Střevní mikrobiota a její výživa

Souhrn

Střevní mikrobiota čítá tisíce druhů mikroorganismů, čímž představuje vysoce metabolicky aktivní součást našeho těla. Produkuje řadu látek a plní mnoho funkcí, které ovlivňují zdraví a rozvoj nemoci. Její působení je závislé na konkrétním zastoupení mikrobiálních druhů a také na substrátech, jež do tlustého střeva vstupují. Největší objem a rozmanitost látek se do střeva každodenně dostává s naší stravou. Je proto zásadní, aby strava poskytovala dostatečnou výživu právě střevním bakteriím a zároveň aby nepřinášela látky, které střevním bakteriím škodí. Důležitou podporou zdravého střevního prostředí je potom podávání koncentrovaných potravin a suplementů, které obsahují jak živé mikroorganismy, tak látky, jež podporují růst prospěšných střevních bakterií. Ačkoliv téma použití probiotik a prebiotik není uzavřené a je potřeba další systematický výzkum, pro léčbu a prevenci některých stavů máme již dnes dostatek přesvědčivých konzistentních důkazů.

Pochopení složitých interakcí mezi mikrobiotou, živinami a naším tělem je klíčem k moderní prevenci mnoha onemocnění. Než se však podrobněji zaměříme na specifické mechanismy, jimiž střevní bakterie chrání slizniční bariéru, a na možnosti jejich cílené výživy, je nutné uvědomit si širší kontext. Tím je náš každodenní jídelníček, jehož celková kvalita a složení představují výchozí bod pro zdraví celého organismu.

Strava jako rizikový faktor nemocí

Dieta nebo úprava stravovacích zvyklostí se uplatňuje v prevenci a léčbě většiny multifaktoriálních chorob. Složky potravy totiž na patogenezi onemocnění působí jak přímo, tak prostřednictvím manipulace střevní mikrobioty a inter­akcí s naším genomem. Již Hippokrates tvrdil, že „všechny nemoci začínají ve střevech“, a my jen nyní pomocí biochemických a molekulárněbiologických metod odkrýváme jak. Střevní mikrobiota tvoří v podstatě další samostatný orgán v našem těle. Odhaduje se, že váží asi 2 kg a nese stonásobně více genů než samotné lidské tělo. Aktivita těchto mikroorganismů proto ovlivňuje mnoho procesů v našem těle včetně rozvoje řady neinfekčních i infekčních chorob. Etiologie jednotlivých chorob je sice různorodá, nicméně na molekulární úrovni působí stejné destruktivní mechanismy, jako je zánět, oxidační stres či změněná aktivita složek imunitního systému. Produkty metabolismu mikrobioty ovlivňují uvedené mechanismy, a tak může narušené složení a aktivita střevních mikroorganismů být společným spouštěčem zdánlivě rozdílných chorob. Většina chorob je multifaktoriálních, jelikož se rozvíjejí na podkladě polygenních genetických predispozic, vlivu životního stylu a interakcí dvou předešlých faktorů. Zásadním hráčem životního stylu je výživa, o jejímž složení můžeme snadno rozhodovat sami. Působení genetických predispozic většinou není kauzální, přesto neseme predispozice právě k tomu, jak se naše tělo vypořádá např. s cigaretovým kouřem, jaká je aktivita našich enzymů a imunitních složek nebo jak na střeva bude působit lepek či laktóza. Uvedené faktory ovlivňují i složení (střevní) mikrobioty a ta potom působí jako další faktor, možná i spouštěč, který ovlivňuje vznik těchto chorob.

Střevní mikrobiota v patogenezi onemocnění

Střevní mikrobiota produkuje řadu látek a plní mnoho dílčích funkcí. Mezi nimi vynikají tři mechanismy, které jsou klíčové pro prevenci i rozvoj onemocnění a které úzce souvisí se stravou.

Mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA)

SCFA (acetát, butyrát a propionát) mají v tlustém střevě řadu funkcí:

• působí jako signální molekuly a ovlivňují genovou expresi,

• působí imunomodulačně,

• ovlivňují Krebsův cyklus a slouží jako výživa kolonocytů,

• udržují nepropustnost střevní bariéry,

• působí proti růstu cizích bakterií (často patogenních),

• snižují množství glykovaných molekul, které mají prooxidační působení v našem těle,

• brání karcinogenezi a rozvoji zánětu,

• podporují tvorbu neurotransmiterů a jsou nezbytné pro metabolismus glukózy.

Bakterie tvoří SCFA primárně z nestravitelných sacharidů, tedy vlákniny, jejíž příjem je tak klíčový pro produkci dostatečného množství SCFA. I když máme ve střevě velké množství producentů SCFA, ale neposkytneme jim dostatek vlákniny, vlastní tvorba SCFA nebude nijak vysoká. Navíc tyto bakterie (producenti SCFA) bez vlákniny hladoví, začnou se živit jinými substráty a mohou místo toho tvořit nežádoucí látky. SCFA mimo jiné snižují pH střeva, což poskytuje selektivní výhodu pro vlastní růst producentů SCFA, ale i růst dalších žádoucích bakterií.

Nepropustnost střevní bariéry

Střevní mikrobiota se podílí i na oddělení vnějšího prostředí střev od vnitřního prostředí organismu. Střevní sliznice propouští do krevního oběhu mnoho živin a různých žádoucích látek. Zároveň však musí zajistit, aby nepropustila do oběhu látky škodlivé nebo dokonce celé mikroorganismy. Tuto hranici zajišťuje tzv. střevní bariéra. Tvoří ji buňky sliznice, které na sebe poměrně těsně nasedají a které produkují mucinózní vrstvu. Ta vytváří další fyzickou bariéru zejména pro bakterie, jež jí prakticky neprojdou. A v neposlední řadě jsou na vrstvě hlenu nasedlé komenzální střevní mikroorganismy, které s mucinovou vrstvou hospodaří a také se jí mohou živit. Pokud komenzální střevní bakterie nemají k dispozici dostatek vlákniny, začnou jako náhradní zdroj energie rozkládat právě tuto ochrannou mucinózní vrstvu. Může dojít až k tomu, že se střevní mikrobiota dostane do přímého kontaktu se slizničními buňkami. Kontakt s mikroorganismy, které nesou lipopolysacharidy (LPS), jež jsou součástí jejich buněčných stěn, pak vyvolá ve slizničních buňkách vyplavení prozánětlivých cytokinů. Zánětem postižené buňky způsobí rozvolnění spojů, které jsou mezi nimi, a začne docházet k tomu, že škodliviny ze střeva, prozánětlivé látky i celé mikroorganismy začnou pronikat do krevního oběhu. Pokud je bariérová funkce střeva takto narušena, hovoříme o zvýšené střevní permeabilitě. Aby střevní bariéra zůstala nepropustná, je dostatečný příjem vlákniny opět zcela zásadní.

Komunikace s imunitním systémem

Střevní mikrobiota neustále „trénuje“ náš imunitní systém a udržuje ho v rovnováze. Různé druhy bakterií stimulují různé membránové receptory, čímž ovlivňují produkci pro -⁠ a protizánětlivých cytokinů. Prospěšné druhy bakterií podporují tvorbu regulačních T-lymfo­cytů, protizánětlivých cytokinů a slizničních protilátek. Naopak bakterie kmene Pseudomonadota, u nichž se odhaduje, že by ve střevě měly být zastoupeny jen v pár procentech, nesou LPS, které vyvolávají produkci prozánětlivých cytokinů ve střevní sliznici. Pokud se přemnoží, vyvolají posun v aktivitě střevní mikrobioty a rozvrat rovnováhy imunitního systému směrem k prozánětlivému nastavení.

