ООО "ПРОПИОНИКС"

ИННОВАЦИОННЫЕ ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ +7(915)001-93-94

Главная \ 3. Пробиотики (биодобавки) \ Микробиом человека \ Короткоцепочечные жирные кислоты

Микробный синтез короткоцепочечных жирных кислот

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ (SCFAs)

Рис. 1 . Образование и путь КЦЖК в системе желудочно-кишечного тракта человека

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ (ЛЕТУЧИЕ) ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ КАК МЕТАБОЛИТЫ АНАЭРОБНЫХ БАКТЕРИЙ

Короткоцепочечные жирные кислоты (сокращённое наименование: КЦЖК; англ. short-chain fatty acids (SCFAs)) — это обобщённое наименование ряда предельных одноосновных карбоновых кислот, имеющих в алифатической цепи (хвосте) не более 6 атомов углерода. Эти жирные кислоты являются насыщенными (предельными), т.е. содержат только одинарные связи между атомами углерода. Они включают одну карбоксильную группу и неполярный углеводородный «хвост», из-за которого большинство липидов нерастворимы в воде и проявляют свойства масел или жиров (см. бислой). Все SCFAs обладают различной степенью растворимости в воде, что отличает их от жирных кислот с более длинной цепью, которые не смешиваются.

Примечание: Известно, что насыщенные жиры — это группа триглицеридов (жиров), содержащих лишь насыщенные жирные кислоты. Так как КЦЖК относятся к насыщенным жирным кислотам, то резонно задать вопрос о полезности таких соединений, особенно в свете известных диетических ограничений. Однако ответ прост, ограничительные рекомендации подразумевают длинноцепочечные жирные кислоты (см. по ссылке →).

Короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs) являются основными микробными метаболитами в кишечнике, образующимися в результате бактериальной ферментации преимущественно пищевых волокон. Они также производятся в небольших количествах из белков и пептидов в кишечнике (->).

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.

О влиянии пробиотиков на продукцию короткоцепочечных жирных кислот кишечным микробиомом человека см. в обзорной статье:

Стимулирование синтеза SCFAs с помощью пробиотических бактерий

ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ КЦЖК (SCFA)

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?

Первоначально КЦЖК (SCFAs) называли летучими жирными кислотами (ЛЖК), этот термин до сих пор можно встретить в литературе. Это название произошло не столько от летучести, сколько от их специфического, нередко неприятного запаха. 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?

КЦЖК (SCFAs) - это монокарбоновые кислоты с длиной цепи до 6 атомов углерода, поэтому в англоязычной литературе их еще называют "short-chain fatty acids" (SCFA) - короткоцепочечными жирными кислотами.

Карбоновыми кислотами называются соединения, содержащие карбоксильную группу (СООН). По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делят на монокарбоновые, или одноосновные (одна группа - СООН), дикарбоновые, или двухосновные (две группы - СООН), и т.д. Так, Муравьиная (С1), Уксусная (С2), Пропионовая (С3), Масляная / Изомасляная (С4), Валериановая / Изовалериановая (С5) и Капроновая / Изокапроновая (С6) кислоты являются одноосновными карбоновыми кислотами (прим.: номер в обозначении кислот показывает кол-во атомов углерода).

Кишечные бактерии производят несколько типов КЦЖК (SCFAs), но основными и наиболее распространенными SCFAs являются ацетат (C2), пропионат (C3) и бутират (C4), которые присутствуют в пропорции 60:20:20. Концентрация SCFAs варьирует по длине желудочно-кишечного тракта. Самая высокая концентрация SCFAs наблюдается в слепой кишке и проксимальном отделе толстой кишки, за которыми следуют дистальный отдел толстой кишки, подвздошная кишка и тощая кишка. Концентрация SCFAs зависит от потребления пищевых волокон и варьируется у разных людей.

В различных отраслях знания к короткоцепочечным жирным кислотам относят разный набор карбоновых кислот:

Наименование и обозначение КЦЖК		Химическая формула	Производные (соли и сложные эфиры)
Уксусная	C2	CH₃-COOH	ацетаты
Пропионовая	С3	CH₃-CH₂-COOH	пропионаты
Масляная	С4	CH₃-(CH₂)₂-COOH	бутираты
Изомасляная	iC4	(CH₃)₂-CH-COOH	изобутираты
Валериановая	С5	CH₃-(CH₂)₃-COOH	валераты
Изовалериановая	iС5	CH₃-CH(CH₃)-CH₂-COOH	изовалераты
Капроновая	С6	CH₃-(CH₂)₄-COOH	гексанаты
Изокапроновая	iC6	(CH₃)_2-CH-CH₂-CH₂-COOH	изогексанаты

Цифра после «С» в обозначении указывает на число атомов углерода в кислоте.

