Χάρης Κανδηλώρος,Ενδοκρινολόγος,Διαβητολόγος
Διδάκτωρ. Τ. επιμελητής Πανεπιστημίου Nancy
[email protected]
Α. Περιγραφή
Με 100 τρισεκατομμύρια μικροοργανισμούς, η εντερική χλωρίδα, το σύνολο δηλαδή των μη παθογόνων μικροοργανισμών που διαβιούν στο γαστρεντερικό σωλήνα, αποτελεί την πολυπληθέστερη δεξαμενή μη παθογόνων μικροοργανισμών του ανθρώπινου σώματος, μεγαλύτερη από τις άλλες τρεις ομάδες, που είναι στο δέρμα, στη στοματική κοιλότητα και στη βλεννογόνο των γεννητικών οργάνων.
Οι μικροοργανισμοί αυτοί είναι κυρίως βακτήρια (90%), ως επί το πλείστον αναερόβια. Η εντερική χλωρίδα αποτελεί 60% της στερεάς μάζας των κοπράνων. Περιλαμβάνει 500 διαφορετικά είδη, αλλά ουσιαστικά 40 βακτήρια καλύπτουν 99% του συνόλου.
Η πυκνότητα της χλωρίδας είναι μικρή (103/γρ) στα αρχικά τμήματα του γαστρεντερικού σωλήνα και βαίνει αυξανόμενη προς το κόλον (1012/γρ).
Εντερικό μικροβίωμα ονομάζεται το σύνολο των γονιδίων που φέρει αυτή η τεράστια μάζα βακτηρίων, και υπολογίζεται ότι είναι 100 φορές μεγαλύτερη από το ανθρώπινο γονιδίωμα.
Πολλές λειτουργίες της εντερικής χλωρίδας είναι γνωστές από παλιά, όπως η προστασία από άλλα παθογόνα μικρόβια λόγω ανταγωνιστικού αποκλεισμού, η αφομοίωση ιχνοστοιχείων (ασβέστιο, μαγνήσιο, σίδηρος), η σύνθεση βιταμινών (Β1, Β9, Κ), η προστασία από καρκινογόνες ουσίες (ετεροκυκλικές αμίνες), το ανοσοποιητικό σύστημα του εντέρου (διέγερση παραγωγής IgA), η πέψη φυτικών ινών και πολυσακχαριτών με αποτέλεσμα την παραγωγή αερίων (μεθάνιο) και τέλος, η αφομοίωση λιπαρών οξέων μικρής αλύσου (SCFAs).
Ποσοστό 98% του συνόλου των βακτηρίων της εντερικής χλωρίδας ανήκουν σε τέσσερις κύριες συνομοταξίες:
Bacteroidetes 23% και Proteobacteria 8%, που είναι Gram (-)
Firmicutes 64% και Actinobacteria 3%, που είναι Gram (+).
Κάθε συνομοταξία περιλαμβάνει τάξεις, οικογένειες, γένη και είδη, όπως: Bacteroides, Prevotella, Fusobacterium, Escherichia, Clostridium, Lactobacillus, Bifidobacterium.
Εκτός από τα βακτήρια που είναι 90% της εντερικής χλωρίδας, υπάρχουν και τα αρχαία (10%), μικροοργανισμοί χωρίς μεμβράνες και χωρίς πυρήνα, που περιλαμβάνουν κάποια ενδιαφέροντα γένη και είδη, όπως τα Methanobacter Smithi.
Β. Φυσιολογία
Υπάρχουν μεγάλες διαφορές εντερικής χλωρίδας μεταξύ των ατόμων, ενώ αντίθετα, το ίδιο άτομο παρουσιάζει μικρές αλλαγές της χλωρίδας στη διάρκεια της ζωής του, τουλάχιστον μέχρι την ηλικία των 70 ετών.
Το γεγονός ότι η εντερική χλωρίδα των διδύμων έχει μεγάλη ομοιότητα, ενώ τα παντρεμένα ζευγάρια δεν έχουν μεγαλύτερη ομοιότητα από άτομα τυχαία, είναι μια ένδειξη ότι η κληρονομικότητα είναι πιο καθοριστικός παράγοντας από τους περιβαλλοντικούς παράγοντες.
Τα έμβρυα δεν έχουν χλωρίδα, αλλά το έντερό τους από τις πρώτες ώρες μετά την γέννηση αποικείται από τα βακτήρια της μητέρας και του περιβάλλοντος. Τα μωρά από φυσιολογικό τοκετό έχουν περισσότερα γένη Bacteroides, και Bifidobacterium, ενώ τα μωρά με καισαρική περισσότερα Clostridium. Όσα θηλάζουν έχουν περισσότερα γένη Lactobacillus και Bifidobacterium, ενώ όσα τρέφονται με βρεφικά γάλατα περισσότερα Bacteroides, Escherichia και Clostridium.
