności dla insuliny, co wyraża się zwiększeniem elektrycznego oporu przeznabłonkowego (transepithelial electrical resistance – TER) już przy fizjologicznych stężeniach maślanu. Jedną ze składowych bariery jest śluz, syntezę którego pobudza maślan, a jego obecność nie tylko mechanicznie chroni nabłonek jelitowy, ale również utrzymuje pH na poziomie zabezpieczającym przed wtargnięciem niepożądanych mikroorganizmów. Opisane efekty biologiczne maślanu były badane na zwierzętach, u których suplementacja maślanu powodowała wzrost masy ciała, zmniejszenie liczby i gojenie owrzodzeń żołądka, wzrost liczby komórek kosmkowych jelita krętego, a także zwiększenie liczby komórek krypt oraz ich głębokości w kątnicy. Redukcja stężenia maślanu w jelitach wiąże się ze zmniejszeniem stężenia substratów odżywiających kolonocyty, co prowadzi do atrofii śluzówki jelita grubego, jej ścieńczenia, spadku syntezy DNA i spłaszczenia krypt jelitowych – zjawisk obserwowanych podczas długotrwałego żywienia pozajelitowego. Podanie maślanu w istotny sposób odwraca te skutki, działając regenerująco na śluzówkę, co udowodniono w badaniach na szczurach i prosiętach. Na opisywany efekt prawdopodobnie ma wpływ autonomiczny układ nerwowy oraz zmiany stężeń gastryny i peptydu YY. Potwierdzenie tych właściwości na komórkach ludzkich jelita grubego uzyskano w badaniach in vitro [3, 4, 8, 9, 10].
Wpływ diety i flory jelitowej na produkcję endogennego maślanu
SCFA są naturalnym produktem wytwarzanym w jelicie grubym podczas fermentacji bakteryjnej niestrawionych węglowodanów i oligosacharydów heksozy o różnym stopniu polimeryzacji. Istnieje wiele szczepów bakterii fermentujących cukry, które zasiedlają naturalnie jelita i mają zdolność do produkcji SCFA, w tym Clostridium spp., Eubacterium spp., Fusobacterium spp., Butyrivibrio spp., Megasphaera elsdenii, Mitsuokella multiacida, Roseburia intestinalis, Faecalibacterium prausnitzii czy Eubacterium hallii, jednak ich udział w ogólnej puli bakterii jelitowych nie przekracza łącznie 4%. Przykładami niestrawionych węglowodanów roślinnych stanowiących substrat dla produkcji SCFA są skrobia oporna, polisacharydy nieskrobiowe, inulina (prebiotyczny polisacharyd), oligofruktoza, disacharydy (laktoza), stachioza, rafinoza oraz alkohole (mannitol, sorbitol). Endogennymi źródłami kwasu masłowego u człowieka są niestrawione węglowodany, które nie podlegają przemianom w żołądku i jelicie cienkim, czyli właśnie skrobia oporna i nierozpuszczalne frakcje błonnika pokarmowego. Pulę endogenną stanowią również mucyny i oligosacharydy mleka (cenne źródło maślanu dla noworodków i niemowląt), jednak fermentacja białek mleka to niewielki odsetek (około 5%) wszystkich kwasów produkowanych w jelicie grubym. Podstawowym procesem powstawania kwasów jest fermentacja bakteryjna, w trakcie której dochodzi do produkcji mieszanek kwasów krótkołańcuchowych (octowy, propionowy, masłowy), ale także niewielkich ilości kwasu mlekowego, sukcynylowego i kapronowego. Podstawowe działanie indukujące powstawanie maślanu w jelicie posiada prebiotyk – kwas glukonowy, natomiast sam maślan powstaje głównie na drodze przemian pentoz [4, 11]. Włączając do diety produkty zawierające duże ilości błonnika pokarmowego i skrobię oporną, podnosimy w naturalny sposób poziom kwasu masłowego w organizmie. Zaleca się przede wszystkim wszelkie pełnoziarniste produkty, otręby, nieprzetworzone płatki zbożowe, orzechy, ciemne razowe makarony, pieczywo, brązowy ryż, grube kasze, ale także ogólnodostępne warzywa, np. strączkowe (w tym groch, fasola, bób, soja), marchew, kapusta (surowa, ale przede wszystkim kiszona i wszelkie inne kiszonki), buraki, szpinak, sałata, pomidory, ziemniaki. Również owoce, w tym sezonowe, mają swój udział w regulacji produkcji maślanu, np. jeżyny, porzeczki, śliwki, gruszki, czarne jagody, jabłka, brzoskwinie, pomarańcze, kiwi oraz owoce suszone. Generalnie zaleca się spożywanie owoców z naszej strefy klimatycznej, ponieważ transport owoców z odległych miejsc obniża aktywność substancji czynnych. W celu optymalizacji efektu proponuje się stosowanie w diecie różnych frakcji błonnika pokarmowego z każdej z wymienionych grup – warzywa, owoce i zboża [12]. Co więcej, obserwowana jest zależność pomiędzy zmianami nawyków żywieniowych, wzrostem stężenia naturalnego maślanu w jelitach oraz spadkiem ryzyka chorób jelita grubego, w tym nowotworów [13, 14]. Efekt ochronny maślanu dla okrężnicy udowodniono także w badaniu dotyczącym pacjentów z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego w okresie remisji. U osób, którym przez 4 tygodnie zwiększono podaż błonnika pokarmowego o 20 g/dobę (60 g płatków owsianych), stwierdzono wzrost stężenia maślanu o 36%, natomiast po 12 tygodniach chorzy zgłaszali subiektywną poprawę kliniczną. Efekt ten utrzymywał się około 3 miesiące, a jego przemijający charakter wiązano z wykorzystaniem wyprodukowanego maślanu przez organizm. W świetle tych danych w postępowaniu profilaktycznym można uznać niewielkie zwiększenie ilości błonnika pokarmowego w diecie za naturalne zapobieganie nawrotom choroby i kurację podtrzymującą remisję [11, 15].