Manipulace střevní mikrobioty stravou

Pokud chceme ovlivnit složení střevní mikrobioty, nestačí se zaměřit pouze na jeden faktor nebo pouze doplňování jedné bakterie. Mikrobiota v tlustém střevě tvoří složité společenství a každý mikroorganismus potřebuje něco trochu jiného. Pokud změníme jen jeden faktor, můžeme docílit krátkodobých změn, ale v dlouhodobém měřítku dojde k návratu do původního stavu. Střevní mikrobiota je dynamická a každý den na ni působí velké množství různých faktorů, které ji vychylují z rovnováhy, a tak je zvyklá tyto krátkodobé změny vyrovnávat. Jestliže se snažíme odstranit „dysbiózu“ v tlustém střevě, musíme v první řadě změnit příčiny, které k ní vedly. K tomu je zapotřebí vystavět pyramidu o třech patrech. Tato patra jsou schematicky znázorněna na obrázku 1 a podrobněji popsána v následující části.

Eliminace škodlivin

Je potřeba výrazně snížit příjem látek, které komenzálním mikroorganismům škodí. Jde zejména o potravinářskou chemii, alkohol a obecně známé „nezdravé“ potraviny a složky potravin, jako jsou nasycené mastné kyseliny (tuky), červené maso, sůl, cukr. Nadbytek bílkovin zvyšuje množství kyslíku ve střevě a znevýhodňuje prospěšné anaerobní bakterie. Strava s nadbytkem nasycených tuků (živočišných tuků, palmového a kokosového oleje) podporuje růst potenciálně patogenních a patogenních druhů, zvyšuje produkci prozánětlivých cytokinů a současně vede ke zvýšení množství LPS v krvi. Zvýšená konzumace sacharózy vede k poklesu žádoucích druhů mikrobioty produkujících butyrát. Čím více je potravina průmyslově zpracovaná, tím více chemikálií a produktů technologické úpravy se v ní nachází. Konzervant má za úkol zabránit množení bakterií v potravině, ale může působit úplně stejně i v našem tlustém střevě. Také další potravinářská aditiva (barviva, emulgátory, sladidla aj.) brání růstu prospěšných bakterií. Tyto příklady ukazují, jak nevhodné stravovací návyky usnadňují růst bakterií, které produkují prozánětlivé látky, a potlačují růst těch, které produkují SCFA, se všemi negativními důsledky na složení a aktivitu střevní mikrobioty.

Výživa prospěšných střevních mikroorganismů

Je třeba zajistit výživu prospěšných střevních mikroorganismů. Nepod­kročitelné minimum představuje dostatečný příjem vlákniny (za což je aktuálně považováno minimálně 25 g denně pro dospělou osobu). Aktuální příjem vlákniny je však u většiny dospělých osob v ČR jen kolem 12 g za den, a to je podle odborných studií pro vyživení střevní mikrobioty zcela nedostatečné. Pro naplnění denní potřeby vlákniny je zásadní konzumace ovoce a zeleniny, ale to při konzumaci doporučených 500 g zeleniny a ovoce denně představuje jen asi 10 až 15 g vlákniny. Dále je potřeba zařazovat i celozrnné obiloviny a luštěniny, ovesné vločky, pohanku, mandle, semínka atd. Sto gramů uvedených potravin již obsahuje kolem 10 g vlákniny na 100 g potraviny, což významně usnadní dosažení denní potřeby vlákniny. Vláknina představuje různé druhy nestravitelných sacharidů a každý druh bakterií dává přednost jinému sacharidu. Navíc jeden druh bakterie, jenž fermentuje určitý druh vlákniny, tímto procesem dá vzniknout nové látce, kterou zase pro svůj život potřebuje odlišný druh bakterie. Toto vytváří velmi propojenou síť. Pro výživu střevní mikrobioty je tak důležité konzumovat širokou škálu potravin s obsahem vlákniny. A čím větší je rozmanitost těchto prospěšných bakterií, tím menší prostor mají v našem těle na pomnožení ty nežádoucí či dokonce patogenní, a tím je celý systém stabilnější. Speciální skupinou vlákniny je vláknina s prebiotickou aktivitou.

