СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

образование короткоцепочных жирных кислот

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ (ЛЕТУЧИЕ) ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ – МЕТАБОЛИТЫ АНАЭРОБНЫХ БАКТЕРИЙ

Одним из важнейших продуктов бактериального синтеза  являются особые соединения  – летучие жирные кислоты (ЛЖК) или, еще их называют, короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК). Значение данных органических кислот для человеческого организма чрезвычайно важно. Здоровая микрофлора желудочно-кишечного тракта позволяет вырабатывать достаточное количество указанных соединений, которые в свою очередь обладают противовоспалительным, противоопухолевым воздействием, защищают организм от патогенов и токсинов, стимулируя развитие нормальной микрофлоры, т.е. поддерживают микробное равновесие и целостность слизистой кишечника.  Отметим, что пробиотики имеют бактериальный состав, соответствующий нормальной микрофлоре ЖКТ, а потому систематический прием указанных биоконцентратов и (или) употребление пробиотических продуктов (особенно совместно с пребиотиками)  восполняет дефицит короткоцепочечных жирных кислот в толстом кишечнике.

ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Далее по тексту короткоцепочечные жирные кислоты обозначаются как КЦЖК

Микроорганизмы, населяющие кожу и слизистые человека, наибольшего своего количества достигают на слизистой толстого кишечника, где их концентрация огромна и составляет до 1012 колониеобразующих единиц в 1 мл. Бактерии участвуют в пищеварении и обеспечении организма хозяина веществами, необходимыми для энергетических и пластических процессов, образуя своеобразный метаболический реактор. Они также участвуют в противоинфекционной защите, формируя колонизационную резистентность слизистых оболочек, и вырабатывают значительные количества разнообразных физиологически активных соединений, контролирующих многие процессы в макроорганизме. Одними из таких соединений являются короткоцепочечные жирные кислоты, иногда их называют летучими кислотами.

Почему летучие жирные кислоты?

Среди прочих биологически активных веществ особо выделяется такой продукт жизнедеятельности анаэробных бактерий, как летучие жирные кислоты (ЛЖК). Летучие жирные кислоты - это низкомолекулярные карбоновые кислоты, способные при кипячении улетучиваться с водяным паром. Образуясь в значительных количествах в просвете кишки, они не остаются безучастными метаболитами бактерий, а активно включаются в работу организма хозяина. Направления их деятельности чрезвычайно разнообразны, что довольно необычно для таких простых по химической структуре соединений.

Почему короткоцепочечные жирные кислоты?

ЛЖК - это монокарбоновые кислоты с длиной цепи до 8 атомов углерода, поэтому в англоязычной литературе их еще называют "short chain fatty acids" (SCFA) - короткоцепочечными жирными кислотами (КЦЖК). K ним относятся в частности уксусная, пропионовая, масляная и др. Отметим, что соли и эфиры (производные) описанных ниже кислот, образующиеся также в результате брожения (ферметации  пищевых волокон в кишечнике), называются соответственно: ацетат, пропионат и бутират). Опишем данные вещества:

ацетат, пропионат, бутират

модель молекулы Уксусной кислотыАцетат ↔ уксусная кислота (CH3COOH), является метаболитом всех полезных бактерий кишечника – повышает поглощение кислорода, кровообращение в слизистой, он, проходя через печень, снова поступает в кровь, становится энергетическим субстратом для клеток тканей и органов: мышечной ткани, сердца, почек, головного мозга и других. Уксусная и молочная кислота регулируют уровень pН, моторную и секреторную активность кишечника, обладают послабляющим и антимикробным эффектами.

модель молекулы Пропионовой кислотыПропионат ↔ пропионовая кислота (CH3CH2COOH), транспортируется в печень и включается в процесс глюконеогенеза и синтеза биогенных аминов, улучшает микроциркуляцию в слизистой кишечника и поддерживает в ней метаболические процессы, блокирует прикрепление к колоноцитам условно-патогенной микрофлоры. Пропионовая и масляная кислоты участвуют в синтезе гормонов, нейромедиаторов (серотонина, эндорфинов).

