การหมักของแบคทีเรียในลำไส้ใหญ่และกรดไขมันสายสั้น
การหมักของแบคทีเรียในลำไส้ใหญ่คือการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยจุลินทรีย์ประจำถิ่นหนาแน่นในลำไส้ใหญ่ของคาร์โบไฮเดรตในอาหารและแป้งที่ทนต่อการย่อยซึ่งหลุดรอดจากการย่อยและการดูดซึมในลำไส้เล็ก ผลิตภัณฑ์หลักคือกรดไขมันสายสั้น ได้แก่ อะซิเตต โพรพิโอเนต และบิวทิเรต ซึ่งทำให้โพรงลำไส้เป็นกรด ให้พลังงานแก่เซลล์เยื่อบุลำไส้ใหญ่และโฮสต์ และทำหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณ
Definition
การหมักของแบคทีเรียในลำไส้ใหญ่คือกระบวนการเมตาบอลิซึมแบบไม่ใช้ออกซิเจนของคาร์โบไฮเดรตที่ไม่ถูกย่อยในลำไส้ใหญ่โดยจุลินทรีย์ ซึ่งให้ผลผลิตเป็นกรดไขมันสายสั้น (ส่วนใหญ่คืออะซิเตต โพรพิโอเนต และบิวทิเรต) พร้อมกับก๊าซต่างๆ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงสารตั้งต้นและชุมชนจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการหมักในลำไส้ใหญ่ การผลิตและสัดส่วนโดยประมาณของกรดไขมันสายสั้นหลัก การดูดซึมและชะตากรรมทางเมตาบอลิซึม และบทบาทของบิวทิเรตในฐานะเชื้อเพลิงหลักของเซลล์เยื่อบุลำไส้ใหญ่ เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับสรีรวิทยาปกติ
Core questions
- สารตั้งต้นในอาหารชนิดใดบ้างที่ไปถึงลำไส้ใหญ่และถูกหมักที่นั่น?
- กรดไขมันสายสั้นชนิดใดบ้างที่ถูกผลิตขึ้น และในสัดส่วนโดยประมาณเท่าใด?
- กรดไขมันสายสั้นถูกดูดซึมและเมตาบอไลซ์โดยโฮสต์ได้อย่างไร?
- เหตุใดบิวทิเรตจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษต่อเยื่อบุผิวลำไส้ใหญ่?
Key concepts
- แป้งที่ทนต่อการย่อยและพอลิแซ็กคาไรด์ที่ไม่ใช่แป้งเป็นสารตั้งต้น
- การหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ย่อยสลายน้ำตาล
- อะซิเตต โพรพิโอเนต และบิวทิเรต
- อัตราส่วนโมลโดยประมาณ 60:20:20 ของกรดไขมันสายสั้นหลัก
- บิวทิเรตเป็นแหล่งพลังงานที่เซลล์เยื่อบุลำไส้ใหญ่ชอบ
- การทำให้โพรงลำไส้เป็นกรดโดยกรดไขมันสายสั้น
- ตัวรับกรดไขมันอิสระ (FFAR2/FFAR3) เป็นเซ็นเซอร์กรดไขมันสายสั้น
- เมตาบอลิซึมของกรดไขมันสายสั้นที่ถูกดูดซึมในตับและส่วนปลาย
Mechanisms
คาร์โบไฮเดรตในอาหารที่ไม่ถูกย่อยในลำไส้เล็ก ได้แก่ แป้งที่ทนต่อการย่อย พอลิแซ็กคาไรด์ที่ไม่ใช่แป้ง และโอลิโกแซ็กคาไรด์บางชนิด จะเดินทางไปถึงลำไส้ใหญ่ ซึ่งจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนจะทำการหมัก สารผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่โดดเด่นคือกรดไขมันสายสั้น ได้แก่ อะซิเตต โพรพิโอเนต และบิวทิเรต ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอยู่ในอัตราส่วนโมลประมาณ 60:20:20 พร้อมกับก๊าซไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และในบางบุคคลมีมีเทน ความเข้มข้นจะสูงสุดในลำไส้ใหญ่ส่วนต้น ซึ่งมีสารตั้งต้นมากที่สุด