См. также: Основные и второстепенные короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs), продуцируемые микробиотой кишечника

Изомасляная, изовалериановая и изокапроновая кислоты являются изомерами масляной, валериановой и капроновой кислот, соответственно, и так называемыми «жирными кислотами с разветвлённой углеродной цепью» и с биохимической точки зрения жирными кислотами не являются. Поэтому карбоновые кислоты с «разветвлённой цепью» часто не включают в список КЦЖК. Иногда к КЦЖК относят также муравьиную кислоту (С1), иногда не включают капроновую и изокапроновую кислоты. Уксусная, пропионовая, масляная, валериановая и капроновая кислоты являются насыщенными жирными кислотами.

Примечание: Перечисленные жирные кислоты в медицинской литературе обозначаются как короткоцепочечные, хотя, строго говоря, с биохимической точки зрения таковыми являются только три: уксусная, пропионовая и масляная (т.е. С2-С4). Нормальная микрофлора толстой кишки перерабатывая непереваренные в тонкой кишке углеводы производит перечисленные кислоты с минимальным количеством их изоформ.

K основным КЦЖК (SCFAs), продуцируемым в толстом кишечнике, относятся уксусная, пропионовая и масляная кислоты. Отметим, что соли и эфиры (производные) данных кислот, образующиеся также в результате брожения (ферметации пищевых волокон в кишечнике), называются соответственно: ацетат, пропионат и бутират).

Соотношение процентного содержания ацетата, пропионата и бутирата в кишечнике в норме принято следующее:

ацетат : пропионат : бутират – 60% : 20% : 20%

или: ацетат / пропионат / бутират = 3:1:1

	*Ацетат ↔ 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. Об А. см. →
	*Пропионат* ↔ *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). О П. см. →
	*Бутират ↔ 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. О Б. см. →

Метаболизм короткоцепочечных кислот в кишечнике

КЦЖК относят к биохимическим маркерам симбиоза микрофлоры, населяющей толстую кишку, и организма человека. КЦЖК, образованные в результате микробного метаболизма, имеют важное значение как для толстой кишки, так и для макроорганизма в целом. Синтез КЦЖК является важным фактором колонизационной резистентности, обеспечивающим стабильность состава кишечной микрофлоры, одним, но не единственным, механизмом обеспечения которой является поддержание оптимальных значений рН в просвете толстой кишки. Повышение концентрации КЖК сочетается со снижением осмотического давления в толстой кишке в связи с расщеплением полисахаридов.

Большая часть КЦЖК, образовавшихся в толстой кишке, всасывается. Обычно, с калом выводится не более 5% от их общего количества. Всасывание КЖК происходит при участии активных транспортных систем колоноцитов и наиболее хорошо изучено в отношении масляной кислоты. Установлено, что масляная кислота поступает в колоноцит в обмен на гидрокарбонатные ионы. Часть всосавшейся масляной кислоты поступает опять в просвет кишки в обмен на ионы хлора, однако значительная часть её остается в колоноците и утилизируется им. Кроме того, всасывание масляной кислоты тесно связано с всасыванием натрия: блокирование всасывания масляной кислоты блокирует всасывание натрия и наоборот. Это взаимодействие имеет особое значение, так как поступление натрия в колоноцит определяет всасывание воды. Кроме того, КЦЖК определяют всасывание кальция и магния. Таким образом, эффективность всасывания КЦЖК имеет значение не только для поддержания водно-электролитного равновесия и минерального обмена в организме, но также для регуляции моторики толстой кишки, проявляя свой антидиарейный эффект. Важной функцией микрофлоры в связи с метаболизмом в КЦЖК является обеспечение колоноцита энергией, которую для энергетических целей не менее, чем на 70% даёт масляная кислота. Доказано, что КЦЖК являются регуляторами апоптоза и обладают антиканцерогенным эффектом.

КЦЖК в портальной, печеночной и венозной (периферической) крови:

Поступившие в колоноцит уксусная и пропионовая кислоты на уровне толстой кишки участвуют в регуляции её кровотока, повышая его и тем самым обладают антиишемическим эффектом. Концентрация КЦЖК (в основном уксусной и пропионовой кислот) в воротной вене составляет в среднем 375±70 мкмоль/л, в то время как в оттекающей от печени крови она снижается до 148±42 мкмоль/л, а в периферической крови — 79±22 мкмоль/л (J.H.Cummings et al.).

