Rola mikroflory w rozwoju otyłości

Otyłość w dzisiejszych czasach stała się pandemią – około 1,7 miliarda ludzi na świecie ma nadwagę. Światowa Organizacja Zdrowia ogłosiła otyłość globalną epidemią. Otyłość jest wynikiem zbyt dużego przyjmowania kalorii w stosunku do zapotrzebowania. Oprócz nadwyżki kalorycznej, do otyłości przyczynia się także siedzący tryb życia, brak aktywności fizycznej, wzorce jedzeniowe, czy nawet czynniki kulturowe, czy środowiskowe [4].

Nadwaga i otyłość zwiększają ryzyko chorób sercowo-naczyniowych, cukrzycy typu 2, dyslipidemii, przedwczesnej śmierci, choroby wątroby i dróg żółciowych, a także raka płuc, piersi, macicy i jajnika [3].

Mikroflora człowieka

Ciało ludzkie to nie tylko złożona grupa tkanek, narządów czy układów, ale także różnych gatunków mikroorganizmów, które towarzyszą człowiekowi od urodzenia aż do śmierci [4].

Mikroorganizmy, które znajdują się u osób zdrowych, uważane są za normalną mikroflorę, która jest określona jako zbiór populacji drobnoustrojów w poszczególnych narządach i układach w pewnych stosunkach jakościowych i ilościowych, które wspierają równowagę biochemiczną, metaboliczną i immunologiczną organizmu gospodarza, niezbędną do utrzymania zdrowia.

Mikrobiota ludzka obejmuje setki różnych gatunków o łącznej liczbie komórek powyżej 10^¹¹-10^¹³. Co więcej, skład gatunkowy drobnoustrojów zależy od zamieszkiwanych narządów. Największa liczba mikroorganizmów występuje w siedliskach przewodu pokarmowego. Każda część układu trawiennego charakteryzuje się różnym składem flory bakteryjnej (Tabela 1) [4].

Tabela 1. Zawartość i skład mikroflory w różnych częściach przewodu pokarmowego u człowieka  zdrowego [na podstawie Kobyliak N. i in., 2016]

Fragment przewodu pokarmowego	Liczba komórek mikroorganizmów na 1 g		Dominująca mikroflora
–	Mikroflora przekroju	Mikroflora powierzchniowa	–
Jama ustna	10^8 –10^9	10^11–10^12	Streptococcus (60–90 %), Lactobacillus, Bifidobacterium, Propionibacterium, Bacteroides, Actinomyces
Żołądek	10^2 –10^3	10^5 –10^6	Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus
Proksymalny odcinek jelita cienkiego	10^3 –10^5	10^10–10^11	Streptococcus, Lactobacillus, Enterococcus, Bifidobacterium, Escherichia
Dystalny odcinek jelita cienkiego	10^8 –10^10	10^10–10^12	Lactobacillus, Escherichia, Enterococcus, Bacteroides, Bifidobacterium
Okrężnica	10^11–10^12	10^10–10^12	Bifidobacterium, Lactobacillus, Propionibacterium, Bacteroides – 90–95 %, Escherichia, Enterococcus – 5–10 %

Skład mikroflory jelitowej w przypadku otyłości

Najnowsze dowody sugerują, że mikroflora jelitowa bierze udział w kontrolowaniu masy ciała, równowadze energetycznej oraz wywołuje stan zapalny. Odgrywa więc ona ważną rolę w patofizjologii otyłości. Wykazano, że prebiotyki i probiotyki zmieniają skład mikroflory jelitowej i wpływają na przyjmowanie pokarmu, apetyt, masę ciała i skład, a także funkcje metaboliczne poprzez szlaki żołądkowo-jelitowe i modulację społeczności bakterii jelitowych [4].

Backhed i wsp. byli pionierami w badaniu roli mikroflory okrężnicy w regulacji metabolizmu. Dalsze badania wykazały, że skład mikroflory jelitowej jest zmieniony u osób z nadwagą. Zatem mikrobiocenozę jelitową można uznać za czynnik środowiskowy, który moduluje rozwój otyłości.

Wykazano, że długotrwałe spożywanie diety wysokotłuszczowej znacząco zmieniło skład mikroflory okrężnicy u myszy, prowadząc do obniżenia poziomów Bifidobacterium i Lactobacillus, o których wiadomo, że dają wiele pozytywnych efektów fizjologicznych, np. poprawę funkcji bariery błony śluzowej jelit. Nastąpił także wzrost poziomu Firmicutes i Proteobacteria, które obejmują gatunki chorobotwórcze.

Różne badania wykazały zmniejszenie liczebności bakterii z rodzaju Bacteroides (Phylum Bacteroidetes) i wzrost Bacillaceae, Clostridiaceae i innych przedstawicieli typu Firmicutes. Inni spekulują, że nie stosunek Firmicutes i Bacteroidetes jest ważny w otyłości, ale podkreślają zmienione proporcje Actinobacteria u osób otyłych [4].

