Мікробіом та ожиріння

27.10.2021

15-16 вересня відбувся регіональний конгрес з міжнародною участю «Людина та ліки» (м. Дніпро, Україна – Білорусь), під час якого було висвітлено основні питання та проблеми в лікуванні захворювань, зокрема, наведено паралелі щодо значення мікрофлори кишечнику, а також супутніх патологій. З унікальною доповіддю «Мікробіом та ожиріння» виступила проректор з науково-педагогічної роботи та післядипломної освіти ПЗВО «Міжнародний європейський університет» (м. Київ), доктор медичних наук, професор Світлана Іванівна Доан.

Існує велике різноманіття факторів, які впливають на розвиток ожиріння. Це стосується тенденції до переїдання, генетичної схильності, недостатньої фізичної активності, психічних розладів, порушення ендокринного обміну. Однак особливого значення в патогенезі ожиріння набуває роль мікробіому шлунково-кишкового тракту (ШКТ).

Цікаво, що мікробіом кожної людини такий унікальний, що його можна порівняти з відбитками пальців. ­Відомо >10 000 різноманітних бактерій; відповідно до наукових даних, можна стверджувати, що клітин бактерій у людському організмі в 1,3 разу більше, ніж власних клітин. Приблизно 95% мікробіому знаходиться в ШКТ; залежно від частини травного тракту існує різна структура мікробіому. Мікробіом чинить чималий ефект на найрізноманітніші фізіологічні процеси, як-от метаболізм, імунітет і навіть психічний стан.

Складно повірити, але мікробіом є генетично обумовленим. Наприклад, матір, яка під час вагітності змушена була приймати 1 курс антибіотиків, народила дитину схильною до ожиріння, тобто матір передала порушений мікробіом. Це пов’язано з тим, що впродовж 1-го року життя в дитини формується той мікробіом, з яким вона житиме все життя; його структура є стабільною, а змінити її надзвичайно складно.

ШКТ як основний орган взаємодії організму людини та мікроорганізмів

Для більшості мікробів в організмі ШКТ є основним місцем взаємодії макро- та мікроорганізмів. Метаболічні можливості коменсального мікробіому (КМ) впливають на стан харчування людини з дитинства. КМ модулює гомеостаз на рівні кишечнику; зміна мікробіому може супроводжуватися початком або прогресуванням захворювання, включаючи імунологічні, запальні та метаболічні порушення, а також рак.

Мікробіом кишечнику як метаболічний орган

Мікроорганізми синтезують сотні метаболітів; наразі вони не всі достеменно вивчені. Однак саме такі метаболіти дозволяють наводити т. зв. вісь «кишечник – мозок», тобто роль мікробіому в поведінці людини. Мікроорганізми – продуценти значної кількості серотоніну, ендорфінів, які забезпечують хороший настрій.

Існують прогалини у визначенні метаболітів, сигнальних молекул, що зумовлюють біологічний вплив на господаря. КМ забезпечує первинні метаболіти, перетворюючи їх у вторинні, які називаються спеціалізованими метаболітами та мають чітко визначену дію. Структура КМ оперативно змінює функціональність у відповідь на зміни раціону харчування (гнучкість, пластичність) як при короткочасних дієтичних втручаннях, так і при довгострокових моделях харчування (рис. 1).

Рис. 1. Механізм розвитку метаболічного синдрому за участю мікробіому кишечнику

Ожиріння – це інфекція?

Відомо, що порушення структури мікробіому в бік збільшення частини Firmicutes пов’язано з ожирінням. Firmicutes збільшують добування енергії з продуктів харчування, послаблюють моторику тонкої та товстої кишки, спричиняють накопичення жиру в організмі, беруть активну участь у гідролізі легкозасвоюваних вуглеводів і жирів. Якщо в організмі наявна значна кількість Firmicutes, це можна вважати індикатором появи ожиріння. Однак можливий і зворотний розвиток процесу: якщо людина вживає багато легкозасвоюваних вуглеводів, жирів, збільшується кількість мікроорганізмів – продуцентів амілолітичних ферментів, які зумовлюють цю проблему.

