Táplálkozási állapot és a vegán étrend hatása a bél mikrobiotájára és az emberi egészségre

Herkules Sakkas

1 Mikrobiológiai tanszék, Egészségtudományi Kar, Orvostudományi Kar, Ioanninai Egyetem, 45110 Ioannina, Görögország; rg.iou@sidizobp (P.B.); rg.iou@noztragk (C.G.)

Petros Bozidis

1 Mikrobiológiai tanszék, Egészségtudományi Kar, Orvostudományi Kar, Ioanninai Egyetem, 45110 Ioannina, Görögország; rg.iou@sidizobp (P.B.); rg.iou@noztragk (C.G.)

Christos Touzios

2 Orvostudományi Kar, Egészségtudományi Egyetem, Ioanninai Egyetem, 45110 Ioannina, Görögország; rg.iou@85950dm (C. T.); rg.iou@59850dm (D.K.); rg.iou@54850dm (G.A.); rg.iou@64850dm (E.A.); rg.iou@56850dm (I.G.)

Damianos Kolios

Georgia Athanasiou

2 Orvostudományi Kar, Egészségtudományi Iskola, Ioanninai Egyetem, 45110 Ioannina, Görögország; rg.iou@85950dm (C. T.); rg.iou@59850dm (D.K.); rg.iou@54850dm (G.A.); rg.iou@64850dm (E.A.); rg.iou@56850dm (I.G.)

Eirini Athanasopoulou

Ioanna Gerou

Constantina Gartzonika

1 Mikrobiológiai tanszék, Egészségtudományi Kar, Orvostudományi Kar, Ioanninai Egyetem, 45110 Ioannina, Görögország; rg.iou@sidizobp (P.B.); rg.iou@noztragk (C.G.)

Absztrakt

Az emberi bél mikrobiotáját jól ismert komplex ökoszisztémának tekintik, amely különálló mikrobiális populációkból áll, és jelentős szerepet játszik az emberi egészség és wellness legtöbb aspektusában. Számos tényező, például a csecsemők átmenete, étkezési szokásai, életkora, probiotikumok és prebiotikumok fogyasztása, antibiotikumok használata, bélbetegségek, sőt anyagcsere-betegségek is folyamatosan megváltoztathatják a mikrobiota sokféleségét és működését. A vegán étrend – mikrobiota kölcsönhatások vizsgálata gyorsan fejlődő terület, mivel rengeteg kutatásra összpontosítottak a növényi táplálkozási szokások emberi bél mikrobiotára gyakorolt lehetséges hatásai. Beszámoltak arról, hogy a jól megtervezett vegán étrend és a hozzájuk kapcsolódó összetevők egyaránt befolyásolják a bél mikrobiota bakteriális összetételét és anyagcsere útvonalát. Az orvosi rendellenességekkel kapcsolatos bizonyos előnyöket, de korlátozásokat (beleértve a táplálkozási hiányosságokat is) dokumentáltak. Bár a vegán étrend nem megfelelő fűtőértékű, gazdag élelmi rostokban, polifenolokban és antioxidáns vitaminokban. Jelen tanulmány célja a vegán étrend tápláltsági állapotáról és az élelmiszer-összetevők emberi bél mikrobiotára és egészségre gyakorolt hatásáról szóló jelenlegi ismeretek frissítése volt.

1. Bemutatkozás

Az elmúlt évtizedekben a nyugati társadalmakban az egyének egyre nagyobb hányada alkalmazta a növényi és vegetáriánus étkezési szokásokat, amelyek bizonyítottan számos jótékony egészségügyi eredménnyel járnak együtt [1,2]. A vegetarianizmust az étrendi gyakorlatok sokfélesége és heterogenitása jellemzi, kizárva bizonyos élelmiszercsoportokat, például húst, baromfit és hasonló termékeket, és főként gyümölcsökre, zöldségekre, szemekre, hüvelyesekre, diófélékre, magvakra és édesem. Az étrend potenciálisan tartalmazhat tengeri ételeket (pescetarianismus) vagy tojást (ovo-vegetarianizmus), tejtermékeket (lakto-vegetarianizmus), vagy mindkettőt (ovo-lacto-vegetarianizmus) [4,5]. Ezzel szemben a vegetarianizmus (veganizmus) legszigorúbban regimentált formáját a hús és az állati eredetű élelmiszerek, például tejtermékek, tojás és méz fogyasztásának teljes tartózkodása jellemzi [4], kizárólag étrendet tartalmazó növényi táplálékkal, mint pl. gabonafélék, zöldségek, gyümölcsök, hüvelyesek, diófélék, magvak és növényi zsírok és olajok [6].

