Dlaczego krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są tak ważne?

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (ang. Short Chain Fatty Acids, SCFA) to związki organiczne niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania przewodu pokarmowego. Najważniejsze z nich to kwas octowy, propionowy i masłowy, fizjologicznie występujące w proporcjach 60 : 25 : 15. Służą one przede wszystkim jako podstawowe źródło energii dla komórek błony śluzowej jelita, choć ich rola jest znacznie większa i ogólnoustrojowa. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są w zasadzie w całości wchłaniane i wykorzystane przez nabłonek jelitowy, tylko niewielka ich ilość (poniżej 5%) jest wydalana ze stolcem. Fizjologicznie powstają one w świetle przewodu pokarmowego jako produkt beztlenowej fermentacji bakteryjnej włókna pokarmowego i skrobi opornej. Ich dobowa produkcja w jelicie grubym u zdrowego człowieka wynosi 20–100 g/dzień, może jednak ulegać znacznym wahaniom, co zależy od bardzo wielu czynników, przede wszystkim diety, ale również prawidłowości i aktywności mikrobiomu jelitowego, aktywności fizycznej, wieku, występowania chorób, zwłaszcza przewlekłych, przyjmowania leków, nałogów itd. Analizując rolę diety, warto zauważyć, iż ostateczne proporcje i produkcja krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych zależą od rodzaju substratów pokarmowych, np. kwas propionowy powstaje przede wszystkim z błonnika pokarmowego, skrobi opornej oraz fermentacji produktów mlecznych zawierających bakterie propionowe, kwas masłowy zaś powstaje głównie ze skrobi opornej.
W warunkach prawidłowo zbilansowanej diety, zapewniającej podaż w odpowiednich proporcjach białka, węglowodanów, tłuszczów oraz błonnika i włókien roślinnych, poziom SCFA jest wystarczający dla prawidłowego przebiegu procesów metabolicznych komórek nabłonka jelitowego, ale też regeneracji i odnowy tych komórek, np. w stanach zapalnych. Jednak obecnie obserwuje się coraz większy udział w codziennym żywieniu produktów wysokoprzetworzonych, bogatych w cukry proste, z niedostateczną podażą włókna pokarmowego, co w znacznym stopniu wpływa na obniżenie poziomu endogennych SCFA. Zwraca się uwagę na dwa mechanizmy prowadzące do obniżenia poziomu SCFA w świetle przewodu pokarmowego. Jeden z nich to wspomniane powyżej kwestie dotyczące prawidłowości diety. W badaniach populacyjnych w krajach Europy Zachodniej obserwuje się obniżenie poziomu SCFA w świetle przewodu pokarmowego, co koreluje dość ściśle z występowaniem szeregu patologii, przede wszystkim chorób zapalnych swoistych i nieswoistych, a także zaburzeń czynnościowych, przede wszystkim zespołu jelita nadwrażliwego. Drugi mechanizm związany jest z zaburzeniami mikrobiomu jelitowego, polegającymi na spadku ilości bakterii saprofitycznych (np. Lactobacillus), cennych dla prawidłowej hemostazy jelitowej oraz odpowiadających m.in. za fermentację skrobi i włókien właśnie do produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Kolejnym problemem w grupie pacjentów ze schorzeniami w obrębie dolnego odcinka przewodu pokarmowego jest pewnego rodzaju negatywne sprzężenie zwrotne, polegające na ograniczeniu przyjmowania pokarmów z dużą zawartością błonnika i skrobi opornej w przypadku różnych schorzeń przewodu pokarmowego (np. choroba uchyłkowa, inne choroby zapalne, biegunki różnego pochodzenia, stany po chemioterapii), co prowadzi do spadku produkcji SCFA, natomiast spadek SCFA w konsekwencji może powodować progresję choroby i dalsze nasilenia objawów klinicznych.
Jak wspomniano powyżej, rola SCFA jest bardzo istotna dla prawidłowej funkcji nabłonka błony śluzowej. Pokrywają one niemal całkowicie zapotrzebowanie energetyczne komórek nabłonka jelitowego, ale też odgrywają niezwykle ważną rolę w utrzymywaniu prawidłowej struktury, integralności oraz funkcji jelita. Poprzez stymulację wzrostu flory saprofitycznej (np. Lactobacillus rhamnosus) działają hamująco na rozwój innych patogenów, takich jak Escherichia coli, Campylobacter czy Salmonella, konkurujących o miejsce kolonizacji. Obecność SCFA w świetle jelita grubego może hamować wzrost patogenów na różne sposoby, np. w tkankowej hodowli in vitro zaobserwowano, że obecność propionianu lub maślanu prowadzi do zahamowania ekspresji genów kodujących wyspy patogenności SPI-1, które determinują zdolność Salmonella typhimurium do inwazji komórek nabłonka jelitowego. Prawidłowe stężenie SCFA w świetle jelita pozwala również na utrzymanie prawidłowego pH, co jest kolejnym mechanizmem zabezpieczającym układ pokarmowy przed inwazją mikroorganizmów. 
SCFA stanowią również bardzo istotny element normalizacji mikrobiomu jelitowego po antybiotykoterapii czy ostrych schorzeniach zapalnych. Ma to szczególne uzasadnienie w leczeniu różnego rodzaju biegunek, zarówno swoistych (wirusowe, bakteryjne, w tym biegunka podróżnych), jak i nieswoistych (zespół jelita nadwrażliwego z dominacją biegunek, stany po chemioterapii, nieswoiste choroby zapalne jelit), gdzie SCFA, przede wszystkim maślan i propionian, działają nie tylko objawowo, powodując szybkie ustąpienie objawów klinicznych, ale również przyczynowo, prowadząc do regeneracji nabłonka jelitowego oraz normalizacji mikrobiomu.
Istotną funkcją SCFA w organizmie, potwierdzoną w wielu dotychczasowych badaniach klinicznych, jest efekt troficzny wywierany na nabłonek jelitowy. Działanie to związane jest z przyspieszaniem procesów gojenia oraz regeneracji. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe zapewniają nie tylko potrzeby metaboliczne tworzących się nowych komórek nabłonka, ale również stymulują procesy prawidłowej proliferacji, przyspieszając „gojenie się” zmienionej zapalnie błony śluzowej. Warto w tym momencie wspomnieć, iż SCFA w modelach doświadczalnych wydają się mieć zdolność hamowania procesów nowotworzenia. W procesach regeneracji bardzo ważne jest również stymulujące działanie SCFA na biosyntezę śluzu błony śluzowej nabłonka jelitowego. Prawidłowy śluz jest niezwykle ważnym czynnikiem dla normalnej funkcji perystaltycznej jelita, ale również utrzymania integralności nabłonka, prawidłowości mikrobiomu jelitowego i zabezpieczenia komórek nabłonka jelitowego przed bezpośrednim działaniem patogenów jelitowych.
W ostatnich latach zwraca się szczególną uwagę na zjawisko szczelności i integralności bariery jelitowej, których zaburzenia prowadzą do wzrostu przepuszczalności toksyn bakteryjnych poza światło jelita czy nawet tzw. translokacji bakteryjnej (przedostawanie się bakterii do jamy otrzewnowej w przebiegu niektórych ciężkich schorzeń jamy brzusznej, np. ostrego zapalenia trzustki). SCFA, w dużej mierze kwas propionowy, poprzez wspomaganie funkcji bariery jelitowej, mierzonej jako zwiększenie elektrycznego oporu transnabłonkowego, w fizjologicznym stężeniu wpływa na zmniejszenie przepuszczalności, co poprawia funkcjonalność bariery jelitowej. 
 