Έχουν βρεθεί και κάποιες γεωγραφικές διαφοροποιήσεις, με τις συνομοταξίες Bacteroidetes και Actinobacteria να είναι ελαφρώς πολυπληθέστερες στους Αφρικανούς, ενώ Proteobacteria και Firmicutes στους Ευρωπαίους. Η γήρανση επιφέρει μικρές αλλαγές, δηλαδή αύξηση των γενών Enterobacteria και Clostridium και αντίθετα μείωση των Lactobacillus και Bifidobacterium.
Γ. Εντερική χλωρίδα και λιπώδης ιστός.
Ι. Παρατηρήσεις στα τρωκτικά και στον άνθρωπο.
Το 2004 δημοσιεύτηκε η πρώτη μελέτη που εύρισκε κάποια σχέση της χλωρίδας με το σωματικό λίπος. Τρωκτικά αξενικά (χωρίς χλωρίδα, ή germ-free, ή Gnotobiotic) είχαν 40% λιγότερο λιπώδη ιστό από τρωκτικά με χλωρίδα. Εμπλουτισμός του εντέρου τους με χλωρίδα προκαλούσε αύξηση του λιπώδους ιστού κατά 57%. Επίσης, υπερλιπιδική διατροφή προκαλούσε μικρότερη αύξηση του λιπώδους ιστού σε αξενικά τρωκτικά από ότι στα τρωκτικά με χλωρίδα. Αυτό οδήγησε στην πρώτη σκέψη, ότι δηλαδή η εντερική χλωρίδα γενικά έχει κάποια σχέση με την παχυσαρκία.
Στη συνέχεια έγιναν μελέτες για να εξεταστεί ποιά βακτήρια ήταν υπεύθυνα. Παχύσαρκα τρωκτικά οb/οb, στερούμενα ως γνωστόν λεπτίνης, έχουν περισσότερα βακτήρια Firmicutes από Bacteroidetes.
Σε άλλη μελέτη, όταν εδόθη υπερθερμιδική διατροφή σε τρωκτικά προεκλήθη αύξηση του σωματικού βάρους και παράλληλα καταγράφηκε μείωση Bacteroidetes και αύξηση Firmicutes (ειδικότερα Mollicutes). Η αλλαγή αυτή ήταν αναστρέψιμη όταν έγινε επάνοδος στην προηγούμενη διατροφή, αυξήθηκαν δηλαδή τα Bacteroidetes και μειώθηκαν τα Firmicutes. Αυτό οδήγησε στη σκέψη ότι υπάρχουν διαφορές μεταξύ των βακτηρίων της χλωρίδας σε σχέση με την παχυσαρκία και την διατροφή.
Όταν χορηγήθηκε δίαιτα υπερλιπιδική σε τρωκτικά με resistin-like molecule-β (wild), ή χωρίς resistin-like molecule-β (KO knock out), πάχυναν όπως ήταν αναμενόμενο μόνο τα wild και όχι τα ΚΟ, αλλά παρόλα αυτά είχαν τις ίδιες αλλαγές στην χλωρίδα, δηλαδή μείωση Bacteroidetes και αύξηση Firmicutes. Αυτό οδήγησε στη σκέψη ότι η σύσταση της διατροφής μπορεί να είναι σημαντική για την χλωρίδα.
Όταν χορηγήθηκε εντερική χλωρίδα σε αξενικά τρωκτικά, η λήψη λίπους ήταν μεγαλύτερη (60%) όταν αυτή προερχόταν από παχύσαρκο τρωκτικό, παρά όταν προερχόταν από λεπτόσωμο ζώο (40%). Αυτή ήταν και η σημαντικότερη ένδειξη ότι αλλαγές της χλωρίδας ίσως να είναι αιτία και όχι αποτέλεσμα της παχυσαρκίας.
Σε ανθρώπους οι πρώτες παρατηρήσεις χρονολογούνται από το 2006.
Σε παχύσαρκους ενήλικες παρατηρήθηκαν χαμηλά επίπεδα Bacteroidetes και υψηλά Firmicutes, φαινόμενο αναστρέψιμο μετά από υποθερμιδική δίαιτα, άσχετα αν ήταν χαμηλή σε υδατάνθρακες ή σε λιπίδια.