และจะลดลงเมื่อสารตั้งต้นถูกใช้ไป กรดส่วนใหญ่จะถูกดูดซึมผ่านเยื่อบุผิวลำไส้ใหญ่ บิวทิเรตจะถูกดูดซึมและออกซิไดซ์โดยเซลล์เยื่อบุลำไส้ใหญ่เป็นแหล่งพลังงานหลัก ในขณะที่อะซิเตตและโพรพิโอเนตจะเข้าสู่กระแสเลือดพอร์ทัล ซึ่งโพรพิโอเนตส่วนใหญ่จะถูกกำจัดโดยตับ และอะซิเตตจะเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตส่วนปลาย (Cummings et al., 1987; Bergman, 1990) นอกเหนือจากการให้พลังงานแล้ว กรดไขมันสายสั้นยังช่วยลดค่า pH ในโพรงลำไส้และทำหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณผ่านตัวรับกรดไขมันอิสระและกลไกอื่นๆ (den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016)
Clinical relevance
การหมักและการผลิตกรดไขมันสายสั้นเชื่อมโยงการบริโภคใยอาหาร จุลินทรีย์ในลำไส้ และการจัดหาพลังงานของเยื่อบุผิวลำไส้ใหญ่ และเป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาสำหรับความสนใจในใยอาหารและไมโครไบโอม ข้อมูลนี้อธิบายถึงสรีรวิทยาปกติและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการกำหนดอาหารหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
ปริมาณและชะตากรรมทางเมตาบอลิซึมที่สรุปไว้ที่นี่ได้มาจากการวัดกรดไขมันสายสั้นในเนื้อหาลำไส้ใหญ่และเลือดพอร์ทัลในมนุษย์ (Cummings et al., 1987) และจากการทบทวนทางสรีรวิทยาและชีวเคมี (Bergman, 1990; den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016) ไม่มีแนวทางปฏิบัติทางคลินิกใดที่ถูกอ้างถึงสำหรับหัวข้อสรีรวิทยาปกติในที่นี้
History
การรับรู้ว่าลำไส้ใหญ่ของมนุษย์เป็นอวัยวะที่ทำการหมักและผลิตกรดไขมันสายสั้นได้รับการยืนยันโดยการวัดของ Cummings และคณะในปี 1987 ในเนื้อหาลำไส้ใหญ่ของมนุษย์และเลือดพอร์ทัล ตับ และหลอดเลือดดำ โดยต่อยอดจากงานเปรียบเทียบเกี่ยวกับพลังงานของกรดไขมันระเหยง่าย (Bergman, 1990) การทบทวนในภายหลังได้รวมผลการวิจัยเหล่านี้เข้ากับจุลินทรีย์ในลำไส้และการส่งสัญญาณของโฮสต์ (den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016)
Key figures
- John H. Cummings
- George T. Macfarlane
- E. N. Bergman
- Fredrik Bäckhed
Related topics
Seminal works
- cummings-1987
- bergman-1990
- koh-2016
Frequently asked questions
- กรดไขมันสายสั้นคืออะไรและมาจากไหน?
- เป็นกรดอินทรีย์ขนาดเล็ก – ส่วนใหญ่คืออะซิเตต โพรพิโอเนต และบิวทิเรต – ที่ผลิตขึ้นเมื่อแบคทีเรียในลำไส้ใหญ่หมักคาร์โบไฮเดรตในอาหารและแป้งที่ทนต่อการย่อยซึ่งไม่ถูกดูดซึมในลำไส้เล็ก
- เหตุใดบิวทิเรตจึงถือว่ามีความสำคัญต่อลำไส้ใหญ่?
- บิวทิเรตเป็นแหล่งพลังงานที่เซลล์เยื่อบุลำไส้ใหญ่ ซึ่งเป็นเซลล์ที่บุลำไส้ใหญ่ ชอบใช้ โดยจะดูดซึมและออกซิไดซ์บิวทิเรตก่อนกลูโคส และเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลักของการหมักของแบคทีเรีย