Kostfibers fysiologiska effekter – mer än bara bulk

Publicerat i: 
Publicerat 2016-06-10

Tidigare publicerat i Nordisk Nutrition nr 1-2, 2014

Asp-symposium 2013

Sambandet mellan en fiberfattig kost och obstipation (förstoppning) var välkänt från studier på 20- och 30-talet, om än delvis bortglömt, men för övrigt byggde hypoteserna från Burkitt och Trowell på spekulationer utan experimentellt underlag”, inledde Nils-Georg Asp ett föredrag om kostfibers fysiologiska effekter i mars 1982. En intensiv forskning inom området har bedrivits sedan dess, och det vetenskapliga arbetet har gett påtagliga resultat, men är fortfarande högaktuellt.

 

>> text: Margareta Nyman, professor. Industriell Näringslära och livsmedelskemi, Lunds Universitet.

 

Från att de flesta förutsatt att mekanismerna bakom kostfibers fysiologiska effekter berodde på rent mekanisk-fysikaliska fenomen längs magtarmkanalen har fokus flyttats mer och mer till tjocktarmen och den mikroflora som finns där. Inte minst gäller det de metabola effekterna. Intressanta samband mellan tjocktarmsfloran och uppkomsten av fetma, insulinresistens och diabetes typ 2 har lagts fram under senare tid. Kostfibrerna kan förväntas ha stor betydelse i detta avseende.

Tjocktarmen allt intressantare

Nils-Georg Asp var en pionjär inom kostfiberområdet och hans första publikationer rörde just kostfibers fysiologiska effekter. Tre artiklar som publicerades 1979 respektive 1981 behandlade tjocktarmscancer, diabetes och kolesterolnivåer (1–3). Än idag forskar vi mycket kring just dessa effekter och flera epidemiologiska studier har visat att kostfiber är den kostkomponent som har störst betydelse på exempelvis metabola effekter.

Kostfibrerna är ett viktigt substrat för bakterierna i tjocktarmen och det finns ett omvänt samband mellan intaget av kostfiber och halten proinflammatoriska komponenter i blodet. Viktigt att hålla i minnet är dock att kostfiber är en komplex grupp substanser och alla kostfiber har inte samma effekt.

I detta avseende kan grad och typ av processning påverka komplexiteten ytterligare, men ökad kunskap inom området kan utnyttjas som verktyg för design av produkter med optimala hälsoeffekter (4). Detta gäller inte minst antioxidanter/polyfenoler som ofta är hårt bundna till ligninfraktionen i kostfibrerna, och i ökande grad har satts i samband med gynnsamma fysiologiska effekter (5). För att ha en påverkan via tjocktarmen måste emellertid antioxidanterna vara åtkomliga för bakteriefloran, något som skulle kunna uppnås med rätt typ av hantering/processning.

Kostfibrerna viktigast

Men det är inte bara gynnsamma kostkomponenter som når tjocktarmen, utan även toxiska substanser som i sig kan ha inverkan på bakteriesammansättningen. Dessutom är en del av det protein och fett som vi äter odigererbart och vad detta har för betydelse för bakterieflorans sammansättning och de metaboliter som bildas vet vi mycket lite om. Kostfibrerna är emellertid de kvantitativt viktigaste komponenterna för mikrofloran som erhålls via kosten.

Vikten av mikrofloran kan kanske, så här i efterhand, även ses i Nils-Georgs första fiberstudie, som studerade effekten av olika kostfibertyper på uppkomsten av kemiskt inducerad tjocktarmscancer hos råttor (1). Det visade sig då att pektin orsakade mer cancer än kontrollen utan fiber. Eftersom detta var mer eller mindre osannolika data repeterades studien med några andra typer av pektin, men utfallet blev detsamma.

Senare studier gjorda av andra forskargrupper gav liknande effekter. Idag är vi kanske närmare lösningen och den bakteriella metabolit som bildas i tjocktarmen med pektin är framför allt ättiksyra, som även stimulerar bildningen av bakterien Lachnospiraceae (6). Intressant i sammanhanget är att stomiopererade ulcerös kolit-patienter har riklig mängd av Lachnospiraceae i tunntarmen (6).

