SCFA to jeden z najczęściej badanych przykładów metabolitów bakteryjnych, czyli związków powstających w wyniku przemian w komórkach bakterii. Opisuje się je jako łącznik między tym, co jemy, a tym, co dzieje się w jelicie grubym. Jest to jednak obszar, w którym łatwo pomylić obserwację z hodowli komórkowej z wnioskiem dotyczącym człowieka.
Więcej: Czym są metabolity bakteryjne i skąd biorą się w procesie fermentacji
Czym są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe
Skrót SCFA pochodzi od angielskiego short-chain fatty acids. To kwasy tłuszczowe o łańcuchu liczącym od dwóch do sześciu atomów węgla. Dla porównania kwasy tłuszczowe z oleju roślinnego mają zwykle od szesnastu do osiemnastu atomów węgla.
W przewodzie pokarmowym człowieka powstają głównie w jelicie grubym, w wyniku beztlenowej fermentacji prowadzonej przez bakterie. Substratem, czyli materiałem wyjściowym, są składniki niestrawione w górnym odcinku przewodu pokarmowego.
Więcej: Mikrobiota jelitowa – jak powstaje i co ją kształtuje przez całe życie
Najczęściej opisywane są trzy związki: octan, propionian i maślan. Według pomiarów na materiale ludzkim stanowią one większość puli SCFA w jelicie grubym, w przybliżonych proporcjach molowych 60:20:20, choć wartości te różnią się między osobami i odcinkami jelita.
Trzy najczęściej opisywane: octan, propionian, maślan
| Związek | Udział wśród SCFA w jelicie grubym | Główny kierunek dalszych przemian opisywany w literaturze |
|---|---|---|
| Octan | Około 60 procent puli | Wchłaniany do krwi, wykrywany także w krążeniu obwodowym |
| Propionian | Około 20 procent puli | W dużej części wychwytywany przez wątrobę |
| Maślan | Około 20 procent puli | Wykorzystywany lokalnie przez komórki nabłonka jelita grubego |
Octan
Octan, czyli anion kwasu octowego, jest w jelicie grubym najliczniejszym z SCFA. Wytwarza go szeroka grupa bakterii, więc produkcja tego związku nie jest przypisana do wąskiego zestawu gatunków.
Spośród trzech związków to on w największym stopniu przechodzi do krwiobiegu, dlatego pojawia się w badaniach nad metabolizmem poza samym jelitem. Część tych obserwacji pochodzi z modeli zwierzęcych, część z pomiarów u ludzi, a wnioskowanie o zależnościach przyczynowych pozostaje w nich ostrożne.
Propionian
Propionian powstaje kilkoma szlakami metabolicznymi, różnymi u różnych grup bakterii. Szlaki te opisano i przypisano konkretnym grupom mikroorganizmów, co jest jednym z lepiej udokumentowanych elementów tej układanki.
Znaczna część propionianu jest wychwytywana i przetwarzana przez wątrobę. Jego wpływ na zachodzące tam przemiany badano głównie w modelach zwierzęcych i w warunkach in vitro, czyli na hodowlach komórkowych poza organizmem. Danych z badań z udziałem ludzi jest mniej i pochodzą zwykle z niewielkich grup (Louis i Flint, 2017).
Maślan
Maślan wytwarza węższa grupa bakterii niż octan. W odróżnieniu od pozostałych dwóch związków jest w dużej mierze wykorzystywany na miejscu, przez komórki nabłonka jelita grubego, nazywane kolonocytami.
Jest przez to najczęściej badanym z trzech związków w kontekście samego jelita. Większość obserwacji dotyczących jego oddziaływania na komórki nabłonka pochodzi z badań in vitro i modeli zwierzęcych, a przełożenie tych wyników na człowieka wymaga osobnych badań klinicznych.
Skąd biorą się w jelicie
Punktem wyjścia jest materiał niestrawiony w żołądku ani jelicie cienkim: głównie błonnik pokarmowy i skrobia oporna, w mniejszym stopniu białka i peptydy.
Więcej: Błonnik pokarmowy – ile go realnie jemy, a ile zalecają instytucje
Bakterie jelita grubego rozkładają ten materiał w procesie fermentacji, czyli beztlenowego pozyskiwania energii. SCFA są produktem tych przemian, wydzielanym do światła jelita. Powstają przy tym także gazy.
Ilość i proporcje SCFA zależą od rodzaju substratu, składu mikrobioty oraz czasu przejścia treści przez jelito. Pomiary u różnych osób dają więc odmienne wyniki nawet przy podobnej diecie.
Dlaczego SCFA są tak intensywnie badane
Pierwszym powodem jest mierzalność. SCFA można oznaczyć w kale, treści jelitowej i krwi metodami chromatograficznymi, co daje konkretny parametr liczbowy.
Drugim jest ich pozycja w łańcuchu zależności: łączą to, co trafia do jelita grubego, ze składem mikrobioty i przemianami w organizmie gospodarza.
Trzecim jest szersze zainteresowanie metabolitami bakteryjnymi jako materiałem badawczym. Widać je w definicji postbiotyku sformułowanej przez ISAPP w 2021 roku, obejmującej preparaty z nieożywionych mikroorganizmów lub ich składników.
Więcej: Postbiotyki – czym są i czym różnią się od probiotyków oraz prebiotyków
Co wiemy, a czego nie wiemy
Względnie dobrze udokumentowane są podstawy biochemiczne: szlaki powstawania SCFA, grupy bakterii je wytwarzające oraz przybliżone proporcje tych związków w jelicie grubym człowieka. Ustalenia te opierają się na pomiarach na materiale ludzkim i badaniach hodowli bakteryjnych.
