Fibermetabolisme ved kronisk obstruktiv lungesykdom

Kostfiber er ufordøyelige karbohydrater, som finnes i flere daglige matvarer som bønner, belgfrukter, fullkornsprodukter og hele frukter og grønnsaker. Food and Drug Administration anbefaler et daglig fiberopptak på 25 g. Men i 2009-2010 var gjennomsnittlig fiberinntak for amerikanske voksne 17 g/dag. Fiber kan ikke fordøyes av menneskelige enzymer og nå tykktarmen ufordøyd. Avhengig av fiberens kjemiske struktur (løselighet, polymerisasjonsgrad) kan eller kan den fermenteres av tarmbakteriene. Uoppløselige, ufermenterte fibre som cellulose bidrar til å forhindre forstoppelse ved å øke avføringen og avføringstiden. De fleste løselige fibre som inulin kan fermenteres av tarmbakterier. Under bakteriegjæringen produseres kortkjedede fettsyrer (SCFA) som acetat (C2), propionat (C3) og butyrat (C4). Produksjonen er høyest i den proksimale tykktarmen hvor overfloden av fiber er høyest. Kolonocyttene absorberer mer enn 90 % av SCFAene, resten skilles ut med avføringen. Mesteparten av butyratet oksideres i colonocyttene, som er deres viktigste energikilde. Propionat blir metabolisert av leveren. Spesielt kommer acetat inn i den systemiske sirkulasjonen og kan ha antiinflammatoriske og immunmodulerende effekter. Indol og isovalerat er produkter av bakteriell aminosyregjæring. Indol produseres utelukkende av bakterielle enzymer fra den essensielle aminosyren tryptofan (TRP) og isovalerat fra forgrenede aminosyrer.

Ved KOLS forårsaker en forsterket pulmonal inflammatorisk respons en kombinasjon av små luftveissykdom (f.eks. obstruktiv bronkiolitt) og/eller ødeleggelse av lungeparenkym (emfysem). Dette fører til en progressiv og vedvarende luftstrømbegrensning. Det har vist seg at et sunt totalkosthold så vel som et kosthold med mye fiber kan være assosiert med god lungefunksjon og redusert KOLS-prevalens. En diett rik på fermenterbar fiber endret sammensetningen av tarm- og lungemikrobiota hos mus, hovedsakelig gjennom en reduksjon i Firmicutes-til-Bacteroidetes-forholdet, som ble ledsaget av forhøyede konsentrasjoner av sirkulerende SCFA. Disse musene var beskyttet mot allergisk betennelse i lungene. Tidligere menneskelig forskning har vist at sammensetningen av tarmmikrobiotaen påvirker astmarisikoen, og den var assosiert med tidlige livsforverringer i cystisk fibrose, som viser en tarm-lunge-krysstale. Halnes et al. fant en betydelig redusert luftveisbetennelse hos astmapasienter fire timer etter inntak av et måltid som inneholder løselig fiber og prebiotika sammenlignet med et placebomåltid. Stabile sporstoffstudier er nødvendig for å undersøke tykktarmsproduksjonen og den metabolske skjebnen til SCFA hos friske og syke personer.

Tarmmikrobiotaen til eldre individer er mindre mangfoldig, har en høyere interindividuell variasjon og lavere produksjonskapasitet for SCFA sammenlignet med yngre voksne. Derfor kan en dysbiose av tarmmikrobiota være involvert i utviklingen av flere aldersrelaterte kroniske systemiske sykdommer, som sarkopeni og lavere muskelkvalitet eller kognitiv dysfunksjon. Disse aldersrelaterte funksjonsnedsettelsene er assosiert med redusert fysisk ytelse og økt risiko for fall, brudd, fysisk funksjonshemming og dødelighet. Dysbiose av tarmmikrobiota (dvs. en endret mikrobiell sammensetning og funksjon) kan bidra til utvikling av sarkopeni ved å modulere muskelstørrelse, sammensetning og funksjon. Dessuten bidrar SCFA, metabolitter produsert av nyttige bakterier, til å opprettholde kognitiv funksjon og psykologisk velvære gjennom deres antiinflammatoriske og genregulerende egenskaper. Derfor må ernæringsintervensjoner, som fibertilskudd, være studier som en modulator av mikrobiell sammensetning og SCFA-produksjonshastighet, så vel som de påfølgende effektene på muskel og kognitiv helse og generell velvære.