2. Vegán táplálkozás

A vegán étrend nem tartalmazza az állatokból készült termékeket; így a tápanyagbevétel nagy része az étkezési piramis alacsonyabb szintjén alapul. Ez a fajta táplálkozás magában foglalja a magas gyümölcs- és zöldségfogyasztást, valamint a nátrium- és a telített zsír alacsony fogyasztását [20]. A tápanyagokon kívül a növények számos fitokémiai anyagot tartalmaznak, köztük karotinoidokat és polifenolokat. Ilyen vegyületek a szőlőben, bogyókban és diófélékben található polifenolok, az indol-3-karbinol a keresztesvirágú zöldségekben, például a hajtásokban, a káposztában és a karfiolban, a hüvelyesekben található izoflavonok, beleértve a lóhere, a szója és a csillagfürt, valamint a paradicsomban a likopin. Általánosságban elmondható, hogy ezeknek az élelmiszer-összetevőként emlegetett anyagoknak nincs additív tápértékük, de befolyásolhatják a test különböző anyagcsere-útjait, többszörös egészségügyi előnyökkel járva [36,37,38,39]. Ha azonban a vegán étrend nincs megfelelően megtervezve, akkor megjelenhet a kalóriabevitel és a zsírsavak, fehérjék, vitaminok és ásványi anyagok táplálékhiányának csökkentése [1].

2.1. Makrotápanyagok

A zsírsavak és a telített zsírok tartalma növényi étrendben különösen alacsony, ami súlyvesztéshez, javított lipidprofilhoz és alacsonyabb vérnyomáshoz vezet, ami a szívkoszorúér-betegség és más krónikus betegségek megelőzéséhez kapcsolódik [44,45,46]. A növényi élelmiszerek csak kis mennyiségben tartalmaznak egyszeresen és többszörösen telítetlen zsírsavakat, főleg α-linolénsavat (ALA), ezért az omega-3 többszörösen telítetlen zsírsavak a legtöbb növényi olajból, gabonafélékből, dióból, chiaseedből, repcéből, lenmagból, tevéből, repce és kender [4,45,47,48]. A dokozahexaénsavat (DHA) tartalmazó mikroalga-kiegészítők, valamint a DHA-val dúsított élelmiszerek, az ALA-élelmiszerek rendszeres ellátása és a kiegészítők szintén jó forrásai az esszenciális zsírsavaknak [1].

2.2. Mikroelemek

Bár a vegán étrendnek nem megfelelő a fűtőértéke, antioxidáns vitaminokban és fitokemikáliákban gazdag. A metabolikus és homeosztázisos funkciókhoz minimális mennyiségű vitaminra van szükség [20]. A növényi élelmiszerek egyértelműen vitaminokkal látják el az ilyen étrendet, beleértve a C-vitamint (L-aszkorbinsavat) és a karotinoidokat. A karotinoidok az A-vitamin prekurzorai, például a β-karotin vagy az A provitamin, amely bőségesen megtalálható a sárgarépában. A többszörösen telítetlen növényi olajok jelentős mennyiségben tartalmaznak zsírban oldódó E. vitamint. A szelén, egy nyomelem, amely nagyon fontos a glutation-peroxidáz előállításához, számos növényi élelmiszerben megtalálható [52,53]. Úgy tűnik, hogy a vitaminok védő szerepet játszanak különféle daganatos megbetegedésekben is, mint például hematológiai (C-vitamin), glioma, tüdő (A-vitamin), prosztata, emlő, vastagbél (E-vitamin és szelén), oropharyngealis, hólyag, bőr, méh és petefészek rákos megbetegedések (szelén) [53].