Produkty bogate w błonnik pokarmowy i oporną skrobię, fruktooligosacharydy oraz probiotyki o potwierdzonych właściwościach ochronnych (zwłaszcza szczepy Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp.) mogą zwiększać stężenie maślanu w jelicie. Łącząc w niewielkich ilościach wszystkie produkty stymulujące produkcję kwasu masłowego w jelicie, można uniknąć nietolerancji przez niektóre osoby diety z dużą zawartością ciężkostrawnego błonnika pokarmowego [4, 11, 12, 15‑17]. Niemniej jednak współczesna dieta znacznie odbiega od prawidłowego zbilansowania makroskładnikami (białka, węglowodany, tłuszcze), zachwiana jest flora jelitowa, a produkty wysokoprzetworzone nie dostarczają odpowiedniej ilości błonnika pokarmowego, zawierając zbyt dużo cukrów prostych. W tych warunkach produkcja kwasu mlekowego w jelicie jest niewystarczająca. W takich sytuacjach, poza zmianą profilu żywienia, wskazane jest prowadzenie suplementacji kwasu masłowego w celu zachowania integralności bariery śluzówkowej jelita.
Piśmiennictwo
1. Roediger W.E.W.: Role of anaerobic bacteria in the metabolic welfare of the colonic mucosa in man. Gut 1980, 21, 793‑8.
2. Roy C.C., Kien C.L., Biuthillier L. i wsp.: Short‑chain fatty acids: ready for prime time? Nutr Cl Prac 2006, 21, 351‑66.
3. Scheppach W., Bartram P., Richter A. i wsp.: Effect of short‑chain fatty acids on the human colonic mucosa in vitro. J Parenter Enter Nutr 1992, 16, 43‑8.
4. Kotunia A., Pietrzak P., Guilloteau P. i wsp.: Kwas masłowy w przewodzie pokarmowym. Prz Gastroenterol 2010, 5 (3), 117‑1222.
5. Tsukahara T., Koyama H., Okada M. i wsp.: Stymulation of butyrate production by gluconic acid in batch culture of pig cecal digesta and identyfication of butyrate‑producing bacteria. J Nutr 2002, 132, 2229‑34.
6. Morrison D.J., Mackay W.G., Edwards C.A., Preston T., Dodson B., Weaver L.T.: Butyrate production from oligofructose fermentation by the human faecal flora: what is the contribution of extracellular acetate and lactate? Br J Nutr 2006, 96 (3), 570‑7.
7. Borycka‑Kiciak K., Banasiewicz T., Rydzewska G.: Butyric acid – a well‑known molecule revisited Prz Gastroenterol 2017, 12 (2), 83‑89.
8. Hijova E., Chmelarova A.: Short chain fatty acids and colonic health. Bratisl Lek Listy 2007, 108 (8), 354‑58.
9. Topping D., Clifton P.: Short‑chainfatty acids and human colonic function: Roles of resistant starch and nonstarch polysaccharides. Physiol Rev 2001, 81 (3), 1031‑1064.
10. Ono S., Karaki S., Kuwahara A.: Short‑chain fatty acids decrease the frequency of spontaneous contractions of longitudinal muscle via enteric nerves in rat distal colon. Jpn J Physiol 2004, 54 (5), 483‑93.
11. Kuczyńska B., Wasilewska A., Biczysko M. i wsp.: Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe – mechanizmy działania, potencjalne zastosowanie kliniczne oraz zalecenia dietetyczne. Nowiny Lek 2011, 80 (4), 299‑304.
12. Banasiewicz T., Kaczmarek E., Maik J. i wsp.: Jakość życia i objawy kliniczne u chorych z zespołem jelita nadwrażliwego, leczonych uzupełniająco chronionym maślanem sodu. Gastroenterol Prakt 2011, 3 (5), 45‑53.
13. Bird A.R., Conlon M.A., Christophersen C.T. i wsp.: Resistant starch, large bowel fermentation and a broader perspective of prebiotics and probiotics. Benef Microb 2010, 1 (4), 423‑431.
14. Knudsen K.E., Serena A., Conibe N. i wsp.: New insight into butyrate metabolism. Pro Nutr Soc 2003, 62, 81‑86.
15. Hallert C., Björck I., Nyman M. i wsp.: Increasing fecal butyrate in ulcerative colitis patients by diet: Controlled pilot study. Inflamm Bow Dis 2003, 9 (2), 116‑121.
16. Kamińska B., Landowski P.: Rola wybranych czynników środowiskowych w etiopatogenezie nieswoistych
zapaleń jelit. For Med Rodz 2009, 3 (1), 42‑48.
17. Glimelius B., Oliveira J.: Rectal cancer: ESMO Clinical Recommendations for diagnosis, treatment and follow‑up. Ann Oncol 2009, 20 (4), 54‑56.
Źródło: Fragment artykułu: Waśko‑Czopnik D.: Znaczenie maślanu sodu w leczeniu chorób czynnościowych i zapalnych jelit. Gastroenterologia Praktyczna 2018, 2 (39), 45-52.
