Кишечные бактерии и газообразование
В кишечнике человека около 38 триллионов микробных клеток — примерно столько же, сколько клеток человека в теле. Эти микроорганизмы отвечают за производство практически всего водорода, метана и значительной части углекислого газа, составляющих кишечный газ. Понять кишечные бактерии — в самом буквальном смысле понять, откуда берутся газы.
Ферментационная фабрика
Когда пищевые углеводы — прежде всего сложные полисахариды, резистентные крахмалы и растворимая клетчатка — достигают толстой кишки непереваренными, они становятся субстратом для микробной ферментации. Бактерии толстой кишки расщепляют их путём анаэробной ферментации, производя короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК: ацетат, пропионат, бутират), углекислый газ, водород, а у некоторых людей — метан. КЦЖК всасываются и обеспечивают около 10 % суточного поступления калорий; газы либо всасываются, либо метаболизируются другими бактериями, либо выходят наружу. Эта микробная ферментация не сбой — это ключевая особенность человеческого пищеварения, а образующиеся КЦЖК критически важны для здоровья толстой кишки, влияя на всё: от энергоснабжения колоноцитов до целостности слизистой.
Метаногены против производителей водорода
Кишечный микробиом человека содержит две широкие категории газозначимых организмов: водородобразующих ферментёров и метаногенных архей. Большинство кишечных бактерий (Bacteroidetes, Firmicutes) производят водород как побочный продукт ферментации. Метаногены — прежде всего Methanobrevibacter smithii — потребляют этот водород и соединяют его с углекислым газом, производя метан. Не у всех людей есть значительные популяции M. smithii: лишь около 30–40 % взрослых — «производители метана», то есть в их выдохе обнаруживается метан. У таких людей в дыхательных тестах меньше водорода (его потребляют метаногены), но больше метана. Это разделение определяет не только состав газа, но и эффективность пищеварения: метаногены извлекают энергию из водорода, тонко влияя на усвоение калорий.
Разнообразие микробиома и индивидуальные различия
Ни у кого нет одинакового кишечного микробиома. Состав бактерий толстой кишки зависит от генетики, способа рождения (естественные роды или кесарево), раннего кормления (грудное или смесь), истории приёма антибиотиков, питания на протяжении жизни, географии и возраста. Именно эта огромная межличностная вариативность объясняет, почему одинаковая еда даёт совершенно разное количество газа у разных людей. Исследование Sonnenburg и соавт. 2015 года в Nature показало, что потребление пищевых волокон быстро и существенно перестраивает состав микробиома, а бедные клетчаткой западные рационы снижают его разнообразие из поколения в поколение. Потеря отдельных бактериальных таксонов влияет на паттерны ферментации, возможно объясняя, почему желудочно-кишечные жалобы чаще встречаются в индустриальных странах, несмотря на в целом лучшую безопасность продуктов.
Пробиотики, пребиотики и газы
Пробиотические добавки (с живыми бактериями) и пребиотические продукты (с ферментируемыми субстратами, питающими полезные бактерии) широко продвигаются для здоровья кишечника. Доказательства их влияния на метеоризм неоднозначны. Пробиотики с видами Lactobacillus и Bifidobacterium у части людей могут снижать газообразование — особенно при непереносимости лактозы или дисбиозе после антибиотиков — вытесняя газообразующие таксоны. Однако некоторые пробиотики поначалу усиливают газы, пока микробиом перестраивается. Пребиотики — инулин, фруктоолигосахариды (ФОС) и резистентный крахмал — напрямую питают бактерии толстой кишки и надёжно усиливают ферментацию и газообразование в краткосрочной перспективе. Долгосрочный приём пробиотиков и пребиотиков в целом связывают с улучшением здоровья кишечника — несмотря на переходное усиление газов (а иногда и благодаря ему).
А вы знали?
- В кишечнике человека около 38 триллионов микробных клеток, представляющих более 1000 разных видов.
- Лишь 30–40 % взрослых — «производители метана» с обнаружимым метаном в выдохе, из-за разной численности метаногенных архей.
- Короткоцепочечные жирные кислоты, образуемые при кишечной ферментации, дают около 10 % суточной калорийности человека.
- Methanobrevibacter smithii — доминирующий метанообразующий микроб кишечника человека, питающийся водородом, который производят другие бактерии.
Интересный факт
Проект «Микробиом человека», финансируемый NIH и запущенный в 2007 году, секвенировал геномы более 10 000 микробных штаммов человеческого тела. Он показал, что кишечных микробных генов примерно в 150 раз больше, чем человеческих, — а значит, геномно мы скорее микробы, чем люди.
Источники
- 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.