腸内細菌とガス生産
人間の腸には約38兆個の微生物細胞が含まれており、体内の人間の細胞数とほぼ同数です。これらの微生物は腸内ガスを構成する水素、メタン、そして二酸化炭素の相当量をほぼすべて生産しています。腸内細菌を理解することは、文字通りおならがどこから来るのかを理解することです。
発酵工場
食事からの炭水化物——特に複合多糖類、難消化性デンプン、水溶性食物繊維——が未消化のまま結腸に到達すると、微生物発酵の基質になります。結腸細菌はこれらを嫌気性発酵によって分解し、短鎖脂肪酸（SCFA：酢酸、プロピオン酸、酪酸）、二酸化炭素、水素、そして一部の人にはメタンを生産します。SCFAは吸収されて1日のカロリー摂取量の約10%を供給します。ガスは吸収されるか、他の細菌によって代謝されるか、または排出されます。この微生物発酵は機能不全ではありません——それはヒトの消化の中核的な特徴であり、生産されるSCFAは結腸健康にとって不可欠で、腸細胞のエネルギー供給から粘膜の完全性まであらゆることに影響を与えます。
メタン生産古細菌vs水素生産菌
ヒトの腸内マイクロバイオームには、ガスに関連する生物の2つの大きなカテゴリが含まれています。水素生産発酵菌とメタン生産古細菌です。ほとんどの腸内細菌（バクテロイデーテス、フィルミクテス）は発酵の副産物として水素を生産します。メタン生産古細菌——主にMethanobrevibacter smithii——はこの水素を消費し、二酸化炭素と結合させてメタンを生産します。すべての人がM. smithiiの大きな個体群を持つわけではありません。成人の約30〜40%のみが「メタン生産者」であり、彼らの呼気には検出可能なメタンが含まれています。これらの個人は呼気検査で水素が少なく（メタン生産古細菌によって消費されるため）、メタンが多くなります。この違いはガスの組成だけでなく消化効率にも影響を与えます。メタン生産古細菌は水素からエネルギーを回収し、カロリー吸収に微妙な影響を与えます。
マイクロバイオームの多様性と個人差
同じ腸内マイクロバイオームを持つ二人の人間はいません。結腸細菌の組成は遺伝、出生方法（経膣分娩vs帝王切開）、早期の乳児期の食事（母乳vs人工乳）、抗生物質の使用歴、生涯を通じた食事、地理的場所、そして年齢によって異なります。この膨大な個人間変異が、同じ食事でも異なる人々が劇的に異なる量のガスを生産する理由です。Sonnenburg et al.による2015年のNature誌の研究では、食物繊維の摂取量がマイクロバイオームの組成を急速かつ大幅に再形成し、低食物繊維の西洋式食事が世代を超えてマイクロバイオームの多様性を減少させることが示されました。特定の細菌群の喪失は発酵パターンに影響を与え、より良い食品安全にもかかわらず工業化社会での消化器系の不調がより多い理由を説明するかもしれません。
プロバイオティクス、プレバイオティクス、そしてガス
プロバイオティクスサプリメント（生きた細菌を含む）とプレバイオティクス食品（有益な細菌を養う発酵性基質を含む）はどちらも腸の健康のために広く宣伝されています。おならへの影響に関するエビデンスは微妙です。乳酸菌やビフィズス菌を含むプロバイオティクスは、乳糖不耐症や抗生物質後の腸内細菌叢の乱れがある一部の人では、ガス生産細菌に取って代わることでガス生産を減らすことができます。ただし、一部のプロバイオティクスは最初にマイクロバイオームが調整する際にガスを増やすことがあります。プレバイオティクス——イヌリン、フラクトオリゴ糖（FOS）、難消化性デンプンを含む——は直接結腸細菌を養い、短期的には発酵とガス生産を確実に増加させます。長期的なプロバイオティクスとプレバイオティクスの使用は、移行期のガス増加にもかかわらず（あるいはそのおかげで）一般的に腸の健康の改善と関連しています。
知っていましたか？
- 人間の腸には1,000種以上を代表する約38兆個の微生物細胞が含まれています。
- 成人の30〜40%のみがメタン生産古細菌の群体の違いにより、呼気に検出可能なメタンを持つ「メタン生産者」です。
- 腸内発酵によって生産される短鎖脂肪酸は人間の1日のカロリー摂取量の約10%を供給します。
- Methanobrevibacter smithiiはヒトの腸内で主要なメタン生産微生物であり、他の細菌が生産した水素を消費します。
豆知識
NIHが資金提供し2007年に開始されたヒトマイクロバイオームプロジェクトは、人体から10,000以上の微生物株のゲノムを配列決定しました。腸内微生物の遺伝子が人間の遺伝子を約150対1で上回ることが判明しました——ゲノム的に言えば私たちは人間よりも微生物に近いということになります。
出典
- Sender, R. et al. (2016). Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. Cell, 164(3), 337–340.
- Sonnenburg, E.D. et al. (2015). Diet-induced alterations in gut microflora contribute to lethal pulmonary damage in TLR2/TLR4-deficient mice. Cell Host & Microbe, 17(1), 27–38.
- Levitt, M.D. et al. (1987). Relation of passage of gas and abdominal bloating to colonic gas production. Annals of Internal Medicine, 94(4), 444–446.
- Strocchi, A. et al. (1994). Methane production in the human colon and its relationship with breath hydrogen and colonic pH. Journal of Laboratory and Clinical Medicine, 124(5), 695–702.