Keď premýšľame o zdraví srdca a metabolizmu, zvyčajne nás napadne cholesterol, krvný tlak, cukor v krvi, nadváha alebo pohyb. Len málokto si spoji metabolizmus, metabolické zdravie a črevné baktérie. V našom tráviacom trakte žije obrovské množstvo mikroorganizmov. Spoločne vytvárajú črevný mikrobióm (spoločenstvo baktérií a ďalších mikroorganizmov žijúcich v čreve). Tieto mikroorganizmy nie sú iba pasívnymi obyvateľmi čreva. Neustále spracúvajú zvyšky potravy a vytvárajú množstvo látok, ktoré následne komunikujú s bunkami čreva, imunitným systémom a metabolizmom. Výsledkom je fascinujúce prepojenie: potrava → mikrobióm → mikrobiálne metabolity → črevná bariéra → imunita a zápal → metabolizmus → cievy a srdce.
Črevný mikrobióm môžeme prirovnať k chemickej továrni
Jedným z najväčších omylov je predstava, že črevné baktérie iba pomáhajú tráviť potravu. Ich význam je podstatne väčší. Predstavme si črevo ako obrovskú biologickú továreň. Do továrne prichádzajú suroviny – zložky našej potravy. Časť spracujeme vlastnými tráviacimi enzýmami, ale niektoré látky nedokážeme úplne stráviť. Typickým príkladom je vláknina. Tá môže pokračovať až do hrubého čreva, kde sa stáva potravou pre určité črevné mikroorganizmy. Baktérie ju začnú fermentovať (mikrobiálne rozkladať). Vznikajú nové biologicky aktívne látky.
Medzi najdôležitejšie patria SCFA – short-chain fatty acids (mastné kyseliny s krátkym reťazcom).
Najvýznamnejšie sú:
butyrát – kyselina maslová,
propionát – kyselina propiónová,
acetát – kyselina octová.
Ich tvorba závisí od toho, akú potravu človek konzumuje, koľko obsahuje fermentovateľnej vlákniny, ako rýchlo obsah prechádza črevom a aké mikroorganizmy v čreve žijú.
Práve SCFA predstavujú jeden z dôležitých spôsobov, ako môžu baktérie v čreve komunikovať so zvyškom nášho tela.
Butyrát: keď baktérie vyrábajú potravu pre naše vlastné bunky
Jedným z najzaujímavejších mikrobiálnych metabolitov je butyrát. Metabolit znamená jednoducho látku, ktorá vznikne pri metabolickom spracovaní inej látky. V tomto prípade baktérie spracujú určité zložky potravy a jedným z výsledných produktov je butyrát. Butyrát predstavuje významný zdroj energie pre kolonocyty (bunky vystielajúce hrubé črevo).
Inými slovami: my nakŕmime baktérie vlákninou a baktérie následne vytvoria látku, ktorou môžu byť podporované naše črevné bunky.
Tým sa vytvára veľmi zaujímavá spolupráca medzi človekom a jeho mikrobiómom. Butyrát však nie je dôležitý iba ako zdroj energie. Súvisí aj s udržiavaním správnej funkcie črevnej bariéry. Práve tu sa dostávame k možnému prepojeniu medzi črevom, zápalom a kardiometabolickým zdravím.
Črevná bariéra: hranica medzi baktériami a naším telom
V čreve žijú bilióny mikroorganizmov a nachádza sa tam obrovské množstvo ich produktov. Napriek tomu sa za normálnych okolností nedostávajú nekontrolovane do krvného obehu.
Prečo?
Pretože črevná sliznica vytvára veľmi účinnú črevnú bariéru (ochrannú vrstvu oddeľujúcu obsah čreva od vnútorného prostredia organizmu). Jej úloha je náročná. Musí umožniť vstrebávanie vody a živín, ale súčasne brániť tomu, aby cez ňu vo veľkom prenikali baktérie a ich nežiaduce zložky. Jedným z jej ochranných mechanizmov sú tzv. tight junctions (tesné spojenia medzi susednými črevnými bunkami). Môžeme si ich predstaviť ako zips spájajúci jednotlivé bunky. Keď zips dobre tesní, bariéra funguje. Keď sa jeho funkcia zhorší, črevná stena môže byť priepustnejšia. Butyrát podľa experimentálnych poznatkov môže podporovať tvorbu bielkovín týchto tesných spojení, integritu ochrannej hlienovej vrstvy a zároveň ovplyvňovať niektoré zápalové signálne dráhy. Toto je dôležité nielen pre samotné črevo.
Ako sa problém v čreve môže preniesť do celého organizmu?
Jednou z látok, ktorým vedci venujú veľkú pozornosť, je LPS – lipopolysacharidy. Ide o súčasť vonkajšej membrány určitých baktérií. Pokiaľ zostáva tam, kde má – v čreve – situácia je iná, než keď sa jeho zložky vo zvýšenej miere dostávajú cez narušenú črevnú bariéru do vnútorného prostredia. Imunitný systém totiž LPS dokáže rozpoznať ako signál spojený s baktériami. Ak je potom imunitný systém dlhodobo mierne stimulovaný, môže sa podporovať chronický nízkostupňový zápal (dlhodobá, mierna aktivácia zápalových mechanizmov bez typických prejavov akútneho zápalu). Nejde teda o zápal, pri ktorom človek dostane horúčku a cíti sa chorý. Môže ísť o oveľa nenápadnejší proces prebiehajúci dlhodobo na pozadí.