Вплив антибіотиків на мікробіом кишечнику та цукровий діабет

Відомо, що в тваринництві та птахівництві використовують антибіотики, щоб худоба якнайшвидше набирала масу. На сьогодні доведено, що вживання антибіотиків >2 курсів зумовлює високий ризик появи ожиріння. Саме тому антибіотики необхідно призначати лише за показаннями, оскільки безконтрольне їх вживання також позначається на виникненні ожиріння, інсулінозалежному цукровому діабеті (ЦД) та інсулінорезистентності.

Участь мікробіому в процесах травлення та їхнє порушення

Під час надходження з їжею білків, жирів і вуглеводів за участю ферментів шлунка (зокрема, пепсину) розщеп­люються 90% білків; у цьому процесі також беруть участь ферменти дванадцятипалої кишки (ДПК) і підшлункової залози. Однак особливу філігранну роботу із цими складниками проводять протеолітичні, амілолітичні, ліполітичні ферменти мікробіому й ентероцитів. Підтримка цілісності бар’єра ШКТ і адекватна імунна відповідь на харчові алергени забезпечуються КМ кишечнику.

Білки не можуть засвоюватися в цілісному вигляді за здорового кишечнику, а мають бути розщеплені до амінокислот. Білок втрачає свою видову специфічність, а амінокислоти як кінцевий продукт використовуються організмом для відновлення власних білків. Це особливо стосується продуктів із ГМО, оскільки, якщо ШКТ здоровий, такі продукти розщеплюються до амінокислот і не несуть жодної загрози. Однак у випадку надмірного надходження білків мікробіом не справляється і в процесі гідролізу утворюється низка токсичних речовин, наприклад, путресцин, кадаверин, крезол, скатол, індол, сірководень, меркаптан, бензойна кислота тощо.

Продукти гниття білків усмоктуються в венозну кров, згодом потрапляють до печінки, де знешкоджуються. Частка незнешкоджених отруйних речовин поширюється (за допомогою великого кола кровообігу) всім організмом, спричиняючи інтоксикацію, внаслідок чого відбуваються передчасне старіння клітин та їхня загибель, при цьому відзначається погіршення самопочуття людини (особливо відчуваються нестерпні головні болі).

Триметиламіноксид як метаболіт коменсальних мікроорганізмів

Варто зазначити, що білки тваринного походження (молочних продуктів і червоного м’яса) стимулюють вироблення генотоксичних ендогенних N-нітрозосполук у кишечнику людини (крезолів). Особливе значення має така токсична сполука, як триметиламіноксид (ТМО). ­Доведено, що ця речовина зменшує транспорт зворотного синтезу холестерину та жовчних кислот, порушуючи елімінацію холестерину в кишечнику. Водночас ТМО є медіатором атеросклерозу. Вважають, що ТМО – індикатор не лише ожиріння, а й ішемічної хвороби серця.

ШКТ як орган ендокринної системи.
Інкретини

Інкретини – це клас кишкових гормонів, продукція яких організмом розпочинається після прийому їжі та котрі є стимуляторами секреції інсуліну. Наукові джерела вказують на такі пептидні гормони: глюкозозалежний інсулінотропний гормон, що виділяється K-клітинами ДПК і проксимального відділу тонкої кишки; глюкагоноподібний пептид‑1, який синтезується клітинами дистального відділу тонкої кишки (пригнічує глікогеноліз). Обидва гормони відповідають за стимуляцію викиду інсуліну, проліферацію та виживання B-клітин, за 60-70% секрецію інсуліну після перорального вживання глюкози.
Інкретини чинять не лише гормональну дію, а й характеризуються низкою інших властивостей: посилюють секрецію інсуліну, знижують рівень глюкози в крові; відіграють провідну роль у патогенезі ожиріння; мають здатність покращувати когнітивні функції; пригнічують утворення B-амілоїдних бляшок; мають нефропротекторну й онкопротекторну дію щодо раку простати і молочної залози.