A kalcium felszívódásával és a csontmineralizációval kapcsolatos D-vitamin alapvető szerepet játszik a csontok egészségében [31]. Szintje főként a megfelelő napsugárzástól függ, ezért kiegészítésre nincs szükség, különösen az alacsony szélességi körzetben élő egyének körében. A szérum alacsony 25-hidroxi-D-vitamin-koncentrációját a vegán társadalmakban dokumentálták, különösen télen vagy tavasszal, vagy a magas szélességi fokon élőknél [6,43,56]. A D3-vitamin (kolekalciferol) növényekből vagy állatokból származhat, míg a D2-vitamin (ergokalciferol) az ultraibolya sugárzás hatására keletkezik. Az ultraibolya fény alatt kezelt gombák fontos D-vitamin-forrást jelenthetnek [31,45]. Alternatív D-vitamin források a reggeli gabonafélék és a szója kivételével a tej helyettesítői, például a zab-, mandula- és rizsitalok [6]. Ha a napsütés és a dúsított élelmiszerek bevitele nem elegendő a tápanyagigény kielégítéséhez, a D-vitamin-kiegészítők ajánlottak, mind gyermekek, mind felnőttek számára.

Az ásványi anyagok, például a jód, a kalcium és a cink hiánya is előfordulhat. A jódhiány nagyon gyakori a vegánok körében, gyakran szerzett hypothyreosishoz vezet [58]. Vegán jódforrások a jódozott só és a tengeri zöldségek, amelyek különböző mennyiségű ásványi anyagot tartalmaznak [45]. Rengeteg növényi alapú kalciumforrás található; a kalcium biohasznosulása fordítottan arányos az oxalátmennyiséggel, és kisebb mértékben a zöldségekben található fitáttal és rosttal [45,50]. A magas kalciumtartalmú ételek közé tartozik számos zöld leveles zöldség, tofu, tahini [1], valamint dúsított ételek, például gabonafélék, szója, rizs, mandula- és kókuszitalok, narancs- és almalevek, kisebb részben cukrozatlan áfonya és alacsony nátriumtartalmú paradicsom [ 59]. Ennek ellenére a legjobb felszívódást az alacsony oxaláttartalmú zöldségek, köztük a brokkoli, a kelkáposzta, a fehérrépa, a kínai káposzta és a bok choy biztosítják.

A vegánoknak lehetőségük van annyi vasat fogyasztani, mint a nem vegánok naponta. A vegánokban azonban mind a vér, mind a ferritin szintje alacsonyabb, mint a nem vegánokban. A hemből származó vas felszívódása lényegesen magasabb, mint a növényi eredetű nem hem vasbevitel. Ezt ellensúlyozni lehet aszkorbinsav (citrusfélék, eper, kivi) fogyasztásával, amely a nem hem vas felszívódásához szükséges komponens [1,50]. Hüvelyesek, bab, teljes kiőrlésű gabona, gabonafélék, sötétzöld leveles zöldségek, gyümölcsök, magvak és diófélék felhasználhatók vasforrásként [16,30,61]. A cink katalizátorként működik a vas anyagcseréjében, és nem olyan könnyen felszívódik növényi forrásokból, mint az állati termékekből, amelyek általában a cinkbevitel felét szolgáltatják [4]. Vegánokban az alacsony plazma cinkszint vashiányos vérszegénységhez vezethet. A cinkben gazdag növényi élelmiszerek teljes kiőrlésű kenyér, borsó, kukorica, dió, sárgarépa, teljes kiőrlésű gabona, búzacsíra, szójabab, káposzta, retek, vízitorma és hüvelyesek [4,30,62].

3. A vegán étrend hatása az emberi bél mikrobiotájára

3.1. Bél mikrobiota összetétele és funkcionális vonatkozásai

Az emberi bél mikrobiota mikrobiális összetétele számos mikroorganizmus taxonból áll, mint például baktériumok, vírusok, protozoonok és gombák [63]. Becslések szerint az emberi gyomor-bél traktusban körülbelül 100 billió mikroorganizmus található, amelyek több mint 1000 baktériumfajt tartalmaznak [63,64]. A Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria és Verrucomicrobia elsősorban a normál bélflóra részeként található meg, ahol a Bacteroidetes és a Firmicutes képviseli a teljes bakteriális phyla alkat 90% -át, az Actinobacteriumok, a Proteobacteriumok és a Verrucomicroberok pedig kisebb mértékben [64,65,66]. A bél mikrobiotájában gyakran előforduló baktériumok rövid összefoglalását az 1. táblázat tartalmazza .