Prebiotika

Prebiotika jsou definována jako fermentovatelný substrát, který způsobí prospěšné změny ve složení a/nebo aktivitě střevní mikrobioty, jež vedou k žádoucímu vlivu na zdraví. Kromě vlivu na bariérovou funkci střeva a slizniční imunitu rostoucí množství důkazů svědčí pro příznivý vliv prebiotik na hladiny krevních lipidů a glukózový metabolismus a protizánětlivé působení. O zařazení potraviny do kategorie prebiotik rozhodují následující kritéria: prebiotika musí odolávat žaludečním kyselinám a savčím trávicím enzymům, nesmí se vstřebat v horní části trávicího traktu a musí být selektivním substrátem prospěšným mikroorganismům v našem těle. Tradičně se mezi prebiotika řadily zejména oligosacharidy a polysacharidy, někdy nazývané jako prebiotická vláknina. Řadíme sem fruktany, galaktooligosacharidy (GOS), xylooligosacharidy (XOS), izomalto-oligosacharidy, rezistentní škroby, betaglukany, pektiny a laktulózu. V poslední době se však do této skupiny řadí také některé rostlinné fytochemikálie (polyfenoly jako např. kurkumin, naringenin, hesperetin, anthokyaniny) a omega-3 mastné kyseliny (EPA, DHA, ALA). Fruktany (inulin a fruktoooligosacharidy) patří mezi nejznámější prebiotika. Štěpí je většina bifidobakterií, které z nich v tlustém střevě tvoří laktát a acetát. Fruktany podporují zejména slizniční imunitu. Z potravin jsou nejvíce obsaženy v cibuli, česneku, medu, banánu, rajčatech, chřestu, artyčoku, pšenici, ječmeni, žitu a houbách. Vysoký obsah lze naleznout také v extraktech z aloe vera a stévie. GOS umí štěpit kvasnice, bakterie rodu Bacillus, Bifidobacterium a Lactobacillus. Nejlepším zdrojem GOS je mléko. GOS vykazují imunomodulační účinky a tlumí produkci zánětlivých látek. XOS jsou složeny z jednotek xylózy. Nacházejí se především v ovsu, kukuřici a medu. Pektiny představují různorodou skupinu látek, které podporují především růst bifidobakterií. Pektiny jsou obsaženy hlavně v zelenině, citrusech a jablcích. Betaglukany jsou neškrobové polysacharidy nacházející se přirozeně v ovsu, ječmeni a houbách. Stimulují růst laktobacilů, bifidobakterií, ale krom toho mají i imunomodulační účinky a snižují hladinu cholesterolu v krvi. Rezistentní škro­by obsahují na rozdíl od „dobře stravitelného“ škrobu výrazně větší podíl amylózy, kterou lidské enzymy štěpí špatně. Proto také zůstávají vhodným substrátem pro prospěšné střevní bakterie, které z něj tvoří nezbytný butyrát. Mimo to podporují růst bifidobakterií a lakto­bacilů. Vysoký obsah rezistentních škrobů nalezneme v ovsu, kukuřici, bramborách a zelených banánech. Některé polyfenoly obsažené zejména v bobulovitém ovoci, jablkách, zeleném čaji a cibuli zvyšují počty bifidobakterií a laktobacilů, ale i dalších prospěšných rodů, jako je Faecali­bacterium či Akkermansia.

Cílená výživa/suplementace

Cíleným výběrem/suplementací koncentrovaných látek můžeme vytvářet selektivní tlak na žádoucí druhy mikrobioty. Zajímavé výsledky v tomto směru přinášejí probiotika, prebiotika, symbiotika a postbiotika. Takováto manipulace má však trvalejší význam, pouze pokud splníme předchozí dva kroky. Probiotika jsou definována jako životaschopné mikroorganismy, které, když se podají v dostatečném množství, poskytují měřitelné zdravotní benefity hostiteli. Prebiotika slouží pro stabilizaci a podporu růstu prospěšných střevních mikroorganismů, ale také probiotik. Výhodnou kombinací obojího jsou proto tzv. symbiotika, která obsahují jak probiotika, tak prebiotika. Tato kombinace prodlužuje životaschopnost probiotik, a tak zajišťuje lepší účinnost. Postbiotika jsou potom produkty nebo části komenzálních bakterií, které poskytují hostiteli zdravotní benefity a zároveň mají i vyšší bezpečnostní profil, jelikož neobsahují živé mikroorganismy.