Для примера, около 90% количества пропионовой кислоты метаболизируется печенью, а остальная часть транспортируется в периферическую кровь, где еe количество у человека достигает 6 мкмоль/л, что значительно превышает таковое у бутирата, но ниже, чем у ацетата (Roel J Vonk et al.).

Концентрация КЖК натощак в плазме крови (мкмоль/л)* (C.A. Fisher et al.).

	Ацетат	Пропионат	Бутират
Портальный	128.0 (70.8) [27.9-375.3]	34.4 (23.3) [2.6-110. 9]	17.6 (18.4) [0-86.0]
Периферический	67.0 (23.0) [21.5-113.8]	3.7 (1.2) [1.5-6.5]	-

* среднее значение (±SD) [диапазон], n =28.

Таким образом, печень задерживает примерно половину поступивших через колоноцит КЦЖК, а периферические ткани элиминируют еще одну четверть их. Большая часть уксусной и пропионовой кислот в тканях идёт на синтез глюкозы и небольшая часть (не более 10%) на энергетические нужды.

Так как концентрации короткоцепочечных жирных кислот широко варьируется в кишечнике и переферическом кровообращении, то предлагаем ознакомиться с дополнительными данными о концентрации КЦЖК (SCFAs) из обзора от 2020 года по ссылке на его подраздел под названием: Короткоцепочечные жирные кислоты: новый класс ингибиторов гистондеацетилазы

Можно выделить следующие функции КЦЖК (д.м.н. Ардатская М.Д.):

Эффект	Метаболиты, ответственные за эффект
Образование нейромедиаторов	Пропионовая, масляная и валериановая кислоты
Антибактериальный эффект	Пропионовая кислота и её производные (пропионаты)
Активация фагоцитоза	Муравьиная кислота и ее производные (формиаты, оксид азота)
Регулировка моторной активности кишечника	Уксусная кислота и её производные (ацетаты), пропионовая кислота, масляная кислота и её производные (бутираты), оксид азота
Усиление местного иммунитета, поставка субстратов липогенеза	Уксусная кислота и ее производные (ацетаты)
Регуляция пролиферации и дифференцировки эпителия, нейтрализация пищевых канцерогенов	Масляная кислота и её производные (бутираты)
Энергообеспечение эпителия и поддержка ионного обмена	Масляная кислота и её производные (бутираты)

См. также: Места всасывания короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) и их функциональная роль в энергетическом обмене

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот:

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот у здоровых детей в кале и взрослых, мг/г:

уксусная кислота (C2) — 0,634±0,004
пропионовая кислота (C3) — 0,189±0,005
масляная кислота (C4) — 0,176±0,004
изовалериановая кислота (iC5) — 0,004±0,001
сумма изокислот (iCn) — 0,059±0,0015

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот у здоровых пациентов в дуоденальном содержимом, мг/г:

уксусная кислота (C2) — 0,739±0,006
пропионовая кислота (C3) — 0,149±0,003
масляная кислота (C4) — 0,112±0,002

Нормальные уровни короткоцепочечных жирных кислот в ротовой полости, мг/г:

уксусная кислота (C2) — 0,810±0,009
пропионовая кислота (C3) — 0,145±0,007
масляная кислота (C4) — 0,045±0,002
сумма изокислот (iCn) — 0,050±0,004

СИНТЕЗ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРЫХ КИСЛОТ

См. доп.: Производство SCFAs

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.

Таблица 1. Микроорганизмы кишечника, продуцирующие КЦЖК (см. также дополнительную таблицу)

Бактерии кишечника	Основные карбоновые кислоты	Дополнительно продуцируемые кислоты
Bifidobacterium, Lactobacillus, (Actinomyces), Ruminococcus	Уксусная кислота	Молочная кислота
Veillonella, Propionnibacterium, Arachnia, Anaerovibrio (polar flagella)	Пропионовая кислота	Уксусная кислота
Acidaminococcus, Bacteroides, Cloctridium, Eubacterium, Lachnospira, Butyrivibrio (polar fl agella), Gemmiger, Coprococcus, Fusobacterium	Масляная кислота	Уксусная без изомасляной
Streptococcus, Leptotrichia buccalis, Peptococcus	Молочная кислота
Megasphaera, Clostridium	Масляная, изомасляная, валериановая, изовалериановая, капроновая, изокапроновая кислоты

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 в толстом кишечнике 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 бифидо- и пропионовокислые бактерии.

