Мы в соцсетях:
Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК): значение, особенности анализа и клиническая роль
Список сокращений:
КЦЖК — короткоцепочечные жирные кислоты;
ВЗК — воспалительные заболевания кишечника;
VOC — летучие органические соединения;
ПК — проницаемость кишечника; избыточная проницаемость, так называемый leaky gut syndrome.
Что такое короткоцепочечные жирные кислоты?
Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) — это летучие органические метаболиты, которые образуются в результате ферментации углеводов микробиотой кишечника. Основными представителями КЦЖК являются ацетат, пропионат и бутират. Эти соединения играют ключевую роль в поддержании здоровья кишечника, обеспечивая энергию для эпителиальных клеток, модулируя воспалительные процессы и влияя на обмен веществ в организме.
Почему анализ КЦЖК проводят по моче, а не по калу?
Особенностью КЦЖК является их летучесть. После образования в кишечнике они быстро всасываются, попадая в кровоток, и выводятся с мочой. Анализ мочи на КЦЖК позволяет:
получить точное представление об их концентрации в организме;
оценить активность бактерий, а не только их количество, что является преимуществом перед ПЦР и микробиологическим посевом кала.
В отличие от анализа кала, который может показать лишь наличие или отсутствие определенных видов бактерий, исследование мочи на КЦЖК отражает функциональную активность микробиоты.
Как проводится анализ на КЦЖК?
За 24–48 часов до сбора мочи исключаются определенные продукты, которые могут повлиять на результаты анализа (например, богатые КЦЖК или специфическими метаболитами). Уточняется прием лекарственных препаратов, которые могут искажать результаты. Перед сбором мочи проводят тщательную интимную гигиену для минимизации загрязнения образца.
Продукты, которые нужно исключить:
1. Богатые летучими жирными кислотами или их предшественниками
Квашеная капуста, кимчи и другие ферментированные продукты.
Продукты, содержащие уксусную кислоту (например, уксус, маринованные овощи).
2. С высоким содержанием клетчатки и устойчивого крахмала
Бобовые: фасоль, чечевица, горох.
Зелёные бананы, картофель.
Злаковые с высоким содержанием пищевых волокон (овсянка, цельнозерновой хлеб).
3. Продукты с высоким содержанием аминов и фенолов (могут искажать общий спектр метаболитов)
Шоколад и какао.
Зрелые сыры.
Красное мясо и колбасы.
4. Фрукты и соки, богатые фруктозой и сахароспиртами
Яблоки, груши, манго.
Фруктовые соки.
5. Алкоголь и кофеин
Любые алкогольные напитки (особенно ферментированные, например, пиво или вино).
Кофе, чай, энергетики.
6. Продукты с искусственными добавками
Сладости, содержащие подсластители (сорбит, ксилит, аспартам).
Продукты с красителями, консервантами и ароматизаторами.
Рекомендации по питанию перед сбором анализа:
Основу рациона должны составлять легко усвояемые продукты: белый рис, отварное куриное мясо, яйца, нежирные молочные продукты (если нет противопоказаний).
Избегать острых, жирных и чрезмерно солёных блюд.
Соблюдать режим гидратации (пить чистую воду, избегая сладких и газированных напитков).
Забор образца:
Для анализа ХМС требуется средняя порция первой утренней мочи, так как она более концентрированная и отражает метаболические процессы за ночь.
Одним из важных этапов подготовки образцов для анализа является заморозка мочи. Это необходимо по следующим причинам:
Стабилизация летучих метаболитов: КЦЖК имеют низкую устойчивость при комнатной температуре, а заморозка предотвращает их деградацию.
Сохранение точности измерений: при низких температурах метаболические процессы прекращаются, что позволяет сохранить концентрацию КЦЖК без изменений.
После замораживания образцы транспортируются в лабораторию в сухом льду, где проводятся газохроматографические или масс-спектрометрические исследования.
Характеристика основных КЦЖК
Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) включают три основные группы: ацетат, пропионат и бутират. Являются летучими органическими соединениями (VOC), которые можно обнаружить в выдыхаемом воздухе, моче и кале. Это открывает возможности для диагностики на основе анализа дыхания и мочи.
Каждый из этих метаболитов обладает функциями и характеристиками. Они действуют синергично, и их баланс важен для поддержания здоровья. Исследование КЦЖК в моче помогает выявить нарушения их производства и дать ключ к диагностике множества заболеваний.
