Błonnik pokarmowy jest nieprzyswajalnym przez organizm ludzki polisacharydem złożonym z kilku składników roślinnych, tworzących rozpuszczalne i nierozpuszczalne frakcje.
Błonnik – to powinieneś wiedzieć
Do elementów rozpuszczalnych w wodzie zalicza się pektynę, kleje, gumy, inulinę, natomiast do części nierozpuszczalnej – celulozę, hemicelulozy, ligninę, skrobię. Według zaleceń WHO powinno się przyjmować 25 g błonnika dziennie. Dobrze zbilansowana, bogato błonnikowa dieta zapobiega rozwojowi cukrzycy typu II, otyłości, miażdżycy. Ponadto, umożliwia utrzymanie w jelitach bogatej flory bakteryjnej.
Wynika to stąd, że polisacharydy, które dla człowieka są nieprzyswajalne, śmiało mogą funkcjonować jako pokarm dla bakterii, które trawią go drogą beztlenowej fermentacji. Mikroflora jelitowa tworzona jest przy udziale bakterii jelitowych należących do szczepów Bacteroides, Bifidobacterium, Enterobacteria, Roseburia). Produktami fermentacji beztlenowych są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), które funkcjonują jako elementy transdukcji sygnałowych w komórkach, tzn. uczestniczą w zamianie bodźca mechanicznego na molekularną informację. Poza tym, SCFA (maślan, octan, propionian) działają przeciwnowotworowo, przeciwzapalnie, hipocholesterolemicznie oraz wspomagają funkcjonowanie układu immunologicznego i krążeniowo-naczyniowego.
Mikrobiota jelitowa – co o niej wiadomo?
Mikrobiota jelitowa ustala się etapami we wczesnym okresie życia, które zaczyna się jeszcze przed porodem. Co ciekawe, początkowa kolonizacja bakteryjna jelit jest w znacznej mierze determinowana przez sposób porodu. Niemowlęta urodzone w sposób naturalny są zaszczepiane początkowo bakteriami typowymi dla mikroflory pochwy i kału, takimi jak Lactobacillus czy Prevotella spp., podczas gdy te, urodzone przez cesarskie cięcie są kolonizowane przez bakterie skóry i środowiska zewnętrznego.
Najbardziej jednak znacząca zmiana w składzie mikroflory jelitowej dokonywana jest wraz z momentem wprowadzenia do diety posiłków stałych. Po ok. 2-3 latach mikrobiota staje się stabilna, chociaż uważa się, że poważne zmiany zachodzą w efekcie zmiany wskaźnika BMI, antybiotykoterapii, używek, stresu, odpowiedzi immunologicznej, alergii. Ponadto, ważnym decydentem w kwestii składu mikrobioty jelit jest genetyka. Modyfikacja diety jest czynnikiem głównym, najważniejszym – należy wziąć pod uwagę, że mikroorganizmy osiadłe pozyskują energię do wzrostu poprzez metabolizowanie składników odżywczych, półproduktów i produktów końcowych fermentacji błonnika pokarmowego.
Antyrakowe właściwości błonnika – skąd wynikają?
Wszystkie błonnikowe składowe wykazują dużą oporność na trawienie w jelicie cienkim człowieka. Stąd trafiają do okrężnicy, gdzie zwiększają lepkość i umożliwiają pęcznienie kału.
To właśnie tutaj błonnik zostaje poddany fermentacji, której dokonują rezydentne organizmy beztlenowe. Bakterie mikroflory okrężnicy przetwarzają elementy błonnika na SCFA, które funkcjonują jako energia dla kolonocytów – komórek jelit. Istnieje spora zależność między stężeniem SCFA, a składem mikroflory. Wysoki poziom SCFA w świetle jelit wynika z procesów fermentacyjnych przeprowadzanych przez bakterie prebiotyczne i powoduje obniżenie pH okrężnicy (5,5-6,5 w części proksymalnej i 6,5-7,0 w części dystalnej), co powoduje zahamowanie wzrostu bakterii Gramm-ujemnych G(-), takich jak patogenne Salmonella spp. i Escherichia coli. Doniesiono również, że maślan chroni przed rozwojem zapalenia jelita grubego i raka jelita grubego. Badania prowadzone przez Belcheva i wsp. dowodzą, że dieta uboga w błonnik skutkuje mniejszą liczebnością szczepu Firmicutes, w tym rodzin Clostridiaceae, Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, o których wiadomo, że wytwarzają maślan. Ich obecność w jelitach jest równoznaczna ze zmniejszeniem polipów w jelicie cienkim (dwukrotnie) i okrężnicy (sześciokrotnie).