модель молекулы масляной кислотыБутират ↔ масляная кислота (C3H7COOH), стимулирует обновление клеток слизистой кишечника – рост и пролиферацию энтероцитов, крипт, влияет на кровоток в слизистой, и является основным энергетическим субстратом для клеток кишечника, обеспечивая до 70% потребности в энергии, а также участвует в регуляции многих метаболических и сигнальных процессов в ЖКТ.

СИНТЕЗ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРЫХ КИСЛОТ

В современном понимании процессов в организме человека микрофлора уже выделена как важнейшая адаптационная система. Основным пищевым субстратом для нормофлоры кишечника являются пищевые волокна, расщепленные (ферментированные) сахаролитической микрофлорой до простых углеводов. Именно при гидролизе нерастворимых дисахаридов полезными пробиотическими микроорганизмами (в частности бифидобактериями и пропионовокислыми бактериями) синтезируются КЦЖК – короткоцепочечные жирные кислоты. Вся история с полезной микрофлорой во многом сводится к роли этих жизненно важных для человека метаболитов полезных бактерий.

В верхних отделах толстого кишечника происходит ферментация пищевого химуса и всасывание аминокислот и витаминов, синтезируемых бактериями, а также электролитов и до 95% воды. В дистальных отделах всасывание частично и это больше накопительный орган. Пищевые компоненты расщепляются разнообразными бактериальными ферментами – протеазой и пептидазой, полисахаридазой и гликозидазой до олигомеров (глюкозы и аминокислот), которые, далее, ферментируются до органических кислот, водорода, углекислого газа, метана, воды и короткоцепочных жирных кислот.

Короткоцепочные жирные кислоты - основной продукт микробной ферментации углеводов, жиров и белков. Вырабатываются летучие жирные кислоты, главным образом, анаэробными бактериями (прим.: Анаэробы — это организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода), которые доминируют в составе кишечной микрофлоры. К ним, в частности, относятся бифидобактерии и пропионовокислые бактерии.

Анаэробные полезные бактерии гидролизуют простые углеводы с образованием короткоцепочечных жирных кислот – уксусной, пропионовой и масляной – ацетата, пропионата, бутирата.

Неразветвленные летучие жирные кислот - уксусная, пропионовая и масляная - образуются при анаэробном брожении углеводов, тогда как метаболизация белков ведет к образованию разветвленных кислот - изомасляной (из валина) и изовалериановой (из лейцина). Многие пищевые белки, углеводы и растительная клетчатка не перевариваются человеческими пищеварительными ферментами и не всасываются в тонком кишечнике, а перевариваются бактериями в толстой кишке до летучих жирных кислот, водорода, метана и углекислого газа. Поэтому диета, богатая растительной клетчаткой, способна увеличить образование короткоцепочных жирных кислот в кишечнике.

Основное место производства летучих жирных кислот - кишечник, где ежедневно образуется 200-1000 ммоль КЦЖК. Однако при нарушении баланса микрофлоры синтез указанных летучих компонентов падает, что может привести к различным заболеваниям.

ФУНКЦИИ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Летучие жирные кислоты быстро всасываются в кровь и являются основным источником энергии для клеток слизистой толстого кишечника.

Они стимулируют рост и обновление клеток слизистой (пролиферацию и дифференциацию клеток), образование слизи, кровоток в слизистой, увеличивают всасывание воды и солей (хлорида натрия, калия, магния), регулируют кислотно-щелочной баланс (снижают рН в толстой кишке), поддерживают микробное равновесие и целостность слизистой кишечника. КЦЖК – главный источник дыхательного субстрата и ацетил-коэнзима А, необходимых для метаболизма в клетках слизистой, для синтеза липидов и строительства клеточных мембран, для сохранения целостности клеток слизистой и регенерации клеток тканей.

Говоря о значении КЦЖК для макроорганизма (человеческого организма), выделяют их участие в следующих важных процессах:

  1. Регуляция состава микрофлоры. КЦЖК обладают известной антибактериальной активностью. Благодаря этому они могут служить важным фактором в поддержании баланса микробной экосистемы. Они могут как препятствовать колонизации кишечника патогенными микроорганизмами, например, шигелламии сальмонеллами, так и служить промоторами роста некоторых анаэробных бактерий.