Ацетат (уксусная кислота)
Формула: CH3COOH
Производство: Ацетат составляет около 60% всех КЦЖК в кишечнике. Он вырабатывается широким спектром бактерий, включая виды рода Bacteroides, Bifidobacterium, и Lactobacillus.
Роль:
Является основным субстратом для синтеза липидов в печени.
Участвует в регулировании аппетита, влияя на гипоталамус через рецепторы свободных жирных кислот (FFAR2/FFAR3)1.
Служит энергетическим источником для различных тканей, включая мышцы и мозг.
Патологические изменения: Избыточное образование ацетата ассоциируется с ожирением и инсулинорезистентностью, так как стимулирует липогенез.
Пропионат (пропионовая кислота)
Формула: CH3CH2COOH
Производство: Пропионат составляет около 20% от общего числа КЦЖК и образуется преимущественно бактериями из родов Bacteroides и Veillonella при ферментации углеводов и белков.
Роль:
Служит субстратом для глюконеогенеза в печени.
Регулирует метаболизм липидов, подавляя синтез холестерина и жиров.
Играет важную роль в иммунной модуляции, снижая выработку провоспалительных цитокинов (например, интерлейкина-6).
Патологические изменения: Дефицит пропионата связан с метаболическими нарушениями, такими как ожирение и сахарный диабет. Его снижение также отмечается при воспалительных заболеваниях кишечника (ВЗК).
Бутират (масляная кислота)
Формула: CH3CH2CH2COOH
Производство: Бутират составляет около 15–20% от всех КЦЖК. Он вырабатывается преимущественно бактериями из рода Firmicutes (например, Faecalibacterium prausnitzii и Roseburia) при ферментации растительных волокон.
Роль:
Энергетический источник: Бутират является основным источником энергии для эпителиальных клеток кишечника (колоноцитов).
Противовоспалительное действие: Ингибирует пути NF-\u03baB, уменьшая воспалительные процессы.
Поддержка барьерной функции: Укрепляет эпителиальные клетки кишечника, предотвращая повышенную проницаемость кишечника.
Регулирует клеточный цикл, предотвращая пролиферацию атипичных клеток, что снижает риск колоректального рака2.
Патологические изменения: Дефицит бутирата связан с воспалительными заболеваниями кишечника (болезнь Крона, язвенный колит), колоректальным раком, нарушением барьерной функции кишечника. А также внимание уделяется при неврологических заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, где связывают с нарушением производства бутирата, что усиливает нейровоспаление.
Образование и биологическая роль
КЦЖК синтезируются бактериями кишечника при метаболизме неперевариваемых углеводов (пребиотиков), таких как клетчатка, резистентный крахмал и олигосахариды. Основные функции КЦЖК включают:
Энергетическая подпитка эпителия кишечника: бутират является основным источником энергии для колоноцитов.
Противовоспалительное действие: КЦЖК снижают продукцию провоспалительных цитокинов и участвуют в регуляции работы иммунной системы.
Поддержание барьерной функции кишечника: КЦЖК способствуют укреплению эпителиальных клеток и предотвращают повышенную проницаемость кишечной стенки (leaky gut syndrome).
Регуляция метаболизма: они влияют на липогенез, глюконеогенез и чувствительность к инсулину.
Особое диагностическое значение при заболеваниях кишечника
КЦЖК являются важным индикатором состояния микробиоты кишечника. Их концентрация в организме отражает:
Качество ферментативной активности микробиоты.
Наличие воспалительных процессов и нарушений кишечного барьера.
Дисбиозы, в том числе при синдромах раздраженного кишечника (СРК) и избыточного бактериального роста (СИБР).
Исследование КЦЖК имеет важное значение в диагностике и мониторинге рецидивов дисбиотических состояний, таких как:
Синдром раздраженного кишечника (СРК): при этом состоянии изменяется баланс КЦЖК, что сопровождается воспалением и повышенной чувствительностью кишечника.
Синдром избыточного бактериального роста (СИБР): характеризуется изменением профиля КЦЖК в связи с нарушением нормальной микробной активности в тонкой кишке.
КЦЖК и NO: связь и клиническое значение
Исследования показывают, что концентрация КЦЖК связана с продукцией оксида азота (NO), который играет ключевую роль в регуляции сосудистого тонуса, иммунного ответа и воспалительных процессов.