Należy również zwrócić uwagę, iż SCFA w sposób istotny wpływają na prawidłowość funkcji układu immunologicznego, nie tylko działając miejscowo, w obrębie przewodu pokarmowego, ale również poprawiając ogólnoustrojową odpowiedź autoimmunologiczną. SCFA posiadają efekt immunomodulujący, który można wykorzystać dla optymalizacji przygotowania chorych przed zabiegami chirurgicznymi w obrębie przewodu pokarmowego, zwłaszcza chorych onkologicznych i wyniszczonych. Ostatnie lata przynoszą coraz więcej informacji o działaniach SCFA na poziomie całego organizmu, nie tylko w obrębie przewodu pokarmowego. Wiadomo, iż odgrywają one korzystną rolę w metabolizmie tkanki tłuszczowej, a ich prawidłowe stężenie jest ważne dla utrzymania prawidłowej masy ciała. Coraz lepiej poznajemy również mechanizmy osi jelitowo-mózgowej, nie tylko determinującej funkcję przewodu pokarmowego, ale również związanej z szeregiem patologii centralnego układu mózgowego, jak np. choroby Alzheimera. Również w tym przypadku właściwy poziom SCFA jest bardzo ważny dla prawidłowej funkcji mózgu. Kwas propionowy może oddziaływać korzystnie na ciśnienie tętnicze krwi, poprzez wybiórcze i swoiste oddziaływanie na zespół receptorów wolnych kwasów tłuszczowych (GPRs). Poprzez silne wiązanie propionianu do receptorów Olfr78 dochodzi do wzrostu, zaś poprzez oddziaływanie na receptor GPR41 – do spadku ciśnienia krwi. Prawidłowe ciśnienie krwi warunkowane jest równowagą pomiędzy aktywnością wskazanych receptorów, a to z kolei warunkowane jest odpowiednim stężeniem kwasu propionowego i innych SCFA.
Inne istotne sytuacje kliniczne, w których SCFA ogrywają korzystną rolę, to stany po zabiegach w obrębie przewodu pokarmowego, zwłaszcza po rozległych resekcjach (choć zwraca się również uwagę na znaczenie suplementacji SCFA przed zabiegami operacyjnymi), w stanach katabolizmu, gdzie istotne jest uzyskanie optymalnego wchłaniania z przewodu pokarmowego, w trakcie leczenia onkologicznego, u chorych w leczeniu immunosupresyjnym.
 