W 2006 roku, Turnbaugh i wsp. przeprowadzili badanie,w którym przeszczepili bakterie jelitowe odpowiednio z jelita otyłych myszyoraz z jelita myszy o prawidłowej masie ciała dwóm grupom myszy ze sterylnym przewodem pokarmowym. Obie grupy otrzymywały taką samą dietę. Wykazano, żeistnieje związek pomiędzy florą jelitową a otyłością. Obserwacje pokazały, że myszy ze sterylnym przewodem pokarmowym, z przeszczepioną florą od myszy z nadmiarem masy ciała także stały się otyłe [6].

Wiele badań wykazało ścisły związek między dietą a mikroflorą, wskazując, w jaki sposób skład różnych diet będzie bezpośrednio wpływał na mikroflorę jelitową. Tabela 2 zawiera podsumowanie ostatnich badań dotyczących zmian w mikroflorze jelitowej po spożyciu różnych rodzajów diet, które mają różne poziomy cukru, tłuszczu i białka [1].

Tabela 2. Wpływ różnych diet na skład mikroflory jelitowej [na podstawie Baothman O. A. i in., 2016].

Typ diety	Działanie na mikroflorę
Dieta wysokotłuszczowa	Zmniejszenie rodzaju Clostridia w jelicie krętym. Zwiększenie Bacteroidale w jelicie grubym   Zwiększenie liczby Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., Bacteroides spp. i Enterococcus spp. Zmniejszenie Clostridium leptum i Enterobacter spp.   Zwiększenie Firmicute. Zwiększone Enterobecteriaceae zwiększają Bacteroidale, Clostridiales i Enterobacteriales.
Dieta wegetariańska	Zmniejszenie Acteroides spp., Bifidobacterium spp., Escherichia coli i Enterobacteriaceae spp.   Zmniejszenie Enterobacteriaceae i zwiększenie Bacteroides   Zwiększenie Bacteroidetes i zmniejszenie Firmicutes i Enterobacteriaceae
Dieta niskokaloryczna	Zmniejszenie Firmicutes w stosunku do Bacteroidetes

Mikrobiota jelitowa a równowaga energetyczna

Mikroflora jelitowa pomaga magazynować energię i zwiększa ilość tłuszczu w organizmie. Myszy wolne od drobnoustrojów mają o 40% mniej tkanki tłuszczowej całkowitej niż u myszy normalnych, chociaż spożywają o 29% więcej kalorii niż ich tradycyjnie hodowane odpowiedniki. Myszy wolne od zarazków również mają mniejszą wagę niż myszy hodowane normalnie i są chronione przed nietolerancją glukozy wywołaną dietą i rozwojem insulinooporności [2].

Aktywności metaboliczne mikroflory jelitowej ułatwiają pobieranie kalorii z substancji, pomagają przechowywać te kalorie w tkance tłuszczowej gospodarza do późniejszego wykorzystania oraz dostarczają energię i składniki odżywcze do wzrostu i proliferacji drobnoustrojów. Indywidualne różnice w odzyskiwaniu energii mogą dostarczyć fizjologicznego wyjaśnienia dla obserwacji, że niektórzy otyli pacjenci nie wydają się przejadać. Rzeczywiście, zasugerowano, że mikroflora jelitowa człowieka ma określoną wydajność metaboliczną i że pewne cechy kompozycji mikrobiota mogą predysponować do otyłości [3].

Zmiany w mikroflorze jako element terapii

Najlepszą metodą leczenia otyłości i zapobiegania cukrzycy typu 2 jest wprowadzenie trwałych zmian w diecie oraz zwiększenie różnego rodzaju aktywności fizycznej. Celem jest redukcja dodatniego bilansu energetycznego. Stosowanie prebiotyków i probiotyków może przyczynić się do zmian w składzie mikroflory jelitowej i częściowo zapobiegać chorobom metabolicznym. Innym równie prostym sposobem, aby zmienić mikroflorę jelitową jest spożywanie mlecznych produktów fermentowanych, a także kapusty kiszonej czy też kiszonych ogórków [5].

Źródło:

1. Baothman O. A., Zamzami M. A., Taher I.,  Abubaker J., Abu-Farha M. (2016): The role of Gut Microbiota in the development of obesity and Diabetes. Lipids in Health and Disease 15:108
2. Boulangé L., Neves A. L., Chilloux J., Nicholson J. K., Dumas M. (2016): Impact of the gut microbiota on inflammation, obesity, and metabolic disease. Genome Medicine 8:42
3. Dibaise J. K., Zhang H., Crowell M. D., Krajmalnik- Brown R., Decker A., Rittmann B.(2008): Gut Microbiota and Its Possible Relationship With Obesity. Mayo Clin Proc. 83(4):460-469
4. Kobyliak N., Virchenko O., Falalyeyeva T. (2016): Pathophysiological role of host microbiota in the development of obesity. Nutrition Journal 15:43.
5. Stachowicz N., Kiersztan A. (2013): Rola mikroflory jelitowej w patogenezie otyłości i cukrzycy. Postepy Hig Med Dosw 67: 288-303.
6. Turnbaugh P.J., Ley R.E., Mahowald M.A. i wsp. An obesity-associated gutmicrobiome with increased capacity for energy harvest. Nature 2006; 444:1027–1031.