Бактериальная ферментация в толстой кишке и короткоцепочечные жирные кислоты

Бактериальная ферментация в толстой кишке — это анаэробное расщепление плотной резидентной микробиотой толстого кишечника пищевых углеводов и резистентного крахмала, которые избежали переваривания и всасывания в тонком кишечнике. Основными продуктами являются короткоцепочечные жирные кислоты: ацетат, пропионат и бутират, которые подкисляют просвет кишки, обеспечивают энергией колоноциты и организм хозяина, а также действуют как сигнальные молекулы.

Definition

Бактериальная ферментация в толстой кишке — это микробный анаэробный метаболизм непереваренных углеводов в толстом кишечнике, в результате которого образуются короткоцепочечные жирные кислоты (главным образом ацетат, пропионат и бутират) вместе с газами.

Scope

Эта тема охватывает субстраты и микробные сообщества, участвующие в ферментации в толстой кишке, производство и приблизительные пропорции основных короткоцепочечных жирных кислот, их всасывание и метаболические судьбы, а также роль бутирата как основного топлива для колоноцитов. Это справочный материал по нормальной физиологии.

Core questions

• Какие пищевые субстраты достигают толстой кишки и ферментируются там?
• Какие короткоцепочечные жирные кислоты образуются и в каких приблизительных пропорциях?
• Как короткоцепочечные жирные кислоты всасываются и метаболизируются организмом хозяина?
• Почему бутират особенно важен для эпителия толстой кишки?

Key concepts

• Резистентный крахмал и некрахмалистые полисахариды как субстраты
• Анаэробная сахаролитическая ферментация
• Ацетат, пропионат и бутират
• Приблизительное молярное соотношение основных КЦЖК 60:20:20
• Бутират как предпочтительный источник энергии для колоноцитов
• Подкисление просвета кишки КЦЖК
• Рецепторы свободных жирных кислот (FFAR2/FFAR3) как сенсоры КЦЖК
• Печеночный и периферический метаболизм абсорбированных КЦЖК

Mechanisms

Пищевые углеводы, которые не перевариваются в тонком кишечнике — резистентный крахмал, некрахмалистые полисахариды и некоторые олигосахариды — достигают толстой кишки, где анаэробная микробиота ферментирует их. Доминирующими конечными продуктами являются короткоцепочечные жирные кислоты: ацетат, пропионат и бутират, обычно присутствующие в молярном соотношении примерно 60:20:20, а также газы водород, углекислый газ и, у некоторых людей, метан. Концентрации наиболее высоки в проксимальном отделе толстой кишки, где субстрат наиболее обилен, и снижаются дистально по мере потребления субстрата. Кислоты в значительной степени всасываются через эпителий толстой кишки; бутират преимущественно поглощается и окисляется колоноцитами как их основной источник энергии, в то время как ацетат и пропионат поступают в портальную кровь, где пропионат в значительной степени выводится печенью, а ацетат достигает периферического кровообращения (Cummings et al., 1987; Bergman, 1990). Помимо их калорийного вклада, короткоцепочечные жирные кислоты снижают pH просвета кишки и действуют как сигнальные молекулы через рецепторы свободных жирных кислот и другие пути (den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016).

Clinical relevance

Ферментация и производство короткоцепочечных жирных кислот связывают потребление пищевых волокон, микробиоту кишечника и энергетическое обеспечение эпителия толстой кишки, и они формируют физиологическую основу для интереса к волокнам и микробиому. Эта статья описывает нормальную физиологию и не является основой для индивидуальных диетических предписаний или лечения.

Evidence & guidelines

Количества и метаболические судьбы, обобщенные здесь, получены из измерений короткоцепочечных жирных кислот в содержимом толстой кишки и портальной крови человека (Cummings et al., 1987), а также из физиологических и биохимических обзоров (Bergman, 1990; den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016); для этой темы нормальной физиологии не приводится никаких клинических рекомендаций.

History

Признание того, что толстая кишка человека является ферментирующим органом, продуцирующим короткоцепочечные жирные кислоты, было закреплено измерениями Каммингса и его коллег в 1987 году в содержимом толстой кишки человека и портальной, печеночной и венозной крови, основываясь на сравнительных работах по энергетике летучих жирных кислот (Bergman, 1990). Последующие обзоры интегрировали эти данные с микробиотой кишечника и сигнализацией хозяина (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

Что такое короткоцепочечные жирные кислоты и откуда они берутся?

Это небольшие органические кислоты — главным образом ацетат, пропионат и бутират — образующиеся при ферментации бактериями толстой кишки пищевых углеводов и резистентного крахмала, которые не были абсорбированы в тонком кишечнике.

Почему бутират считается важным для толстой кишки?

Бутират является предпочтительным источником энергии для колоноцитов, клеток, выстилающих толстую кишку, которые поглощают и окисляют его вместо глюкозы; это один из основных продуктов бактериальной ферментации.