Анаэробные полезные бактерии гидролизуют простые углеводы с образованием короткоцепочечных жирных кислот – уксусной, пропионовой и масляной, а также их производных: ацетата, пропионата, бутирата. Также, например, пропионовокислые бактерии способны превращать молочную кислоту в ацетат (соль уксусной кислоты) и пропионат (соль или эфир пропионовой кислоты).

Неразветвленные летучие жирные кислоты - 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.

См. также: Применение пропионовокислых бактерий для образования пропионовой кислоты и/или пропионатов в ободочной кишке

ФУНКЦИИ КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

На рисунке: Метаболизм короткоцепочечных жирных кислот

О функциональной роли короткоцепочечных жирных кислот, образующихся при микробной ферментации пищевых волокон в кишечнике, см. в обзорной статье:

От пищевых волокон до физиологии хозяина: Короткоцепочечные жирные кислоты как основные бактериальные метаболиты

Короткоцепочечные 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. Недавние исследования показали, что пропионовокислые батерии могут использоваться как эффективные пробиотики в профилактике рака кишечника через их способность синтезировать апоптоз-индуцирующие короткоцепочечные жирные кислоты. Как известно, молочные ПКБ путем ферментации пищевых волокон вырабатывают пропионовую кислоту (пропионат) и уксусную кислоту (ацетат). Как было установлено, ПКБ действуя на митохондрии через эти короткоцепочечные жирные кислоты, индуцируют апоптоз клеток колоректального рака. Апоптоз - это один из основных механизмов самопрофилактики онкологических заболеваний. Многочисленные исследования показали также защитную роль и масляной кислоты в отношении появления и роста раковой опухоли толстого кишечника. Возможно, во всем этом и заключается антиканцерогенное действие диеты, богатой растительной клетчаткой.

Регуляция генов

Имеются сведения, что короткоцепочечные жирные кислоты могут перемещаться из бактерий и в наши собственные клетки. Внутри наших клеток они могут инициировать процессы, которые изменяют активность генов и, в конечном счете, влияют на поведение наших клеток. Исследования показывают, что короткоцепочечные жирные кислоты увеличивают количество химических маркеров на наших генах. Химические сообщения от бактерий могут изменить местоположение ключевых химических маркеров по всему геному человека. Своими жирными кислотами бактерии могут отключать одну из гистоновых деацетилаз – HDAC2. В итоге с гистонов никто не снимает «кислотные» метки (остатки КЦЖК, которые навесили на них другие ферменты). Такие «меченые» гистоны связываются с ДНК иначе, чем «чистые» гистоны, и особым образом настраивают активность генов. Общаясь таким образом, бактерии могут помочь бороться с инфекциями и предотвращать рак.

Формирование и укрепление костей

Имеются сведения об участии КЦЖК в регуляции формирования прочных костей и их защите от патологического разрушения. В экспериментах на мышах было установлено, что лечение короткоцепочечными жирными кислотами (в частности, пропионовй и масляной) значительно увеличивает костную массу и предотвращает постменопаузальный остеопороз и воспалительно-индуцированную потерю костной массы.

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 продуцентов КЦЖК (пробиотической стимуляции, например, с помощью ПКБ), непосредственно КЦЖК или диетической стимуляции микрофлоры растительной клетчаткой весьма эффективными, тем более при этом наблюдается выраженное иммунотропное воздействие.

ИММУНИТЕТ, КЦЖК И ПРЕБИОТИКИ.

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.2), 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. 3.

Рис. 2. Механизм позитивного действия пребиотиков на гомеостаз кишечника. КЦЖК* — короткоцепочечные жирные кислоты

Рис. 3. 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

О действии короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs) в результате ПРЕбиотического воздействия см. подробнее по ссылке:

Механизм действия пребиотиков

Противоопухолевая активность. При исследовании противоопухолевой активности КЦЖК 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). Дополн. см.: антиканцерогенное действие.

Таблица 2. 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)

КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ И КИШЕЧНЫЙ ЭПИТЕЛИЙ

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.

Муциновый слой слизистой оболочки. Бактерии - комменсалы толстой кишки в ходе катаболизма неперевариваемых в тонкой кишке углеводов (т.н. пищевых волокон) образуют короткоцепочечные жирные кислоты, такие как ацетат, пропионат и бутират, которые повышают продукцию муцинов и защитную функцию эпителия.

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 резистентность – это 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.

В 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 (См. доп.: Клетчатка защищает от патогенов).

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!

Перейти к ссылкам к основным разделам