Asztal 1

Normál emberi bél mikrobiota összetétel.

Bakteroidéták megerősítikActinobaktériumok

Bacteroides	Clostridium	Bifidobacterium
Prevotella	Faecalibacterium
Enterococcus	Verrucomicrobia
Proteobaktériumok	Streptococcus	Akkermansia
Escherichia	Roseburia
Shigella	Lactobacillus	Fusobacteriumok
Bacilus	Fusobacterium
Eubacterium
Ruminococcus

A mikrobiális összetétel és aktivitás egyensúlyhiánya vagy megváltozása, más néven „bélmikrobiota dysbiosis”, számos klinikai megnyilvánulással járt, bár egyelőre nem világos, hogy a betegség oka vagy következménye a diszbiotikus mintázat [84]. Ezek a rendellenességek magukban foglalják az elhízást, a 2-es típusú cukorbetegséget, a neurológiai és a neuropszichiátriai cormobiditásokat (Alzheimer- és Parkinson-kór, máj-encephalopathia, autizmus-spektrum rendellenesség, depresszió, amiotróf laterális szklerózis), allergiát, karcinogenezist, autoimmun betegségeket (celiakia, szisztémás lupus erythematosus, rheumatoid ízületi gyulladás, pikkelysömör, atópiás dermatitis), fertőző betegségek (Clostridium difficile fertőzés), szív- és érrendszeri betegségek, valamint krónikus vese-, máj- és gyomor-bélrendszeri betegségek [63,66,74,75,81,85,86,87,88]. A gyomor-bél traktus leggyakoribb rendellenességei, amelyek a bél mikrobiota dysbiosisához kapcsolódnak, a gyulladásos bélbetegség két fő típusa, a fekélyes vastagbélgyulladás és a Crohn-kór [75]. Irritált bél szindrómáról, divertikuláris betegségről és vastagbélrákról is beszámoltak [74] (1. ábra).

A bél mikrobiota összetételének megváltozása és a kapcsolódó klinikai rendellenességek. SLE, szisztémás lupus erythematosus; RA, rheumatoid arthritis; CVD, szív- és érrendszeri betegségek; CKD, krónikus vesebetegség; HE, máj encephalopathia; ASD, autizmus spektrum rendellenesség; ALS, amiotróf laterális szklerózis; IBD, gyulladásos bélbetegség; IBS, irritábilis bél szindróma.

3.2. A vegán élelmiszer-összetevők hatása az emberi bél mikrobiotájára

Az emberi bél bakteriális sokféleségének jellemzését általában enterotipizálás segítségével határozzák meg, amelyet bakteriális Prevotella/Bacteroides arányként (P/B) értelmeznek [93]. Noha a szigorú vegánok bélmikrobiota-szerkezete nincs pontosan meghatározva, és számos környezeti, kulturális és genetikai tényező társult a nyugati és a nem nyugati bélközösség differenciálódásához, beszámoltak arról, hogy a P/B arány magasabb volt a természetes rost- és keményítőbevitel, mint a nyugati típusú étrendet követő egyéneknél [94,95]. A bélmikrobiotában tehát a Prevotella fajok dominálnak olyan növényi táplálkozási szokásokkal rendelkező személyeknél, mint például az afrikai, az ázsiai és a dél-amerikai társadalmakban élő populációk, míg a nyugati társadalmakban élő egyénekben a Bacteroides által vezérelt enterotípus dominál, amelyek gazdag étrendet fogyasztanak állati fehérje, aminosavak és telített zsírok [75,93]. Érdekes módon a Prevotella spp. megállapítások szerint hatékony gyulladáscsökkentő tulajdonságokat nyújtanak bizonyos betegségeknél [26], beleértve a gyulladásos ízületi gyulladásokat [96] és a sclerosis multiplexet [97], míg a Bacteroides spp. általában számos fertőzésben vesznek részt, amelyek antimikrobiális rezisztenciát mutatnak a különféle antibiotikumokkal szemben, és hasznos kompenzációként működhetnek az emberi gazdaszervezet számára is [98].