Probiotika

Probiotika se přirozeně nacházejí ve fermentovaných potravinách a nápojích, které konzumovaly již starověké civilizace. Dočasně či trvale kolonizují trávicí trakt hostitele, čímž ovlivňují rovnováhu tamního mikrobiálního společenství a vykazují imunomodulační účinky. Nejhojněji se v potravinářství využívají bakterie produkující laktát, kam patří kmeny laktobacilů a bifidobakterií. Ale i mikroorganismy dalších rodů (Lactococcus, Streptococcus, Bacillus, Esche­ri­chia, Propionibacterium, Akkermansia či Saccharomyces) mohou být označovány jako probiotika. Bakterie produkující laktát snižují pH v tlustém střevě a brání tak jeho kolonizaci patogenními mikroorganismy. Dále se probiotické bakterie vážou na mucin na sliznici, jehož tvorbu dále stimulují, zvyšují tvorbu extracelulární hmoty, čímž také udržují střevní bariéru nepropustnou, stimulují produkci slizničních protilátek IgA a inter­agují i s dalšími imunitními buňkami, jako jsou makrofágy, Th17-lymfocyty a dendritické buňky. Přesné mechanismy působení jsou u každého kmene trochu jiné, ale všechny potlačují růst patogenních a potenciálně patogenních mikroorganismů v tlustém střevě a udržují nepropustnou střevní bariéru, tedy faktory, které brání patogenezi řady onemocnění. Příkladem dobře prostudovaného kmene, u nějž byla opakovaně potvrzena dobrá životaschopnost, je přirozeně v tlustém střevě se vyskytující Lactobacillus paracasei CNCM I-1572 (Lactobacillus casei DG). Bakterie na svém povrchu obsahuje exopolysacharidy bohaté na rhamnózu (DG-EPS), které zvyšují jeho odolnost při průchodu trávicím traktem. Kmen stimuluje zejména fagocytózu a antigen prezentující buňky, tedy vrozenou imunitu. Přínos suplementace tímto kmenem byl pozorován zejména u osob s nekomplikovanou divertikulózou a u osob se syndromem dráždivého tračníku. Exopoly­sacharidy DG-EPS byly v některých studiích podávány samostatně a jejich vliv na imunitní systém byl ještě výraznější než po podávání „celých bakterií“. Ačkoliv diskuse o prospěšnosti probiotik v prevenci a léčbě stále probíhá, všude po světě je vydávána řada stanovisek, systematických review a doporučení týkajících se příznivého působení probiotik na různé zdravotní parametry. Dle doporučení WGO z roku 2023 je podání probiotik vhodnou intervencí u dospělých u stavů uvedených v tabulce 1.

Závěr

Strava představuje výživu naši, ale i výživu komenzálních mikroorganismů, které osidlují naše tělo. A tak bychom měli denně konzumovat potraviny, kterými se střevní mikrobiota živí a které jí neškodí. Podávání různých suplementů s obsahem probiotik a prebiotik opakovaně prokázalo vliv na úpravu složení střevní mikroflóry a úpravu různých parametrů zdraví. U lidí v přirozeném prostředí je efekt v prevenci a léčbě chorob mírnější i kvůli tomu, že na člověka ne­ustále působí koktejl látek, který efekt testované látky ředí. Základem vyrovnané střevní mikrobioty je tak strava s převahou rostlinných potravin s vysokým podílem vlákniny a nízkým podílem vysoce průmyslově zpracovaných potravin. Suplementace pak zůstává účinným doplňkem tam, kde se příjmu žádoucích látek nedaří dosáhnout přirozenou stravou.