Narušená črevná bariéra, zvýšený prestup LPS a nízkostupňový systémový zápal sa dávajú do súvislosti s inzulínovou rezistenciou, poruchou funkcie endotelu a progresiou aterosklerotického ochorenia. Preložme si tieto pojmy do bežnej reči.
- Inzulínová rezistencia znamená, že bunky reagujú na inzulín slabšie, než by mali. Organizmus preto potrebuje viac inzulínu na udržanie normálnej hladiny glukózy.
- Endotel je veľmi tenká vrstva buniek vystielajúca vnútorný povrch ciev. Nie je to iba „tapeta“ cievy. Aktívne ovplyvňuje jej rozširovanie, zrážanie krvi, zápal a ďalšie procesy.
- Ateroskleróza je dlhodobý proces poškodzovania a prestavby steny tepien spojený okrem iného s ukladaním lipidov a tvorbou aterosklerotických plátov.
Zrazu teda vidíme možné spojenie:
črevo → črevná bariéra → imunitný systém → zápal → metabolizmus a cievy.
SCFA: malé molekuly s veľkým dosahom
Butyrát nie je jedinou dôležitou SCFA. Každá z troch hlavných mastných kyselín s krátkym reťazcom sa v organizme správa trochu inak.
Butyrát – ochranca črevného prostredia
Butyrát je významným palivom pre bunky hrubého čreva a spája sa s podporou črevnej bariéry a reguláciou imunitných a zápalových mechanizmov.
Propionát – spojenie čreva s pečeňou
Propionát sa po vstrebaní dostáva predovšetkým do pečene.
Tam môže zasahovať do glukoneogenézy (procesu, pri ktorom pečeň vytvára glukózu) a metabolizmu tukov.
Acetát – cestovateľ po organizme
Acetát sa vo väčšej miere dostáva do systémového krvného obehu, a teda môže putovať aj do vzdialenejších tkanív.
Podieľa sa na energetickom metabolizme a neuroendokrinnej signalizácii (komunikácii medzi nervovým a hormonálnym systémom).
Črevné baktérie teda môžu vyrábať malé molekuly, ktorých význam sa nekončí v čreve.
Čo majú črevné baktérie spoločné s cukrom v krvi?
Veľmi zaujímavá je súvislosť medzi SCFA a inzulínovou senzitivitou (citlivosťou buniek na inzulín). Inzulín môžeme prirovnať ku kľúču. Po jedle stúpne koncentrácia glukózy v krvi. Pankreas vytvorí inzulín a ten dá bunkám signál, aby glukózu prijímali a využívali. Ak bunky na inzulín reagujú dobre, metabolizmus funguje efektívnejšie. Ak naň reagujú slabo, vzniká inzulínová rezistencia.
Štúdie spájajú vyššiu dostupnosť SCFA s lepšou citlivosťou na inzulín, nižšími triglyceridmi, menším množstvom viscerálneho tuku a nižšou expresiou niektorých zápalových markerov.
Viscerálny tuk je tuk uložený hlbšie v brušnej dutine okolo vnútorných orgánov. Z metabolického hľadiska je aktívnejší než obyčajný podkožný tuk a jeho nadbytok sa spája s vyšším kardiometabolickým rizikom.
Triglyceridy sú tuky cirkulujúce v krvi a zároveň významná forma, v ktorej si telo ukladá energiu.
Výskum mikrobiómu preto nie je iba témou trávenia. Dostáva sa priamo do oblasti obezity, inzulínovej rezistencie, diabetu 2. typu a kardiovaskulárneho zdravia.
Črevné baktérie dokážu „komunikovať“ s hormonálnym systémom
Niektoré SCFA môžu ovplyvňovať bunky čreva produkujúce hormóny.
Butyrát a propionát môžu aktivovať receptory FFAR2 a FFAR3 (špeciálne bielkoviny na povrchu buniek schopné rozpoznať určité mastné kyseliny). Tieto receptory sa nachádzajú okrem iného na enteroendokrinných L-bunkách (špecializovaných hormonálnych bunkách čreva). Po ich aktivácii sa môže podporiť uvoľňovanie hormónov GLP-1 a PYY. PYY sa podieľa okrem iného na regulácii sýtosti. A GLP-1? Ten sa stal jedným z najznámejších metabolických hormónov súčasnosti.
GLP-1: hormón, ktorý spája črevo, pankreas a mozog
GLP-1 (glukagónu podobný peptid 1) je hormón produkovaný predovšetkým v čreve po príjme potravy. Pomáha koordinovať odpoveď organizmu na jedlo a je súčasťou tzv. inkretínového systému (hormonálneho systému čreva, ktorý pomáha regulovať metabolickú odpoveď po jedle). Práve GLP-1 je zároveň cieľom moderných liekov používaných pri obezite a diabete.