  2. Поддержание водно-электролитного баланса в просвете кишки. Вместе с КЦЖК всасываются ионы натрия, калия, хлора и воды. От всасывания КЦЖК зависит содержание карбонатов в просвете кишечника и рН кишечного содержимого.

  3. Поддержание энергообмена. Хотя истинный вклад этих кислот в энергетический баланс человека не установлен, полагают, что он составляет до 20-25% ежедневной потребности, особенно если пища богата растительной клетчаткой. Особенно велика роль кислот с четным числом атомов углерода - уксусной, масляной и капроновой кислот.

  4. Питание и рост кишечного эпителия. КЦЖК, особенно масляная кислота, являются основным источником питания колоноцитов, обеспечивая их энергией почти на 70%. КЦЖК стимулируют пролиферацию кишечного эпителия. Их отсутствие в просвете кишки или нарушение утилизации колоноцитами приводит к развитию язвенного колита и других воспалительных заболеваний кишечника.

  5. Антиканцерогенное действие. Масляная кислота действует на многие клеточные регуляторы, участвующие в дифференцировке эпителия толстого кишечника. Многочисленные исследования показали защитную роль масляной кислоты в отношении появления и роста раковой опухоли толстого кишечника. Возможно, в этом заключается антиканцерогенное действие диеты, богатой растительной клетчаткой.

Небезрезультатно исследуется роль КЦЖК в патогенезе разных других патологических состояний:

колоректальной аденомы, анемии, артериальной гипертензии, антибиотик-ассоциированной диареи, интоксикационного синдрома, болезни оперированного кишечника, синдрома мальабсорбции, рака яичников, развитие которых связывают с недостаточностью КЦЖК. Специалисты уже сегодня считают методы профилактики и комплексной терапии вышеуказанных заболеваний с использованием непосредственно КЦЖК или диетической стимуляции микрофлоры растительной клетчаткой весьма эффективными, тем более при этом наблюдается выраженное иммунотропное воздействие:

Иммунитет и КЦЖК.

В последние годы проведено достаточно большое количество исследований, показывающих, что КЦЖК - реально активные модуляторы деятельности иммунной системы макроорганизма. Кишечник обладает собственной лимфоидной тканью, доказана роль КЦЖК в активации местного и системного иммунитета. Не исключено, что именно эта их способность со временем выйдет на первый план в понимании значения КЦЖК в жизни человека и его микрофлоры. Стоит отметить, что в данном аспекте большую роль играют пребиотики, т.к. для поддержания микробного баланса в толстой кишке и образования КЦЖК и их солей необходима активная бактериальная ферментация различных олиго- и полисахаридов. Собственные микроорганизмы хозяина вырабатывают в толстом кишечнике специальные ферменты, которые расщепляют пребиотические вещества путем анаэробного их брожения, выделяя при этом энергию для своего роста и размножения, а также органические кислоты (КЦЖК), препятствующие развитию патогенных микроорганизмов (рис.1), и создающие благоприятную среду для развития бифидофлоры. Такая стимуляция приводит к одной из наиболее важных метаболических реакций - регулированию иммунного статуса, механизм которой представлен на рис. 2. 

Механизм действия пербиотиков и короткоцепочечных жирных кислот на гомеостаз кишечника.

Рис. 1. Механизм позитивного действия пребиотиков на гомеостаз кишечника. КЦЖК* — короткоцепочечные жирные кислоты

влияние стимуляции бифидобактерий на иммунный статус. Рис. 2. Влияние стимуляции бифидофлоры на иммунный статус. ДК — дендритная клетка; М-клетка — микроскладчатая клетка; Тs-Т-супрессор; Тх1 и Тх2- Т-хелперы 1,2; Ил-10 и Ил-12 — интерлейкины; ТГФ-бета — трансформирующий фактор роста Т-лимфоцитов; ИФН-гамма — интерферон

Противоопухолевая активность. При исследовании противоопухолевой активности ЛЖК было получено много фактов, свидетельствующих об их способности влиять на экспрессию (активность) генов в энтероцитах (общее название ряда клеток эпителия кишечника), путем запуска каскада внутриклеточных реакций, приводящих к запрограммированной гибели опухолевой (раковой) клетки. Все это дает основания рассматривать пробиотические продукты питания в качестве перспективных средств профилактики онкологических заболеваний (в частности рака кишечника).

