Metabolizm włókien w przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc

Błonnik pokarmowy to niestrawne węglowodany, które są obecne w kilku codziennych pokarmach, takich jak fasola, rośliny strączkowe, produkty pełnoziarniste oraz całe owoce i warzywa. Food and Drug Administration zaleca dzienne spożycie błonnika na poziomie 25 g. Jednak w latach 2009-2010 średnie spożycie błonnika przez dorosłych Amerykanów wynosiło 17 g/dzień. Błonnik nie może być trawiony przez ludzkie enzymy i dociera do okrężnicy w stanie niestrawionym. W zależności od budowy chemicznej (rozpuszczalność, stopień polimeryzacji) błonnik może lub nie może być fermentowany przez bakterie jelitowe. Nierozpuszczalne, niesfermentowane włókna, takie jak celuloza, pomagają zapobiegać zaparciom, poprawiając ruch jelit i czas pasażu kału. Większość rozpuszczalnych włókien, takich jak inulina, może być fermentowana przez bakterie jelitowe. Podczas fermentacji bakteryjnej powstają krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA), takie jak octan (C2), propionian (C3) i maślan (C4). Produkcja jest najwyższa w proksymalnej części okrężnicy, gdzie obfitość błonnika jest najwyższa. Kolonocyty pochłaniają ponad 90% SCFA, reszta jest wydalana z kałem. Większość maślanu jest utleniana w kolonocytach, będąc ich głównym źródłem energii. Propionian jest metabolizowany w wątrobie. W szczególności octan dostaje się do krążenia ogólnoustrojowego i może mieć działanie przeciwzapalne i immunomodulujące. Indol i izowalerianian są produktami bakteryjnej fermentacji aminokwasów. Indol jest wytwarzany wyłącznie przez enzymy bakteryjne z tryptofanu (TRP) i izowalerianianu z aminokwasów rozgałęzionych.

W POChP nasilona odpowiedź zapalna płuc powoduje połączenie choroby małych dróg oddechowych (np. obturacyjnego zapalenia oskrzelików) i/lub zniszczenie miąższu płuc (rozedma płuc). Prowadzi to do stopniowego i trwałego ograniczenia przepływu powietrza. Wykazano, że zdrowa ogólna dieta, jak również dieta bogata w błonnik, może być związana z dobrą czynnością płuc i zmniejszoną częstością występowania POChP. Dieta bogata w ulegający fermentacji błonnik zmieniła skład mikroflory jelitowej i płucnej myszy, głównie poprzez zmniejszenie stosunku Firmicutes do Bacteroidetes, czemu towarzyszyło podwyższone stężenie krążących SCFA. Myszy te były chronione przed alergicznym zapaleniem płuc. Wcześniejsze badania na ludziach wykazały, że skład mikroflory jelitowej wpływa na ryzyko astmy i był związany z zaostrzeniami mukowiscydozy we wczesnym okresie życia, co wskazuje na wzajemny kontakt między jelitami a płucami. Halnes i in. stwierdzili znacznie zmniejszone zapalenie dróg oddechowych u pacjentów z astmą cztery godziny po spożyciu posiłku zawierającego błonnik rozpuszczalny i prebiotyki w porównaniu z posiłkiem placebo. Potrzebne są stabilne badania znacznikowe do zbadania produkcji okrężnicy i losów metabolicznych SCFA u osób zdrowych i chorych.

Mikroflora jelitowa osób starszych jest mniej zróżnicowana, charakteryzuje się większą zmiennością międzyosobniczą i mniejszą zdolnością do produkcji SCFA w porównaniu z młodszymi dorosłymi. W związku z tym dysbioza mikroflory jelitowej może być zaangażowana w rozwój kilku przewlekłych chorób ogólnoustrojowych związanych z wiekiem, takich jak sarkopenia i niższa jakość mięśni lub dysfunkcja poznawcza. Te upośledzenia związane z wiekiem są związane ze zmniejszoną sprawnością fizyczną i zwiększonym ryzykiem upadków, złamań, niepełnosprawności fizycznej i śmiertelności. Dysbioza mikroflory jelitowej (tj. zmieniony skład i funkcja drobnoustrojów) może przyczyniać się do rozwoju sarkopenii poprzez modulowanie wielkości, składu i funkcji mięśni. Ponadto SCFA, metabolity wytwarzane przez pożyteczne bakterie, pomagają w utrzymaniu funkcji poznawczych i dobrego samopoczucia psychicznego dzięki swoim właściwościom przeciwzapalnym i regulującym geny. Dlatego interwencje żywieniowe, takie jak suplementacja błonnikiem, muszą być badane jako modulator składu drobnoustrojów i szybkości produkcji SCFA, a także późniejszy wpływ na zdrowie mięśni i funkcje poznawcze oraz ogólne samopoczucie.