A tu vzniká veľmi zaujímavý biologický okruh: vláknina v potrave → črevné baktérie → fermentácia → butyrát a propionát → receptory FFAR2/FFAR3 → GLP-1 a PYY → metabolické a hormonálne signály.
Črevo teda nie je iba miesto, kde sa vstrebávajú kalórie. Je to zároveň hormonálny orgán a jeho mikroorganizmy môžu do tejto hormonálnej komunikácie nepriamo vstupovať.
Črevo a srdce spolu komunikujú
V posledných rokoch vznikol pojem gut–heart axis (os črevo–srdce). Nejde o jednu konkrétnu anatomickú dráhu. Je to označenie pre súbor mechanizmov, prostredníctvom ktorých môžu črevné mikroorganizmy, ich metabolity, črevná bariéra a imunitný systém ovplyvňovať kardiovaskulárny systém a naopak. SCFA môžu ovplyvňovať napríklad:
- systémový zápal
- funkciu endotelu
- metabolizmus tukov v pečeni
- cievnu signalizáciu
Všetky tieto procesy sú relevantné pre rozvoj kardiometabolických ochorení.
Čo znamená dysbióza?
Často sa stretávame s tvrdením, že človek má „dobré“ alebo „zlé“ črevné baktérie. Takéto vysvetlenie je príliš jednoduché. Oveľa presnejší je pojem dysbióza (narušenie rovnováhy alebo funkcie črevného mikrobiálneho spoločenstva).Dôležité totiž nie je iba to, aké baktérie v čreve máme, ale aj:
- čo robia
- čím sa živia
- aké metabolity vytvárajú
- ako spolupracujú s ostatnými mikroorganizmami
- ako na ich produkty reaguje náš organizmus
Pre metabolické zdravie môže byť preto významná tzv. funkčná kapacita mikrobiómu – teda jeho schopnosť vykonávať užitočné metabolické procesy. Jedným z nich je práve tvorba SCFA. Črevné prostredie s nižšou mikrobiálnou diverzitou (rozmanitosťou mikroorganizmov) a zníženou tvorbou SCFA môže mať horšiu schopnosť podporovať niektoré adaptačné mechanizmy.
Čím vlastne „kŕmime“ svoj mikrobióm?
Mikrobióm sa čiastočne prispôsobuje tomu, aké látky mu pravidelne dodávame. Pre produkciu SCFA sú dôležité najmä fermentovateľné zložky potravy ako napr. rezistentný škrob, inulín, FOS a PHGG, ako aj stravovanie bohatšie na vlákninu a polyfenoly.
Vysvetlime si ich.
Rezistentný škrob je škrob, ktorý odoláva tráveniu v tenkom čreve a vo väčšej miere sa dostáva do hrubého čreva, kde môže byť fermentovaný baktériami.
Inulín a FOS (fruktooligosacharidy) sú fermentovateľné sacharidy, ktoré môžu slúžiť ako substrát pre určité črevné baktérie.
Takéto látky sa často označujú ako prebiotiká (látky, ktoré sú využívané mikroorganizmami a môžu podporovať prospešné zmeny v črevnom prostredí).
Črevo môže ovplyvňovať srdce – ale nie jednou jednoduchou cestou
Najväčším prínosom súčasného výskumu mikrobiómu je zmena nášho pohľadu na ľudský metabolizmus.
Kedysi sme jednotlivé orgány vnímali oveľa izolovanejšie:
- črevo trávi
- pankreas riadi cukor
- pečeň spracúva živiny
- tukové tkanivo skladuje energiu
- srdce pumpuje krv
Dnes vidíme, že ide o jednu veľkú komunikačnú sieť. Črevo vysiela hormonálne signály. Baktérie vytvárajú metabolity. Imunitný systém reaguje na stav črevnej bariéry. Pečeň spracúva látky pochádzajúce z čreva. Mozog dostáva informácie o sýtosti a energetickom stave. Cievy reagujú na metabolické a zápalové prostredie celého organizmu.
Preto môže byť vhodnejšie chápať mikrobióm nie ako samostatný orgán, ktorý „spôsobuje“ alebo „lieči“ ochorenia, ale ako jeden z regulátorov rozsiahlej metabolickej siete.
Záver
Črevný mikrobióm nám ukazuje, že metabolické zdravie sa nezačína ani nekončí pri čísle na váhe, cholesterole či cukre v krvi. Pod povrchom existuje komplikovaná komunikačná sieť medzi potravou, mikroorganizmami, črevnou stenou, imunitou, hormónmi, pečeňou, tukovým tkanivom a cievami. Čoraz viac preto začíname chápať, že starostlivosť o črevné prostredie môže byť jedným z dielikov oveľa väčšej skladačky kardiometabolického zdravia. Nie preto, že by „zdravé baktérie“ boli zázračným liekom na srdce. Ale preto, že črevo nie je od zvyšku tela oddelené. Je s ním v neustálom biologickej komunikácii a mikrobióm je jedným z jeho najaktívnejších účastníkov.
Zdravie nie je všetko, ale je to najdôležitejšie, čo máme
Andrej Medveď a jeho team