Таблица 1. Некоторые эффекты, оказываемые КЦЖК

Эффект
Метаболиты, ответственные за эффект
Энергообеспечение эпителия
Уксусная (ацетат), масляная (бутират) кислота
Антибактериальный эффект
Пропионовая кислота (пропионат)
Регуляция пролиферации и дифференцировки эпителия
Масляная кислота (бутират)
Поставка субстратов глюконеогенеза
Пропионовая кислота (пропионат)
Поставка субстратов липогенеза
Ацетат, бутират
Блокировка адгезии патогенов к эпителию
Пропионат, пропионовая кислота
Регулировка моторной активности кишечника
КЦЖК, соли КЦЖК
Усиление местного иммунитета
Бутират (масляная кислота)
Поддержание ионного обмена
КЦЖК, соли КЦЖК (в большей степени уксусная к-та (ацетат), пропионовая к-та (пропионат), масляная кислота (бутират)

ЛЕТУЧИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ И ЭПИТЕЛИЙ

ворсинки Эпителия толстого кишечника Эпителий, или эпителиальная ткань — слой клеток, выстилающий поверхность (эпидермис) и полости тела, а также слизистые оболочки внутренних органов, пищевого тракта, дыхательной системы, мочеполовые пути. Кроме того, образует большинство желёз организма.

Эпителиальные клетки - основное место контакта микрофлоры и хозяина. Самое уязвимое звено - эпителий толстого кишечника, где практически один ряд клеток отграничивает внутреннюю стерильную среду от бактериальной пленки, в которой концентрация бактерий достигает 1012 на 1 мл.

Эпителиальные клетки - первое звено противоинфекционной защиты и во многом от успешности их работы зависит, живет ли хозяин с микрофлорой в состоянии мира или войны. Летучие жирные кислоты играют определяющую роль в нормальном функционировании эпителия. Достаточно лишь того факта, что КЦЖК являются для эпителиальных клеток основным энергетическим субстратом. Сжигая КЦЖК в пероксисомах, эпителиальные клетки получают до 70% необходимой энергии.

Пролиферативная активность. Короткоцепочные жирные кислоты оказывают выраженное действие на пролиферативную активность эпителия кишечника. (Прим.: Пролиферация (от лат. proles — отпрыск, потомство и fero — несу) — разрастание ткани организма путём размножения клеток делением ИЛИ новообразование (обновление) клеток и внутриклеточных структур (митохондрий, эндоплазматической сети, рибосом и др.). Лежит в основе роста и дифференцировки тканей, обеспечивает непрерывное обновление структур организма.

Чем больше концентрация КЦЖК в просвете кишечника, тем выраженнее должны идти пролиферативные процессы в стволовых клетках эпителия, тем стабильнее должна быть барьерная (защитная) функция слизистой.

ЗАЩИТА ОТ ВОСПАЛЕНИЙ

Противовоспалительная функция. Летучие жирные кислоты являются важными регуляторами антибактериальной защиты в полимикробных воспалительных процессах, протекающих с участием анаэробов, "прикрывая" классических возбудителей от защитных реакций макроорганизма.

Анаэробные бактерии живут с макроорганизмом в едином тесном симбиозе. Основная роль этих кислот в мирное время, это - сдерживание реактивных сил макроорганизма от конфликта с микрофлорой. КЦЖК вырабатываются ежедневно и, всасываясь, достигают в тканях кишечника достаточных концентраций для эффективного подавления активности местных тканевых макрофагов, лимфоцитов и других клеток, способных вызывать воспаление. Поэтому не наблюдается постоянного процесса активации защитных реакций в месте контакта микрофлоры с внутренней средой организма. Хотя не будь такого сдерживающего фактора, воспаление было бы неминуемо.

Таким образом, короткоцепочные жирные кислоты - противовоспалительный фактор, в норме выполняющий физиологическую противовоспалительную роль в поддержании гомеостаза (нормального состояния и количества) малых молекул микробного происхождения в организме хозяина.