Гідроліз вуглеводів

Цікаво, що за недостатності травної функції кишечнику гідроліз вуглеводів має свої особливості. Наприклад, вірусні кишкові інфекції супроводжуються ураженням слизової оболонки і в такому випадку дисахариди втрачають здатність розщеплюватися до моносахаридів, тобто дисахариди мають властивість притягувати до себе воду (осмотична дія). Отже, спостерігається порушення структури мікробіому та роботи кишечнику загалом.

Необхідно підкреслити, що рафіноза, стахіоза бобових і фруктоолігосахариди ферментуються лише мікробіотою товстої кишки. Особливу увагу варто приділити клітковині, яка розщеплюється за участю мікробіому. При розщепленні клітковини утворюються коротколанцюгові жирні кислоти, як-от ацетат, пропіонат і бутират.

Ацетат вважають метаболітом усіх корисних бактерій кишечнику, що має значний спектр властивостей: підвищує рівень поглинання кисню; стимулює і покращує кровообіг у слизовій; є енергетичним субстратом для клітин тканин та органів (м’язової тканини, серця, нирок, головного мозку тощо), а також регулятором рівня рН, моторної, секреторної активності слизової кишечнику; чинить послаблювальний та антимікробний ефект.

Важливо, що 70% потреби енергії слизової оболонки кишечнику забезпечується завдяки бутирату. Саме всі жирні коротколанцюгові кислоти та бутират (масляна кислота) зокрема забезпечують нормальне функціонування слизової оболонки й мікробіому.

Гідроліз ліпідів

З одного боку, ліпіди забезпечують профілактику атеросклерозу й ожиріння, а також попереджають інсулінорезистентність, мають структурно-бар’єрну функцію, адже є компонентом мембран. Важливу роль вони відіграють у метаболізмі жирів; є основою для синтезу стероїдних гормонів, регулюють енергетичний та водно-сольовий обміни. З іншого боку, це шкідливі трансжири, які підвищують ризик появи серцево-судинних захворювань (ССЗ), зокрема атеросклерозу.

Модель патогенезу ожиріння та роль ліпідів

Дієта з високим умістом жиру сприяє ендотоксемії ліпополісахаридами (ЛПС), які під час надходження в кров зумовлюють хронічне системне запалення (рис. 2). Своєю чергою, запальний процес сприяє розвитку метаболічних порушень за ЦД.

Рис. 2. Схематична модель патогенезу ожиріння

Метаболічний синдром: ССЗ і неалкогольна жирова хвороба печінки

Метаболіти КМ мають вагомий вплив на прогресування захворювання печінки за рахунок збільшення абсорбції моносахаридів із просвіту кишечнику, а також вивільнення гепатотоксичних продуктів КМ та інших молекул, які спричиняють хронічний запальний стан низького ступеня тяжкості. Одними з особливих моментів метаболічного синдрому є агресивний перебіг неалкогольної жирової хвороби печінки (НАЖХП) і перехід у гепатостеатоз. НАЖХП асоціюється з підвищеною кишковою проникністю та надмірним зростанням бактерій у тонкому кишечнику. Також у пацієнтів, хворих на НАЖХП, часто спостерігається т. зв. негерметичність кишечнику через порушення щільних з’єднань.

Роль продуктів харчування у формуванні мікробіому

Важливе значення в проблематиці мікробіому та захворювань мають особливості дієти. Наприклад, кетогенна дієта (вживання продуктів тваринного походження – м’ясо, сир, яйця) зменшує кількість Bacteroides, збільшує Firmicutes, а також сприяє зникненню специфічних бактеріальних родів, які можуть завдати шкоди дозріванню і функціям імунної системи. Збагачена жирами їжа зумовлює хронічне запалення та зміни профілю метаболізму в просвіті товстої кишки. Своєю чергою, рослинна їжа, збагачена зерновими, бобовими культурами, фруктами й овочами, збільшує різноманіття мікробіому, а також сприяє його стабілізації; збільшує кількість лактобактерій, біфідобактерій тощо; зменшує частку клостридій, бактероїдів та ентерококів.