Τα παιδιά στα οποία είχε καταγραφεί όταν ήταν ενός έτους χαμηλά επίπεδα Bacteroidetes και Bifidobacterium και υψηλά επίπεδα Staphylococcus Aureus, έγιναν σε μεγαλύτερο ποσοστό παχύσαρκα στην ηλικία των 7 ετών.
Σύντομα όμως άρχισαν να δημοσιεύονται μελέτες με αντιφατικά αποτελέσματα στον άνθρωπο, με αποτέλεσμα μετα-ανάλυση του 2012 να μην μπορεί να καταλήξει σε σαφές συμπέρασμα.
Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η μελέτη της εντερικής χλωρίδας παρουσιάζει δυσκολίες λόγω της διαφορετικότητας μεταξύ των ατόμων, της διαφορετικότητας ανάλογα με το τμήμα του εντέρου, του ότι πρόκειται συχνά για αναερόβια βακτήρια που δεν μπορούν να μελετηθούν με συμβατική καλλιέργεια. Έτσι αναπτύχθηκαν πολύπλοκες τεχνικές (rRNA16S, PCR, Dot plot hybridization, FISH fluorescence in situ hybridization, DNA microarrays) και η έρευνα επικεντρώθηκε στα γένη και στα είδη αντί στις συνομοταξίες. Επίσης αναπτύχθηκαν και in vitro μοντέλα κόλου για την μελέτη της επίδρασης προϊόντων ζύμωσης επί της εντερικής χλωρίδας (ΤΙΜ-2).
Στον άνθρωπο λοιπόν, προς το παρόν, τα πιο αξιόπιστα αποτελέσματα αφορούν τα Methanobacter Smithi και τα Bifidobacteria που φαίνεται να είναι χαμηλότερα στους ενήλικες παχύσαρκους. Τα Bifidobacteria επίσης φαίνεται να είναι χαμηλότερα στα νεογνά από εγκύους που πάχυναν πολύ και σε νεογνά που αργότερα στη ζωή τους έγιναν παχύσαρκα.
ΙΙ. Μηχανισμοί
Έχουν περιγραφεί, και αποτελούν στόχο της έρευνας, οι ακόλουθοι μηχανισμοί που προσπαθούν να εξηγήσουν πώς η εντερική χλωρίδα επηρεάζει τον λιπώδη ιστό.
1. Εξοικονόμηση ενέργειας τροφών. “Energy harvest’ hypothesis”.
Η εντερική χλωρίδα θα μπορούσε να αυξάνει την αποθήκευση ενέργειας με πολλούς τρόπους.
Τα βακτήρια είναι πλούσια σε ένζυμα glycoside hydrolases που διασπούν τα πολυσακχαρίδια σε μόνο- και δι-σακχαρίδια, ένζυμα β-fructosidase που διασπούν δι-σακχαρίδια φρουκτόζης και phosphotransferases που συμμετέχουν στην απορρόφηση απλών σακχάρων, όπως η γλυκόζη, η φρουκτόζη και η Ν-γαλακτοσαμίνη.
Τα βακτήρια διαθέτουν επίσης ένζυμα που βοηθούν στην μετατροπή της χολίνης σε μεθυλαμίνες, μειώνοντας έτσι την ποσότητα χολίνης που θα συμμετείχε στην δημιουργία VLDL, με τελικό αποτέλεσμα να αυξάνεται η αποθήκευση λίπους στο ήπαρ.
Τέλος, τα βακτήρια είναι πλούσια σε ένζυμα που διασπούν φυτικές ίνες όπως οι πεκτίνες και παράγουν λιπαρά οξέα μικράς αλύσσου (SCFAs), όπως το προπιονικό, που είναι υπόστρωμα της νεογλυκογένεσης στα ηπατοκύτταρο και το οξικό οξύ που είναι υπόστρωμα για de novo λιπογένεση στα ηπατοκύτταρα και λιποκύτταρα.
Το φορμικό οξύ μετατρέπεται κατ’ ευθείαν σε μεθάνιο, το οξικό οξύ μπορεί να απορροφηθεί κατ’ ευθείαν, όσο για τα προπιονικό, βουτυρικό και γαλακτικό, μετατρέπονται σε οξικό οξύ και υδρογόνο. Το υδρογόνο καθώς και το οξικό οξύ χρησιμοποιούνται από τα μεθανογόνα αρχαία, όπως το Μethanobacter Smithi.