Иными словами,  короткоцепочные (летучие) жирные кислоты обеспечивают защиту полезной микрофлоры от защитных реакций своего же организма - хозяина (что-то напоминает распознавание по принципу "свой-чужой").

КОЛОНИЗАЦИОННАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ - ЗАЩИТА ОТ ПАТОГЕНОВ И ТОКСИНОВ

Колонизационная резистентность. Нарушение колонизационной резистентности считают одним из наиболее вероятных пусковых механизмов развития различных нарушений в органах и тканях. Секретированные в просвет кишечника летучие жирные кислоты регулируют рН (создают слабокислую среду) и тем обеспечивают колонизационную резистентность

Колонизационная резистентностьэто совокупность механизмов, придающих стабильность нормальной микрофлоре и обеспечивающих предотвращение колонизации организма человека посторонними микроорганизмами.

Именно при участии нормофлоры и её короткоцепочечных жирных кислот происходит переваривание (ферментация) поступивших веществ, всасывание их через биопленку микроколоний полезных бактерий. Моноформы веществ поступают в кровь и в печень, где вступают в белковый, жировой, углеводный, витаминный и минеральный обмены.

ПЕЧЕНЬВ случае снижения колонизационной резистентности  происходят неблагоприятные изменения в составе микрофлоры кишечника (в частности, уменьшается  лакто- и бифидофлора) и, как следствие, нарушаются процессы гепатоэнтеральной регуляции (происходит сбой нормальной работы печени). Это приводит к нарушению метаболических процессов, накапливаются токсины и метаболические шлаки, снижается питание и поступление энергии в клетки, что приводит к повреждению клеток тканей, ухудшению их функции и структуры, и как следствие снижения их защиты, к развитию воспалительного процесса. Но и разорвать этот порочный замкнутый круг нарушений в системе кишечник-печень можно – восстанавливая микрофлору кишечника и улучшая функцию клеток печени.

Детоксикация и подавление патогенов. При взаимодействии здоровой кишечной микрофлоры и печени активно происходят процессы метаболизма и детоксикации, очищения организма. В результате обеспечения колонизационной резистентности тормозится рост и размножение патогенных штаммов бактерий, которые в большинстве питаются белковыми субстратами – обладают протеолитическим метаболизмом. Это способствует подавлению гнилостных процессов и уменьшению образования аммиака, сульфидов, эндогенных канцерогенов, ароматических аминов.

Следует также отметить, что КЦЖК (уксусная, масляная и пропионовая кислоты) в отношении патогенных микроорганизмов (клебсиелл, протеев, псевдоманад, грамотрицательных энтеробактерий и др.) обладают выраженным антимикробным эффектом.

Моторика и перистальтика. Очень важный механизм – участие КЖК в регуляции кишечной моторики, поддержание активной перистальтики, что способствует и осуществлению дезинтоксикационной функции – выведению продуктов метаболизма белков, токсинов, канцерогенов.

ВЫВОДЫ: Итак, КЦЖК продуцируются микробиотой толстой кишки в результате ферментации полисахаридов и других неперевариваемых в тонкой кишке веществ. Собственные микроорганизмы хозяина расщепляют полисахариды путем анаэробного их брожения. Бактериальная ферментация приводит к образованию КЦЖК и их солей, в основном ацетата, пропионата и бутирата, а также газов: двуокиси углерода, водорода, метана, аммиака, оксида азота. Колоноциты утилизируют жирные кислоты с короткой цепью для собственных энергетических потребностей и других целей.

Таким образом, ≪производителем≫ короткоцепочечных жирных кислот являются собственные анаэробные бактерии толстой кишки, которые расщепляют растительные волокна и в течение суток синтезируют из них более 300 ммоль/л КЦЖК. Однако, если баланс микрофлоры нарушен, то продуцирование КЦЖК также будет иметь большие проблемы. В связи с этим нормализация микрофлоры толстого кишечника пробиотиками и пребиотиками позволяет стимулировать синтез короткоцепочечных жирных кислот, что обеспечивает защититу организма от проникновения патогенов и токсинов в кровь, а также помогает предотвратить возникновение различных воспалительных процессов за счет поддержания микробного равновесия и целостности слизистой кишечника.

См. также:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  28. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  29. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  30. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  31. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  32. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  33. НОВОСТИ