Що потрібно робити для покращення мікробіоти?

Насамперед рекомендовано вживати продукти, які містять клітковину (щонайменше 40 г/день), що значною кількістю міститься в сезонних фруктах та овочах, у бобових. Не варто забувати й про продукти і напої з високим рівнем поліфенолів (горіхи, насіння, ягоди, оливкова олія, кава та зелений чай).

Існує низка препаратів, які можуть допомогти покращити стан мікробіоти. Це стосується, зокрема, пробіотиків, пребіотиків, симбіотиків і метабіотиків. Однак надважливе значення має зміна харчової поведінки.

Фекальна трансплантація широко використовується в багатьох країнах. Однак варто бути обачним із застосуванням такого методу в людей з різними формами імунодефіциту, а також тяжкими захворюваннями слизової оболонки кишки, щоб не зумовити появи ендотоксемії.

Отже, існує безліч інформації щодо мікробіому кишечнику та його впливу на організм, але зрозуміло, що найкращим способом покращення мікробіому залишається модифікація харчової поведінки.

Підготувала Ольга Забродська

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 18 (511), 2021 р.

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ Гастроентерологія

18.02.2022 Гастроентерологія Роль сучасних пробіотиків у лікуванні гострої діареї

Щороку в світі реєструються близько 1,5 млрд випадків гострої діареї, яка є причиною загибелі >2 млн людей, причому в структурі летальності від діареї переважають діти перших 5 років життя. Високий рівень захворюваності та смертності, надзвичайне різноманіття етіологічних збудників гострої діареї значно ускладнюють обрання тактики дії та підбір адекватного лікування в умовах первинної медичної практики....

02.02.2022 Гастроентерологія Ураження кишечнику в умовах пандемії COVID-19

Під час науково-практичної конференції «Сучасні проблеми медицини», що відбулася в онлайн-форматі, доктор медичних наук, професор Андрій Едуардович Дорофєєв (Національний університет охорони здоров’я України ім. П.Л. Шупика, м. Київ) висвітлив питання уражень кишечнику в умовах пандемії коронавірусної хвороби (COVID‑19). У цьому матеріалі представлено виступ Андрія Едуардовича у форматі «запитання – ​відповідь»....

01.02.2022 Гастроентерологія Терапія та сімейна медицина Сучасні можливості замісної терапії за допомогою травних ферментів мікробного походження

Належне травлення є важливим фактором здоров’я та добробуту людини. Оскільки великі частинки їжі не можуть потрапити до клітин, процес травлення готує їжу для використання клітинами, розщеплюючи її на поживні речовини, які можуть усмоктуватися в кров і потрапляти до клітин. Ефективне травлення – ​це складний та багатоетапний процес, що включає механічне і ферментативне розщеплення їжі. Механічне травлення – ​фізичне розщеплення харчових речовин на дрібніші частинки для ефективнішого хімічного. Роль хімічного травлення полягає у подальшому спрощенні травними ферментами молекулярної структури харчових субстратів, основними з котрих є жири, складні вуглеводи та протеїни....

16.01.2022 Гастроентерологія Екзокринна недостатність підшлункової залози: сучасні можливості замісної терапії

Хронічні захворювання органів травлення є найчастішою патологією, що трапляється як у дорослих, так і в дітей. Серед гастроентерологічних захворювань перше місце посідає патологія верхніх відділів шлунково-кишкового тракту, що становить майже половину всіх захворювань, передусім за рахунок патології гастродуоденальної зони [2]. Хронічні запальні захворювання верхніх відділів органів травлення досить часто супроводжуються ураженням підшлункової залози (ПЗ)....