A vegán étel összetevőinek hatása az emberi bél mikrobiotájában. E. rectale: Eubacterium rectale; C. perfringens: Clostridium perfringens; C. histolyticum: Clostridium histolyticum. LDL: alacsony sűrűségű lipoprotein; CRP: C-reaktív fehérje.

A zsírokat hatékony energiaforrásnak tekintik, és a jelenlegi adatok alapján mind az étrendi zsírbevitel minősége, mind mennyisége befolyásolhatja a bél mikrobiotájának összetételét [65]. A vegán étrend alacsony zsírtartalmú étrend egyszeresen és többszörösen telítetlen zsírokat tartalmaz, amelyek megváltoztatják a mikrobiális bélösszetételt a Bacteroidetes és a Firmicutes arány növelésével. Éppen ellenkezőleg, az állati telített zsírok megnövelik a Proteobacteria és Firmicutes nemzetségeit, és csökkentik a Bifidobacterium spp.-t is, ami gyulladást válthat ki, ami fokozatosan metabolikus rendellenességekhez vezet [26] (2. ábra). Meggyőző és következetes bizonyíték van arra, hogy az állati zsírtartalmú étrend fogyasztása a szív- és érrendszeri betegségek patogenezisének egyik fő mozgatórugója lehet a szérum koleszterinszint és az LDL szint növekedése révén [87].

A vegánok fehérje-energiaállapotáról beszámoltak, hogy alacsonyabb, mint a mindenevőkkel [109]. Az étkezési fehérjék mikrobiotára gyakorolt hatását vizsgáló tanulmányok megerősítették, hogy a Bifidobacterium és a Lactobacillus fajok, valamint a bél SCFA szintje megnőtt a borsófehérje fogyasztása után, míg a patogén C. perfringens és a Bacteroides fragilis egyaránt csökkent [87]. A diófogyasztás jótékony hatása a bél mikrobiota összetételére a Ruminococcus spp. és a Bifidobacterium spp. és csökkenő Clostridium spp. szintén beszámoltak [26] (2. ábra). Ezzel szemben úgy tűnik, hogy az állati fehérje bevitele jelentős szerepet játszik a gyulladásos bélbetegség patogenezisében, mivel megváltoztathatja a bél mikrobiota összetételét a Bacteroides, Alistipes és Bilophila spp. Növelésével, valamint a hasznos Lactobacillus spp., Roseburia spp csökkentésével. és E. rectale [87]. Ezenkívül a magas állati fehérjebevitellel rendelkező étrendek szív- és érrendszeri betegségekkel társulnak, mivel a vörös hús fogyasztása megváltoztathatja a bél mikrobiotájának összetételét, ami proaterogén metabolit (trimetil-amin-N-oxid) termelését eredményezi egerekben [110].

A mikrotápanyagok közül bizonyos vitaminok, köztük a K-vitamin és a B-komplex vitaminok (biotin, kobalamin, folát, nikotinsav, pantoténsav, piridoxin, riboflavin, tiamin), amelyek mind részt vesznek a baktériumok anyagcseréjében, szintetizálhatók a bél mikrobiotájában [77]. Másrészt humán önkénteseken végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a karotinoidok, például a fekete ribizli lutein a Bifidobacterium spp növelésével kimutatták, hogy befolyásolják a mikrobiota összetételét. és Lactobacillus spp., valamint redukáló Bacteroides spp. és Clostridium spp. [111].

4. Következtetések

Szerző közreműködései

Koncepcionálás, írás - eredeti vázlatkészítés, H.S .; P.B .; C. T.; D.K .; G.A .; E.A .; I.G .; tanulmányterv, H.S .; P.B .; C.G .; írás - áttekintés és szerkesztés, H.S .; P.B .; C.G. Minden szerző elolvasta és elfogadta a kézirat közzétett változatát.

Finanszírozás

Ez a kutatás nem kapott külső támogatást.