Bakterie mikroflory jelitowej wykazują metabolizm sacharolityczny. Błonnik stanowi zatem najważniejszy czynnik determinujący skład i aktywność metaboliczną mikroflory jelitowej. Wiele fizjologicznych właściwości przypisuje się fermentacji i produkcji SCFA. U osób zagrożonych rakiem okrężnicy, w porównaniu z osobami zdrowymi zaobserwowano niższe spożycie błonnika pokarmowego i konsekwentnie niższą produkcję SCFA, a różnicom tym towarzyszyły odrębne typy mikroflory kałowej. W tym samym badaniu szczepy Clostridium, Roseburia, Eubacterium spp., były znacznie mniej rozpowszechnione w grupie ryzyka, niż w grupie osób zdrowych, matomiast szczepy Enterococcus i Streptococcus spp., występowały częściej w grupie ryzyka raka okrężnicy. Zgodnie z tymi obserwacjami warunki niskiego pH wynikające z fermentacji błonnika zwiększają wymagania dla komórek produkujących związki azotowe (komórki zapalne układu immunologicznego), a następnie hamują akrekcję toksyn w okrężnicy, co ma ogromne znaczenie dla mechanizmów antykancerogennych (przeciwnowotworowych).
Octan
Octan stymuluje proliferację komórek krypt (wgłębienia na powierzchni kosmków – wypustek błony podstawnej jelita cienkiego, które zwiększają powierzchnię chłonną) oraz znacznie wpływa na ruchliwość jelita krętego i reguluje przepływ krwi w okrężnicy. Odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu prawidłowej homeostazy w jelitach oraz moduluje odpowiedź zapalną układu immunologicznego.
Aby komórka mogła dostosowywać się do nowych warunków stawianych przez otoczenie, musi reagować na każdy rodzaj bodźca. W transdukcji sygnałowej (przekazywanie sygnału) uczestniczy ogromna ilość białek. Jednym z ważniejszych jest białko G, które występuje w każdej komórce naszego organizmu. Wszystkie neurotransmitery, hormony i chemokiny przekazują sygnał do efektora z udziałem tego białka. Octan stanowi ligand (cząsteczkę wiążącą się, zdolną do wywołania reakcji) dla receptorów (białek) GPR43 i GPR41. GPR43 obecnych w komórkach odpornościowych (w makrofagach), gdzie reguluje reakcje zapalne. Regulacja odpowiedzi zapalnej w obrębie tkanki tłuszczowej jest ściśle związana z utrzymaniem tkankowej homeostazy. Jej zaburzenie wiąże się z występowaniem otyłości i cukrzycy typu II. Wykazano także, że octan zmniejsza poziom czynnika martwicy nowotworów stymulowanego lipopolisacharydem (TNF), interleukiny-6 (IL-6) i czynnika jądrowego (NF)-kB, dzięki czemu możliwe jest prawidłowe funkcjonowanie układu odpornościowego i regulacja procesów indukowanej śmierci. Octan działa zatem, antykancerogennie.
- Czynnik martwicy nowotworów (TNF) jest jedną z lepiej poznanych cytokin produkowaną przez limfocyty T, monocyty makrofagi, komórki tuczne. Jego synteza odbywa się głównie pod wpływem lipopolisacharydu (LPS) stanowiącego element komórek bakteryjnych. Rola TNF sprowadza się do indukowania produkcji interleukin prozapalnych „zwołujących” w miejsce uszkodzenia kolejne komórki stanu zapalnego. TNF aktywuje nieaktywne monocyty – powoduje ich dojrzewanie i metamorfozę w postać dorosłą, którą jest makrofag. Ponadto, stymuluje uwalnianie neutrofilów ze szpiku kostnego oraz reguluje ich właściwości cytotoksyczne. TNF wykazuje silne działanie antynowotworowe, ale jego nadmiar może działać proonkogennie i determinować przerzutowanie komórek patologicznych.
