Vezelmetabolisme bij chronische obstructieve longziekte

Voedingsvezels zijn onverteerbare koolhydraten die aanwezig zijn in verschillende dagelijkse voedingsmiddelen zoals bonen, peulvruchten, volkorenproducten en hele groenten en fruit. De Food and Drug Administration beveelt een dagelijkse vezelopname van 25 g aan. In 2009-2010 was de gemiddelde vezelinname van Amerikaanse volwassenen echter 17 g/dag. Vezels kunnen niet worden verteerd door menselijke enzymen en bereiken onverteerd de dikke darm. Afhankelijk van de chemische structuur (oplosbaarheid, polymerisatiegraad) van de vezel kan deze wel of niet worden gefermenteerd door de darmbacteriën. Onoplosbare, ongefermenteerde vezels zoals cellulose helpen constipatie te voorkomen door de stoelgang en de transittijd van de ontlasting te verbeteren. De meeste oplosbare vezels zoals inuline kunnen worden gefermenteerd door darmbacteriën. Tijdens de bacteriële fermentatie worden vetzuren met een korte keten (SCFA) zoals acetaat (C2), propionaat (C3) en butyraat (C4) geproduceerd. De productie is het hoogst in het proximale colon waar de overvloed aan vezels het hoogst is. De colonocyten absorberen meer dan 90% van de SCFA's, de rest wordt uitgescheiden met de feces. Het grootste deel van het butyraat wordt geoxideerd in de colonocyten, hun belangrijkste energiebron. Propionaat wordt gemetaboliseerd door de lever. Met name acetaat komt in de systemische circulatie terecht en kan ontstekingsremmende en immuunmodulerende effecten hebben. Indool en isovaleraat zijn producten van bacteriële aminozuurfermentatie. Indool wordt uitsluitend geproduceerd door bacteriële enzymen uit het essentiële aminozuur tryptofaan (TRP) en isovaleraat uit vertakte aminozuren.

Bij COPD veroorzaakt een versterkte longontstekingsreactie een combinatie van ziekte van de kleine luchtwegen (bijv. obstructieve bronchiolitis) en/of vernietiging van longparenchym (emfyseem). Dit leidt tot een progressieve en aanhoudende beperking van de luchtstroom. Het is aangetoond dat zowel een gezond algemeen dieet als een vezelrijk dieet geassocieerd kan worden met een goede longfunctie en een verminderde COPD-prevalentie. Een dieet rijk aan fermenteerbare vezels veranderde de samenstelling van de darm- en longmicrobiota bij muizen, voornamelijk door een afname van de Firmicutes-tot-Bacteroidetes-ratio, die gepaard ging met verhoogde concentraties van circulerende SCFA's. Deze muizen waren beschermd tegen allergische ontstekingen in de longen. Eerder menselijk onderzoek heeft aangetoond dat de samenstelling van de darmmicrobiota het risico op astma beïnvloedt en werd geassocieerd met vroege exacerbaties van cystische fibrose, wat een overspraak tussen darm en longen aantoont. Halnes et al. vond een significant verminderde luchtwegontsteking bij astmapatiënten vier uur na inname van een maaltijd met oplosbare vezels en prebiotica in vergelijking met een placebomaaltijd. Er zijn stabiele tracerstudies nodig om de colonproductie en het metabolische lot van SCFA's bij gezonde en zieke proefpersonen te onderzoeken.

De darmmicrobiota van oudere individuen is minder divers, heeft een hogere interindividuele variabiliteit en een lagere SCFA-productiecapaciteit in vergelijking met jongere volwassenen. Vandaar dat een dysbiose van de darmmicrobiota betrokken zou kunnen zijn bij de ontwikkeling van verschillende leeftijdsgerelateerde chronische systemische ziekten, zoals sarcopenie en verminderde spierkwaliteit of cognitieve disfunctie. Deze leeftijdsgebonden beperkingen gaan gepaard met verminderde fysieke prestaties en een verhoogd risico op vallen, breuken, lichamelijke beperkingen en sterfte. Dysbiose van de darmmicrobiota (d.w.z. een veranderde microbiële samenstelling en functie) kan bijdragen aan de ontwikkeling van sarcopenie door de spieromvang, -samenstelling en -functie te moduleren. Bovendien helpen SCFA's, metabolieten geproduceerd door nuttige bacteriën, de cognitieve functie en het psychologisch welzijn te behouden door hun ontstekingsremmende en genregulerende eigenschappen. Daarom moeten voedingsinterventies, zoals vezelsupplementen, worden onderzocht als een modulator van de microbiële samenstelling en SCFA-productiesnelheid, evenals de daaropvolgende effecten op spier- en cognitieve gezondheid en algemeen welzijn.