Powyższy fragment nie wyczerpuje oczywiście opisu roli i znaczenia SCFA dla prawidłowej funkcji przewodu pokarmowego i całego organizmu. Z uwagi na wskazane mechanizmy działania i efekty kliniczne w pełni uzasadnione jest dążenie do utrzymania prawidłowego stężenia SCFA w świetle jelita oraz dbanie o odpowiednie proporcje najważniejszych krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Optymalnym sposobem utrzymania odpowiedniego stężenia SCFA jest właściwa dieta, jednakże w sytuacjach, gdy nie zabezpiecza ona w pełni właściwego prawidłowego SCFA, zwłaszcza w stanach chorobowych i zaburzeniach przewodu pokarmowego, uzasadniona jest suplementacja. 
W kontekście suplementacji diety warto również zwrócić uwagę na synergistyczne połączenie SCFA z preparatem probiotycznym, który wpłynie na zwiększenie kolonizacji jelit bakteriami z rodzaju Lactobacillus. Bakterie probiotyczne są bezpośrednio odpowiedzialne za utrzymanie prawidłowej homeostazy mikrobioty jelitowej, ponieważ normalizują pH w przewodzie pokarmowym za pomocą metabolitów, którymi są SCFA. Probiotyczny szczep Lactobacillus rhamnosus PL1 wydaje się mieć kliniczną wartość w przywracaniu równowagi pomiędzy różnymi gatunkami drobnoustrojów kolonizujących jelito grube u pacjentów leczonych z powodu chorób dolnego odcinka przewodu pokarmowego.

Piśmiennictwo:

1. Parada Venegas D., De la Fuente M.K., Landskron G. i wsp. Short Chain Fatty Acids (SCFAs)-Mediated Gut Epithelial and Immune Regulation and Its Relevance for Inflammatory Bowel Diseases. Front Immunol. 2019 Mar 11; 10: 277. doi: 10.3389/fimmu.2019.00277. 
2. Czajkowska A., Szponar B. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) jako produkty metabolizmu bakterii jelitowych oraz ich znaczenie dla organizmu gospodarza. Postepy Hig Med Dosw (online), 2018; 72: 131–142.
3. Kotunia A., Pietrzak P., Guilloteau P. i wsp. Kwas masłowy w przewodzie pokarmowym. Przegląd Gastroenterologiczny 2010; 5(3): 117–122.
4. Hijova E., Chmelarova A. Short chain fatty acids and colonic health Bratisl Lek Listy. 2007; 108(8): 354–8.
5. Topping D., Clifton P. Short-Chain Fatty Acids and Human Colonic Function: Roles of Resistant Starch and Nonstarch Polysaccharides. Physiological reviews 2001; 81(3): 1031–164.
6. Banasiewicz T., Kaczmarek E., Maik J. i wsp. Jakość życia i objawy kliniczne u chorych z zespołem jelita nadwrażliwego, leczonych uzupełniająco chronionym maślanem sodu. Gastroenterologia Praktyczna 2011; 3,5: 45–53.
7. Borycka-Kiciak K., Banasiewicz T., Rydzewska G. Butyric acid – a well-known molecule revisited. Prz Gastroenterol. 2017; 12(2): 83–89. doi: 10.5114/pg.2017.68342. Epub 2017 Jun 13. Review.
8. Whitehead R.H., Young G.P., Bhathal P.S. Effects of short chain fatty acids on new human colon carcinoma cell line (LIM 1215). Gut 1986; 27: 1436–57.
9. Borycka-Kiciak K., Strus M., Pietrzak P. et al. Aspekty kliniczne i mikrobiologiczne zastosowania szczepów Lactobacillus rhamnosus PL1 u pacjentów z objawami zapalenia odbytnicy w przebiegu chorób dystalnego odcinka jelita grubego. Pol Przegl Chir 2017; 89: 16–22.