Sự lên men của vi khuẩn đại tràng và các axit béo chuỗi ngắn

Sự lên men của vi khuẩn đại tràng là quá trình phân hủy kỵ khí, bởi hệ vi sinh vật cư trú dày đặc trong ruột già, carbohydrate trong chế độ ăn và tinh bột kháng đã thoát khỏi quá trình tiêu hóa và hấp thu ở ruột non. Các sản phẩm chính là các axit béo chuỗi ngắn axetat, propionat và butyrat, chúng làm axit hóa lòng ruột, cung cấp năng lượng cho tế bào biểu mô đại tràng và vật chủ, đồng thời hoạt động như các phân tử tín hiệu.

Definition

Sự lên men của vi khuẩn đại tràng là quá trình chuyển hóa kỵ khí của carbohydrate không tiêu hóa được trong ruột già, tạo ra các axit béo chuỗi ngắn (chủ yếu là axetat, propionat và butyrat) cùng với các khí.

Scope

Chủ đề này bao gồm các cơ chất và quần xã vi sinh vật liên quan đến quá trình lên men ở đại tràng, sự sản xuất và tỷ lệ gần đúng của các axit béo chuỗi ngắn chính, sự hấp thu và số phận trao đổi chất của chúng, và vai trò của butyrat như nhiên liệu chính cho tế bào biểu mô đại tràng. Đây là tài liệu tham khảo về sinh lý học bình thường.

Core questions

• Những cơ chất trong chế độ ăn nào đi đến đại tràng và được lên men ở đó?
• Những axit béo chuỗi ngắn nào được sản xuất và với tỷ lệ gần đúng là bao nhiêu?
• Các axit béo chuỗi ngắn được hấp thu và chuyển hóa bởi vật chủ như thế nào?
• Tại sao butyrat đặc biệt quan trọng đối với biểu mô đại tràng?

Key concepts

• Tinh bột kháng và polysacarit không tinh bột làm cơ chất
• Sự lên men đường kỵ khí
• Axetat, propionat và butyrat
• Tỷ lệ mol xấp xỉ 60:20:20 của các SCFA chính
• Butyrat là nguồn năng lượng ưu tiên của tế bào biểu mô đại tràng
• Sự axit hóa lòng ruột bởi SCFA
• Các thụ thể axit béo tự do (FFAR2/FFAR3) là cảm biến SCFA
• Chuyển hóa ở gan và ngoại vi của các SCFA được hấp thu

Mechanisms

Carbohydrate trong chế độ ăn không được tiêu hóa ở ruột non - tinh bột kháng, polysacarit không tinh bột và một số oligosacarit - đi đến đại tràng, nơi hệ vi sinh vật kỵ khí lên men chúng. Các sản phẩm cuối cùng chủ yếu là các axit béo chuỗi ngắn axetat, propionat và butyrat, thường có tỷ lệ mol xấp xỉ 60:20:20, cùng với các khí hydro, carbon dioxide và ở một số cá thể là metan. Nồng độ cao nhất ở đại tràng gần, nơi cơ chất phong phú nhất, và giảm dần về phía xa khi cơ chất được tiêu thụ. Các axit phần lớn được hấp thu qua biểu mô đại tràng; butyrat được ưu tiên hấp thu và oxy hóa bởi các tế bào biểu mô đại tràng như nguồn năng lượng chính của chúng, trong khi axetat và propionat đi vào máu tĩnh mạch cửa, nơi propionat phần lớn được gan loại bỏ và axetat đi vào tuần hoàn ngoại vi (Cummings et al., 1987; Bergman, 1990). Ngoài đóng góp calo, các axit béo chuỗi ngắn làm giảm pH lòng ruột và hoạt động như các phân tử tín hiệu thông qua các thụ thể axit béo tự do và các con đường khác (den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016).

Clinical relevance

Quá trình lên men và sản xuất axit béo chuỗi ngắn kết nối lượng chất xơ trong chế độ ăn, hệ vi sinh vật đường ruột và nguồn cung cấp năng lượng cho biểu mô đại tràng, và chúng tạo thành nền tảng sinh lý cho sự quan tâm đến chất xơ và hệ vi sinh vật. Mục này mô tả sinh lý học bình thường và không phải là cơ sở cho việc kê đơn hoặc điều trị chế độ ăn cá nhân.

Evidence & guidelines

Các số lượng và số phận trao đổi chất được tóm tắt ở đây bắt nguồn từ các phép đo axit béo chuỗi ngắn ở người trong chất chứa đại tràng và máu tĩnh mạch cửa (Cummings et al., 1987) và từ các đánh giá sinh lý và sinh hóa (Bergman, 1990; den Besten et al., 2013; Koh et al., 2016); không có hướng dẫn thực hành lâm sàng nào được viện dẫn cho chủ đề sinh lý học bình thường này.

History

Sự công nhận rằng đại tràng người là một cơ quan lên men sản xuất các axit béo chuỗi ngắn đã được củng cố bởi các phép đo của Cummings và các đồng nghiệp vào năm 1987 trên chất chứa đại tràng người và máu tĩnh mạch cửa, gan và tĩnh mạch, dựa trên công trình so sánh về năng lượng axit béo dễ bay hơi (Bergman, 1990). Các đánh giá tiếp theo đã tích hợp những phát hiện này với hệ vi sinh vật đường ruột và tín hiệu vật chủ (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

Axit béo chuỗi ngắn là gì và chúng đến từ đâu?

Chúng là các axit hữu cơ nhỏ - chủ yếu là axetat, propionat và butyrat - được tạo ra khi vi khuẩn đại tràng lên men carbohydrate trong chế độ ăn và tinh bột kháng không được hấp thu ở ruột non.

Tại sao butyrat được coi là quan trọng đối với đại tràng?

Butyrat là nguồn năng lượng ưu tiên của các tế bào biểu mô đại tràng, các tế bào lót đại tràng, chúng hấp thu và oxy hóa butyrat thay vì glucose; nó là một trong những sản phẩm chính của quá trình lên men của vi khuẩn.