- Interleukina-6 (IL-6) należy do grupy cytokin wytwarzanych przez leukocyty – komórki odpornościowe i w mniejszych ilościach przez fibroblasty i adipocyty (komórki tkanki tłuszczowej). Ich zadaniem jest utrzymywanie kontaktów pomiędzy komórkami odpornościowymi. Stanowią zatem, element szlaku transdukcyjnego komórki.
- Czynnik jądrowy (NF)-kB uczestniczy we wszystkich procesach zapalnych. Ponieważ hamuje apoptozę (programowaną, prawidłową, samobójczą śmierć komórki), nasila proliferację komórek, nasila angiogenezę (powstawanie nowych naczyń krwionośnych), uważa się, że może mieć ogromny udział w procesach onkogenezy. Okazuje się, że jego nadmiar jest czynnikiem koniecznym dla rozwoju niektórych typów białaczek. Regulacja jego działania może okazać się dla nas zbawienna.
Zapalenie jest powszechnie rozumiane jako mechanizm obronny organizmu. Stanowi natychmiastową reakcję na uszkodzenie tkanki spowodowane infekcją mikrobiologiczną lub innymi patologicznymi bodźcami. Zadaniem stanu zapalnego jest ułatwienie drogi dla komórek immunologicznych do miejsca uszkodzonego. Stąd, bierze się gorączka i obrzęki – naczynia się rozszczelniają, by komórki fagocytujące (rozkładające wroga) mogły przedostać się do celu. Należy jednak wiedzieć, że przewlekły, długotrwały, niekontrolowany stan zapalny jest najważniejszym czynnikiem etiologicznym raka. Domeną komórek odpornościowych jest umiejętność wytwarzania Reaktywnych Form Tlenu i Azotu, które wykazują działanie utleniające na białka, tłuszcze i zasady azotowe w DNA, co znacznie przyspiesza starzenie i prowokuje rozwój nowotworów.
Propionian
Propionian podobnie jak octan może być wiązany przez receptory GPR sprzężone z białkiem G. Wykazuje duże powinowactwo do receptorów Olfr78 i GPR41, co ma związek z jego działaniem hipotensyjnym (obniżającym ciśnienie).
Maślan
W monocytach ludzkich (niedojrzałe makrofagi) maślan wykazuje działanie przeciwzapalne. Mechanizm jego działania opiera się na inhibicji (opóźnianiu) syntezy iterleukiny-12 (IL-12) i wzmaganiu produkcji interleukiny-6 (IL-6). IL-12 motywuje makrofagi do produkcji interferonu gamma. Il-6 wytwarzana przez monocyty i makrofagi pobudza procesy zapalne, ale hamuje produkcję wspomnianego już TNF. Poza tym, reguluje aktywność czynnika jądrowego (NF)-kB. Makrofagi w obecności maślanu zmniejszają wytwarzanie modulatorów stanu zapalnego, co korzystnie wpływa na większość tkanek. Maślan kontroluje gromadzenie w komórkach materiałów zapasowych w postaci kropel lipidowych oraz kontroluje akumulację lipidów. Co ważne, komórki tkanki tłuszczowej – adipocyty potrafią rozkładać maślan, co powoduje wzrost adiponektyny – hormonu powodującego przemianę glukozy i kwasów tłuszczowych w wątrobie i mięśniach. Znacząco wpływa na wrażliwość tkanek na insulinę, przeciwdziałając rozwojowi cukrzycy typu II.
Rekrutacja leukocytów przez SCFA i regulacja stanów zapalnych
Leukocyty rekrutowane są z krwiobiegu. Stąd płyną do uszkodzonej tkanki. Ich migracja zachodzi w wieloetapowym procesie, w który zaangażowane są szeregi prozapalnych białek, takich jak cząsteczki adhezyjne i chemokiny. Cząsteczki adhezyjne umożliwiają przyleganie komórek immunologicznych do innych jednostek, co stanowi warunek prawidłowego przebiegu odpowiedzi immunologicznej – unieszkodliwienia patogenu. Chemokiny są białkami odpornościowymi, które zdolne są do samodzielnego ruchu, wpływają na migrację poszczególnych komórek odpornościowych w tkankach. SCFA potrafią modyfikować migrację leukocytów. Istnieje wiele dowodów na to, że indukują kierunkowo migrację neutrofili, która zależy od aktywności GPR43 – receptora sprzężonego z białkiem G. Domeną białka G jest reakcja na bodziec dopływający z zewnątrz komórki i przekazanie go białku G, które znajduje się po stronie wewnętrznej błony. SCFA są agonistami GPR43. Oznacza to, że łączą się z nimi wywołując reakcję, która skutkuje aktywacją kinazy białkowej B i kinaz białkowych aktywowanych mitogenami. Są to enzymy powodujące zmianę konformacji niektórych białek, a co za tym idzie – zmieniają się właściwości fizykochemiczne. Ponadto, kinazy aktywowane mitogenami regulują odpowiedź komórki na sygnały zewnętrzne, zwane miogenami. Mają one duży udział w modyfikowaniu ekspresji genów, proliferacji i różnicowaniu komórek, kontrolowaniu ich ruchu i podatności na działanie kaspaz (enzymy śmierci uczestniczące w apoptozie – programowanej śmierci komórkowej).Wyniki najnowszych badań naukowych potwierdzają rolę SCFA w przemieszczaniu leukocytów. Modyfikacja w produkcji cząsteczek adhezyjnych i chemokin jest kluczowa w rekrutacji leukocytów. Cząsteczki adhezji komórkowej to integryny i selektyny, które wpływają na przyleganie komórek odpornościowych do naczyń. Badania wykazały, że SCFA wyraźnie zmniejszają przyleganie monocytów i limfocytów do komórek śródbłonka żyły pępowinowej, a to związane jest z osłabieniem aktywności czynnika jądrowego (NF)-kB, co pośrednio ma wpływ antykancerogenny.
Szeroka gama cytokin i innych mediatorów prozapalnych uczestniczy zarówno w wewnętrznym, jak i w zewnętrznym szlaku kancerogenezy związanej z zapaleniem, a makrofagi są głównym źródłem mediatorów stanu zapalnego. Po aktywacji makrofagi produkują znaczne ilości mediatorów, takich jak TNF-alfa (czynnik martwicy nowotworów), interleukiny, chemokiny, tlenek azotu (NO). SCFA zmniejszają produkcję cząsteczek inicjujących zapalenie. Deacetylazy histonowe (HDAC) są białkami kontrolującymi stopień acetylacji białek oraz ekspresję genów. Maślan potrafi zahamować aktywność HDAC, co jest głównym mechanizmem wpływającym na ekspresję genów prozapalnych.
Bariera żołądkowo-jelitowa
Mikrobiota jelit przyczynia się do utrzymania nienaruszonej bariery przewodu pokarmowego. Naruszenie tej bariery może spowodować stan zapalny. SCFA hamują również wzrost większości komórek ludzkiego raka okrężnicy poprzez zaburzanie wadliwego cyklu komórkowego i regulację molekularną apoptozy. Ponieważ maślan hamuje białko histonowe HDAC i umożliwia hiperacetylację histonów (białka wiążące DNA w chromatynie –substancji obecnej w jądrze komórkowym, zbudowanej głównie z DNA i białek), powoduje aktywację genów uczestniczących w kontrolowaniu podziałów komórkowych. Indukcja jednego z białek (p21) powoduje zatrzymanie wadliwego cyklu komórkowego w fazie G1. Poza tym, przy stężeniu wyższym, niż 0,5 mmol/L maślan hamuje przerzutowanie komórek okrężnicy drogą zwiększenia ekspresji genów przeciwprzerzutowych, z użyciem metaloproteinaz- enzymów uczestniczących w procesach przebudowy składników macierzy pozakomórkowej.
Podsumowanie wpisu błonniku i jego właściwościach
Badania naukowe dowodzą, że spożycie błonnika zwiększa udział mikroflory bakteryjnej jelit. Dzięki dobroczynnym szczepom bakteryjnym możliwe jest wytworzenie SCFA, które regulują stan zapalny, podziały komórkowe oraz funkcjonowanie enzymów naprawiających uszkodzone fragmenty DNA. Wykazują działanie przeciwcukrzycowe i uczestniczą w metabolizmie lipidów zapobiegając otyłości.