Με το in vitro μοντέλο εγγύς κόλου ΤΙΜ-2, βρέθηκε ότι η παραγωγή SCFAs και γαλακτικού οξέως από ζύμωση galacto-oligosaccharides και lactulose ήταν χαμηλότερη όταν η εντερική χλωρίδα προερχόταν από λεπτά άτομα, παρά από παχύσαρκα. Παράλληλα παρατηρήθηκαν υψηλότερα επίπεδα Bacteroidetes στα λεπτά άτομα και υψηλότερα Firmicutes στα παχύσαρκα. Άρα πιθανόν η πρόσληψη ενέργειας από μη αφομοιώσιμα συστατικά να γίνεται με διαφορετικό τρόπο από την εντερική χλωρίδα των παχυσάρκων.
Μερικοί συγγραφείς υπολογίζουν την ανακτηθείσα ενέργεια από τα SCFAs σε10% (140-180 θερμίδες/μέρα) της συνολικής ενεργειακής πρόσληψης των παμφάγων ζώων (ποσοστό που φτάνει το 70% στα φυτοφάγα).
Άλλοι πάλι υπενθυμίζουν ότι το θερμιδικό περιεχόμενο των κοπράνων αξενικών και φυσιολογικών τρωκτικών δεν έχει μεγάλες διαφορές, κάτι που σημαίνει ότι υπάρχουν και άλλοι μηχανισμοί εκτός από την εξοικονόμηση ενέργειας τροφών.
2. Μείωση κινητικότητας εντέρου
Τα SFCs συνδέονται με τους υποδοχείς Gpr41 & 43 των εντεροενδοκρινών κυττάρων και προκαλούν την έκκριση ΡYΥ που καταστέλλει την εντερική κινητικότητα, μειώνει την ταχύτητα διέλευσης στο έντερο και έτσι αυξάνει την απορροφητικότητα.
3. Αύξηση αποθήκευσης λιπών
Τα χυλομικρά παράγονται μέσα στα εντεροκύτταρα & διοχετεύονται στην κυκλοφορία προς τα ηπατοκύτταρα & τα λιποκύτταρα.
Το ένζυμο Lipoprotein lipase (LPL) των ενδοθηλιακών κυττάρων διασπά τα τριγλυκερίδια των χυλομικρών σε γλυκερόλη και λιπαρά οξέα (ΛΟ), τα οποία είτε θα μεταφερθούν από τις ΗDL στα λιποκύτταρα, όπου θα χρησιμεύσουν στην ανασύνθεση των τριγλυκεριδίων, είτε θα οξειδωθούν στα μιτοχόνδρια σε ακυλ-καρνιτίνη και ακετυλοένζυμο CoA. Τα ένζυμα κλειδιά είναι η CarnitineAcylTransferase (CΑT) και η AcylcoA dehydrogenase. Από το ακετυλοένζυμο CoA χάρις στην δράση των ενζύμων Acetyl-CoA carboxylase (ΑCC) και Fatty acid synthase (FAS) θα ανασυντεθούν ΛΟ.
Η εντερική χλωρίδα καταστέλλει τα ένζυμα FIAF (Fasting-induced adipocyte Factor ή ANGPTL4 Angiopoietin protein 4) και AMPK (AMP-activated protein Kinase) και διεγείρει τα ένζυμα ACC και FAS με τελικό αποτέλεσμα να προάγει την απορρόφηση-αποθήκευση των ΛΟ στα τριγυκερίδια, να καταστέλλει την οξείδωση των ΛΟ και να αυξάνει τη σύνθεση των ΛΟ.
4. Αύξηση της φλεγμονής. “Mεταβολική ενδοτοξαιμία”.
Τα λιπο-πολυ-σακχαρίδια (LPSs) είναι μεγάλα γλυκολιπίδια συνδεδεμένα με την βακτηριακή μεμβράνη των Gram (-) μέσω των υποδοχέων TLRs του συμπλέγματος των υποδοχέων CD14/TLR4/MD2. H διέγερση από τα LPLs προκαλεί στρατολόγηση μετασχηματιστικών μορίων ΜyD88 και τελικά παραγωγή NF-kB υπεύθυνου για την μεταγραφή του DNA των φλεγμονοδών κυτοκινών και την παραγωγή τους αλλά και της amyloidA3 protein.
Σε μια μελέτη παρεντερική χορήγηση LPSs σε τρωκτικά προκάλεσε παχυσαρκία και ινσουλινοαντίσταση, όχι όμως στα ΚΟ (knock out) για τον υποδοχέα CD14 τρωκτικά.