Бутират и регуляция NO:
Бутират может влиять на продукцию NO через эпигенетические механизмы, в частности, ингибирование гистонов и регуляцию фермента NO-синтазы (eNOS и iNOS).
eNOS (эндотелиальная NO-синтаза): Способствует физиологическому расширению сосудов.
iNOS (индуцибельная NO-синтаза): Участвует в иммунном ответе, но ее чрезмерная активация может вызывать воспаление.
NO обладает противовоспалительным эффектом, защищая кишечный барьер. Это важно для лечения воспалительных заболеваний кишечника, таких как язвенный колит.
Исследование Journal of Biological Chemistry, 2016 подчёркивает потенциал бутирата как терапевтического агента для поддержания здоровья кишечника3,4.
Способствует защите нервных клеток, снижая нейровоспаление за счет регуляции NO. Это перспективно для лечения болезней Паркинсона и Альцгеймера.
Ингибирует клеточную пролиферацию опухолевых клеток через пути, включающие регуляцию NO.
FFAR3-рецепторы и пропионат/ацетат:
Пропионат может стимулировать выделение NO через активацию рецепторов FFAR3 и FFAR2, влияя на регуляцию тонуса сосудов и метаболизм глюкозы. Рецепторы регулируют продукцию оксида азота через сигнальные пути, такие как MAPK и cAMP. Это важно для иммунного ответа и сосудистого здоровья.
FFAR2: Активируется ацетатом и пропионатом, экспрессируется на иммунных клетках (нейтрофилах) и участвует в противовоспалительных процессах.
FFAR3: Активируется бутиратом, влияет на метаболизм и иммунную регуляцию.
Исследование подчёркивает значение FFAR2/FFAR3 в терапии таких состояний, как сепсис, диабет и сердечно-сосудистые заболевания.
NO, стимулируемый пропионатом, снижает риск гипертонии и улучшает метаболизм липидов5.
КЦЖК может оказывать влияние на уровень NO, способствуя развитию системного воспаления и метаболических нарушений.
Заключение
Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) являются важными метаболитами кишечной микробиоты, которые выполняют ключевые функции в организме. Они способствуют поддержанию барьерной функции кишечника, оказывают противовоспалительное действие, регулируют энергетический обмен и иммунные процессы. Исследование их концентрации в моче позволяет оценить метаболическую активность микробиоты и диагностировать дисбиозы или воспалительные заболевания кишечника.
КЦЖК также участвуют в регуляции продукции оксида азота (NO), что открывает перспективы их использования в терапии сердечно-сосудистых, метаболических и неврологических заболеваний. Применение анализов на КЦЖК является важным инструментом в персонифицированной медицине, позволяя адаптировать подходы к лечению и профилактике заболеваний, связанных с нарушением микробиоты и системным воспалением.
Список источников литературы:
1 – Shin, Y.; Han, S.; Kwon, J.; Ju, S.; Choi, T.G.; Kang, I.; Kim, S.S. Roles of Short-Chain Fatty Acids in Inflammatory Bowel Disease. Nutrients 2023, 15, 4466. https://doi.org/10.3390/nu15204466
2 – Owlstone medical; Short chain fatty acids in diseases of the gut, brain, and cancer; Published on: 13 May 2022
3 - Front. Cell. Infect. Microbiol., Short-Chain Fatty Acid and FFAR2 Activation – A New Option for Treating Infections? Katja Schlatterer, Katja Schlatterer, Andreas Peschel, Andreas Peschel, Dorothee Kretschmer, Dorothee Kretschmer, 02 December 2021, Sec. Clinical Microbiology, Volume 11 - 2021 | https://doi.org/10.3389/fcimb.2021.785833
4 – Front. Physiol., 07 April 2021 Sec. Membrane Physiology and Membrane Biophysics, Volume 12 - 2021 | https://doi.org/10.3389/fphys.2021.656441 Free Fatty Acid Receptors as Mediators and Therapeutic Targets in Liver Disease; Scott C. FligorScott C. FligorSavas T. TsikisSavas T. TsikisLumeng J. YuLumeng J. YuMark PuderMark Puder
5 – Front. Pharmacol., 13 November 2023, Sec. Cardiovascular and Smooth Muscle Pharmacology, Volume 14 - 2023 | https://doi.org/10.3389/fphar.2023.1271001 Short-chain fatty acids are potential goalkeepers of atherosclerosis, Yu Feng, Danyan Xu
Запись на эту дату уже закрыта, пожалуйста выберите другую.