Mniej pewne jest wnioskowanie o skutkach. Większość obserwacji dotyczących oddziaływania SCFA na komórki i tkanki pochodzi z badań in vitro i modeli zwierzęcych. Wyniki uzyskane w takich warunkach mają charakter wstępny i nie są podstawą do twierdzeń o efektach u człowieka.
Dochodzi do tego kwestia formalna. Na liście oświadczeń dopuszczonych rozporządzeniem (UE) nr 432/2012 nie ma oświadczeń odnoszących się do SCFA, więc w komunikacji o żywności i suplementach nie można przypisywać im działania zdrowotnego.
Ograniczenia obecnych badań
Ten podrozdział jest istotny, bo bez niego obraz byłby niepełny. Główne trudności metodologiczne opisywane w literaturze to:
- Pomiar zastępczy. Najczęściej oznacza się stężenie SCFA w kale, które odzwierciedla różnicę między produkcją a wchłanianiem, a nie samą produkcję. Niższy wynik może więc oznaczać zarówno mniejszą produkcję, jak i sprawniejsze wchłanianie.
- Przewaga modeli. Znaczna część danych o mechanizmach pochodzi z hodowli komórkowych i badań na zwierzętach, których fizjologia i mikrobiota różnią się od ludzkiej.
- Korelacja, nie przyczyna. Wiele badań obserwacyjnych z udziałem ludzi wykazuje współwystępowanie określonych stężeń SCFA z innymi parametrami, co nie przesądza o kierunku zależności.
- Zmienność międzyosobnicza. Skład mikrobioty i tempo pasażu jelitowego różnią się między ludźmi, przez co ta sama interwencja dietetyczna daje różne wyniki u różnych osób.
- Niejednolita metodyka. Sposób pobierania i przechowywania próbek oraz metoda oznaczenia wpływają na wynik, co utrudnia zestawianie publikacji.
Co wpływa na ilość SCFA powstającą w jelicie
Najlepiej udokumentowana jest podaż fermentowalnego substratu, czyli błonnika i skrobi opornej. W badaniach z udziałem ludzi obserwowano, że zmiana ilości i rodzaju błonnika w diecie przekłada się na stężenia SCFA w kale, choć skala różni się między uczestnikami.
Drugim czynnikiem jest skład mikrobioty: nie wszystkie bakterie wytwarzają te same związki, więc obecność określonych grup wpływa na proporcje SCFA.
Trzecim jest czas pasażu jelitowego: krótsze przejście treści przez jelito grube to mniej czasu na fermentację, co również wpływa na wynik pomiaru.
Podsumowanie
Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe to najlepiej rozpoznany przykład metabolitów mikrobioty jelitowej. Wiadomo, czym są, jakimi szlakami powstają i w jakich przybliżonych proporcjach występują w jelicie grubym człowieka.
Wiedza o ich oddziaływaniu na organizm opiera się natomiast w dużej mierze na badaniach in vitro i modelach zwierzęcych, a prace z udziałem ludzi mają najczęściej charakter obserwacyjny. To rozróżnienie warto mieć na uwadze, bo obserwacja z hodowli komórkowej i wniosek dotyczący człowieka to dwie różne kategorie ustaleń.
FAQ
Czy można zmierzyć poziom SCFA u siebie?
Oznaczenia SCFA w kale wykonują laboratoria badawcze i część laboratoriów komercyjnych. Interpretacja wyniku jest jednak trudna, bo stężenie w kale odzwierciedla różnicę między produkcją a wchłanianiem. Nie istnieją też powszechnie przyjęte zakresy referencyjne dla pojedynczej osoby.
Czy SCFA można przyjmować bezpośrednio?
Związki te są dostępne jako odczynniki i dodatki, a maślan bywa stosowany w preparatach o różnych postaciach. Badania nad podażą doustną prowadzono in vitro i na modelach zwierzęcych, a prace z udziałem ludzi są mniej liczne i różnią się metodyką. W komunikacji o suplementach diety obowiązują ograniczenia z rozporządzenia (UE) nr 432/2012.
Czy każdy błonnik daje taką samą ilość SCFA?
Nie. Różne rodzaje błonnika są fermentowane w różnym stopniu i tempie, a część frakcji, na przykład celuloza, słabo. Znaczenie ma też skład mikrobioty, dlatego ten sam produkt daje odmienne wyniki u różnych osób.
Źródła
- Koh A., De Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F., From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites, Cell, 2016, t. 165, nr 6, s. 1332-1345.
- Cummings J.H., Pomare E.W., Branch W.J. i wsp., Short chain fatty acids in human large intestine, portal, hepatic and venous blood, Gut, 1987, t. 28, nr 10, s. 1221-1227.
- Gibson G.R., Hutkins R., Sanders M.E. i wsp., Expert consensus document: The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics, Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2017, t. 14, nr 8, s. 491-502.
- Salminen S., Collado M.C., Endo A. i wsp., The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics, Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2021, t. 18, nr 9, s. 649-667.
- Louis P., Flint H.J., Formation of propionate and butyrate by the human colonic microbiota, Environmental Microbiology, 2017, t. 19, nr 1, s. 29-41.
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 432/2012 z dnia 16 maja 2012 r. ustanawiające wykaz dopuszczonych oświadczeń zdrowotnych dotyczących żywności, innych niż oświadczenia odnoszące się do zmniejszenia ryzyka choroby oraz rozwoju i zdrowia dzieci.