Σε άλλη μελέτη βρέθηκε ότι υπερλιπιδιακή διατροφή προκαλεί μείωση των Bifidobacterium και Eubacterium (Furmicutes) και αύξηση της LPSs στην κυκλοφορία σε επίπεδα 10 φορές μικρότερα της οξείας φλεγμονής. Αυτό αποκαλείται «μεταβολική ενδοτοξαιμία» και συνοδεύεται από αύξηση TNF-α and interleukinIL-6
5. Μείωση κορεσμού
Έχει αναφερθεί ότι η LPLs συνδέεται με τους υποδοχείς TLR4 και διεγείρει την έκκριση χολεκυστοκινίνης CCK, προκαλώντας αίσθηση κορεσμού στην αρχή. Μετά όμως συνδέεται με τους TLR4 των νευρώνων και τους καθιστά αναίσθητους στην δράση της λεπτίνης, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται υπερφαγία.
Μια άλλη μελέτη αναφέρει ότι προσθήκη πρε-βιοτικών προάγει την διαφοροποίηση των L-κυττάρων του αρχικού τμήματος του κόλου και έτσι την αύξηση της παραγωγής GLP-1, το οποίο εκτός από την μείωση της γαστρικής κένωσης δρα στον υποθάλαμο & προκαλεί αίσθημα κορεσμού.
ΙΙΙ. Θεραπευτικές προεκτάσεις
Το ενδιαφέρον για πιθανή επέμβαση στη σύσταση της εντερικής χλωρίδας είναι φυσικά μεγάλο. Οι δύο βασικές κατηγορίες σκευασμάτων είναι τα πρε-βιοτικά και τα προ-βιοτικά.
Ως πρε-βιοτικά ορίζονται τα προϊόντα διατροφής τα οποία δεν αφομοιώνονται από το έντερο και προάγουν τον πολλαπλασιασμό και την δραστηριότητα ενός ή περιορισμένου αριθμού βακτηρίων της εντερικής χλωρίδας προς όφελος του οργανισμού. Τέτοια είναι τα galacto-oligosaccharides, τα inulin derivatives fructo-oligosaccharides, η lactulose και οι πεκτίνες
Προ-βιοτικά είναι σκευάσματα που περιέχουν βακτήρια, όπως για παράδειγμα Lactobacillus και Bifidobacterium.
Συν-βιοτικά ονομάζονται συνδυασμοί των δύο προηγούμενων.
Πρόκειται για ένα ενδιαφέρον πεδίο έρευνας, όχι μόνο για επιστημονικούς λόγους, αλλά και για το τεράστιο περιθώριο κερδοφορίας που θα μπορούσε να έχει.
Δ. Συμπεράσματα
Στα τρωκτικά αλλαγές της χλωρίδας (αύξηση των Bacteroidetes και μείωση των Firmicutes) μπορεί να προάγουν την δημιουργία παχυσαρκίας.
Στον άνθρωπο τα αποτελέσματα είναι προς το παρόν αντιφατικά, ίσως λόγω δυσκολιών στη μελέτη της εντερικής χλωρίδας.
Τα πιο αξιόπιστα αποτελέσματα αφορούν τα Methanobacter Smithi και τα Bifidobacteria, που είναι χαμηλότερα επί παχυσαρκίας.
Το θερμιδικό περιεχόμενο της τροφής μπορεί τελικά να μην αντικατοπτρίζει απόλυτα την προσλαμβανόμενη ενέργεια.
Η σύσταση της τροφής μπορεί να είναι σημαντικός παράγοντας στη λήψη βάρους και λόγω της επίδρασής της στην εντερική χλωρίδα.
Εντερική χλωρίδα υπήρχε και πριν την έξαρση της παχυσαρκίας. Άρα μπορεί η αλλαγή της σύσταση της τροφής τα τελευταία χρόνια να επηρεάζει την εντερική χλωρίδα και αυτή στη συνέχεια να επηρεάζει με τη σειρά της τον ξενιστή.
Η γαλουχία έχει σίγουρα θετική επίδραση στο νεογνό, εκτός των άλλων, και λόγω της καλύτερης διαφοροποίησης της εντερικής χλωρίδας.
Η χρήση αντιβιοτικών πρέπει να γίνεται «με το σταγονόμετρο», εκτός των άλλων, και για να μην διαταράσσει την εντερική χλωρίδα.
Η λήψη ικανής ποσότητας τροφών πλούσιων σε φυτικές ίνες έχει θετική επίδραση στην παχυσαρκία.
Δεν υπάρχουν ακόμα αρκετά στοιχεία για να επέμβουμε στην εντερική χλωρίδα με προ ή πρε βιοτικά. Χρειάζεται αναμονή συμπληρωματικών μελετών.
