تخمیر باکتریایی روده بزرگ و اسیدهای چرب کوتاه زنجیر

تخمیر باکتریایی روده بزرگ، تجزیه بی‌هوازی کربوهیدرات‌های رژیمی و نشاسته مقاوم است که از هضم و جذب در روده کوچک گریخته‌اند، توسط میکروبیوتای متراکم ساکن در روده بزرگ انجام می‌شود. محصولات اصلی، اسیدهای چرب کوتاه زنجیر استات، پروپیونات و بوتیرات هستند که لومن را اسیدی می‌کنند، انرژی را برای سلول‌های روده بزرگ و میزبان فراهم می‌آورند و به عنوان مولکول‌های سیگنال‌دهنده عمل می‌کنند.

Definition

تخمیر باکتریایی روده بزرگ، متابولیسم بی‌هوازی میکروبی کربوهیدرات‌های هضم نشده در روده بزرگ است که منجر به تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر (عمدتاً استات، پروپیونات و بوتیرات) همراه با گازها می‌شود.

Scope

این موضوع به بسترهای (سوبستراها) و جوامع میکروبی درگیر در تخمیر روده بزرگ، تولید و نسبت‌های تقریبی اسیدهای چرب کوتاه زنجیر اصلی، جذب و سرنوشت متابولیکی آن‌ها، و نقش بوتیرات به عنوان سوخت اولیه سلول‌های روده بزرگ می‌پردازد. این یک منبع مرجع در مورد فیزیولوژی طبیعی است.

Core questions

• کدام سوبستراهای رژیمی به روده بزرگ می‌رسند و در آنجا تخمیر می‌شوند؟
• چه اسیدهای چرب کوتاه زنجیری تولید می‌شوند و با چه نسبت‌های تقریبی؟
• اسیدهای چرب کوتاه زنجیر چگونه توسط میزبان جذب و متابولیزه می‌شوند؟
• چرا بوتیرات برای اپیتلیوم روده بزرگ اهمیت ویژه‌ای دارد؟

Key concepts

• نشاسته مقاوم و پلی‌ساکاریدهای غیرنشاسته‌ای به عنوان سوبسترا
• تخمیر ساکارولیتیک بی‌هوازی
• استات، پروپیونات و بوتیرات
• نسبت مولی تقریبی 60:20:20 اسیدهای چرب کوتاه زنجیر اصلی
• بوتیرات به عنوان منبع انرژی ترجیحی سلول‌های روده بزرگ
• اسیدی شدن لومن توسط اسیدهای چرب کوتاه زنجیر
• گیرنده‌های اسید چرب آزاد (FFAR2/FFAR3) به عنوان حسگرهای اسیدهای چرب کوتاه زنجیر
• متابولیسم کبدی و محیطی اسیدهای چرب کوتاه زنجیر جذب شده

Mechanisms

کربوهیدرات‌های رژیمی که در روده کوچک هضم نمی‌شوند – نشاسته مقاوم، پلی‌ساکاریدهای غیرنشاسته‌ای و برخی الیگوساکاریدها – به روده بزرگ می‌رسند، جایی که میکروبیوتای بی‌هوازی آن‌ها را تخمیر می‌کند. محصولات نهایی غالب، اسیدهای چرب کوتاه زنجیر استات، پروپیونات و بوتیرات هستند که معمولاً با نسبت مولی تقریبی 60:20:20 وجود دارند، همراه با گازهای هیدروژن، دی‌اکسید کربن و در برخی افراد متان. غلظت‌ها در روده بزرگ پروگزیمال (ابتدایی) که سوبسترا فراوان‌تر است، بالاترین میزان را دارند و با مصرف سوبسترا به سمت دیستال (انتهایی) کاهش می‌یابند. اسیدها عمدتاً از طریق اپیتلیوم روده بزرگ جذب می‌شوند؛ بوتیرات به طور ترجیحی توسط سلول‌های روده بزرگ به عنوان منبع اصلی انرژی آن‌ها جذب و اکسید می‌شود، در حالی که استات و پروپیونات وارد خون پورتال می‌شوند، جایی که پروپیونات عمدتاً توسط کبد پاکسازی شده و استات به گردش خون محیطی می‌رسد (Cummings et al., 1987; Bergman, 1990). فراتر از سهم کالریک آن‌ها، اسیدهای چرب کوتاه زنجیر pH لومن را کاهش می‌دهند و از طریق گیرنده‌های اسید چرب آزاد و سایر مسیرها به عنوان مولکول‌های سیگنال‌دهنده عمل می‌کنند (den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016).

Clinical relevance

تخمیر و تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیر، مصرف فیبر رژیمی، میکروبیوتای روده و تامین انرژی اپیتلیوم روده بزرگ را به هم مرتبط می‌کنند و زمینه فیزیولوژیکی برای علاقه به فیبر و میکروبیوم را تشکیل می‌دهند. این مدخل فیزیولوژی طبیعی را توصیف می‌کند و مبنایی برای تجویز یا درمان رژیم غذایی فردی نیست.

Evidence & guidelines

مقادیر و سرنوشت‌های متابولیکی که در اینجا خلاصه شده‌اند، از اندازه‌گیری‌های انسانی اسیدهای چرب کوتاه زنجیر در محتویات روده بزرگ و خون پورتال (Cummings et al., 1987) و از بررسی‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی (Bergman, 1990; den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016) نشأت می‌گیرند؛ هیچ دستورالعمل بالینی برای این موضوع فیزیولوژی طبیعی ارائه نشده است.

History

شناخت اینکه روده بزرگ انسان یک اندام تخمیری تولیدکننده اسیدهای چرب کوتاه زنجیر است، با اندازه‌گیری‌های Cummings و همکارانش در سال 1987 در محتویات روده بزرگ انسان و خون پورتال، کبدی و وریدی، بر اساس کارهای مقایسه‌ای در مورد انرژی‌زایی اسیدهای چرب فرار (Bergman, 1990) تثبیت شد. بررسی‌های بعدی این یافته‌ها را با میکروبیوتای روده و سیگنال‌دهی میزبان ادغام کردند (den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016).

Key figures

• John H. Cummings
• George T. Macfarlane
• E. N. Bergman
• Fredrik Bäckhed

Seminal works

• cummings-1987
• bergman-1990
• koh-2016

Frequently asked questions

اسیدهای چرب کوتاه زنجیر چه هستند و از کجا می‌آیند؟

آنها اسیدهای آلی کوچکی هستند – عمدتاً استات، پروپیونات و بوتیرات – که زمانی تولید می‌شوند که باکتری‌های روده بزرگ، کربوهیدرات‌های رژیمی و نشاسته مقاوم را که در روده کوچک جذب نشده‌اند، تخمیر می‌کنند.

چرا بوتیرات برای روده بزرگ مهم تلقی می‌شود؟

بوتیرات منبع انرژی ترجیحی سلول‌های روده بزرگ، یعنی سلول‌های پوشاننده روده بزرگ است که آن را به جای گلوکز جذب و اکسید می‌کنند؛ این یکی از محصولات اصلی تخمیر باکتریایی است.