Mikroflorans betydelse skulle även kunna förklara varför guargummi hade mer uttalade effekter än pektin på lipidmetabolismen i en av de andra av Nils-Georgs tidiga fiberstudier (2). Guargummi har visat sig ge höga halter av propionsyra vid nedbrytning i tjocktarmen i motsats till pektin som huvudsakligen ger ättiksyra (6). Propionsyra är en av de metaboliter som kopplats samman med gynnsamma metabola effekter, liksom smörsyra och som vi vill ha höga mängder av vid fermentering. Ättiksyra associeras mer med negativa effekter.

Balanserad bakterieflora

Men vad är då anledningen till att mikrofloran eventuellt kan påverka metabola effekter? En mekanism som föreslagits är att de lipopolysackarider (LPS) som avges från gramnegativa bakterier kan absorberas från tjocktarmen in i blodbanan och orsaka en kronisk inflammation, endotoxemi. En obalans i sammansättningen av bakterier i tjocktarmen är därmed en viktig faktor i utvecklingen av den ökade inflammationen, men går att påverka via kosten, till exempel med rätt typ av kostfiber (prebiotika) eller tillförsel av goda bakterier (probiotika).

Det är därför viktigt att upprätthålla ett högt näringsstatus på tarmslemhinnan, dels för att minska risken för lokal inflammation i tjocktarmen och undvika sjukdom där, men även för att minska risken för att toxiska eller inflammatoriska substanser, som lipopolysackarider, passerar genom tarmväggen. En hög halt av vissa tarmämnen i blodet, speciellt propionsyra och smörsyra och som erhålls vid nedbrytning av kostfiber, tycks emellertid kunna hämma bildningen av inflammationshämmande ämnen i kroppen (7).

Sammansättningen på mikrofloran och vilken typ av vegetabiliska komponenter som når tjocktarmen är därmed av yttersta betydelse och något som vi själva kan påverka. För att öka tillkomsten av produkter med hälsoeffekter i tjocktarmen är det således angeläget att få mer kunskap om råvaror och effekt av processning, och hur de påverkar sammansättning av tarmfloran och bildning av tarmmetaboliter.

Fibertyp styr nedbrytning

Som ett exempel så kan nämnas att frukto-oligosackarider, med en förhållandevis låg molekylvikt (2–8 monosackarider bundna till varandra) ger en högre mängd smörsyra vid nedbrytning i tjocktarmen på råtta jämfört med ursprungsfruktanerna med 10–60 enheter, som istället gynnar bildningen av propionsyra (8).

Vid en minskad löslighet av samma fruktaner (10–60 monosackarider sammanbundna) förskjuts nedbrytningen till nedre delen av tjocktarmen. Den minskade lösligheten kan vara av betydelse om man vill designa livsmedel med specifika effekter för individer med ulcerös kolit, då denna sjukdom uppträder i nedre delen av tjocktarmen.

Liknade effekter kan uppnås med ett mer komplett livsmedel, och när ett fiberrikt vetemjöl delades upp i olika fraktioner så gav den lösliga fraktion som innehöll mycket fruktaner och arabinoxylaner en ökad andel propionsyra både i blindtarm och i blod på råtta jämfört med övriga fraktioner, medan andelen ättiksyra minskade (6). En låg halt av ättiksyra anses vara gynnsamt eftersom denna metabolit gynnar kolesterolsyntesen, och skulle kunna vara mekanismen bakom vissa lösliga fibers kolesteroldämpande effekt.

Minskade symtom med beta-glukan

Personer med ulcerös kolit har en ökad benägenhet att utveckla hjärt-kärlsjukdom och det är därför viktigt att behandla riskfaktorer kopplade till det metabola syndromet hos dessa individer. Ett annat sätt kan vara att öka näringsstatus på tarmslemhinnan.

Vi har tidigare visat att patienter med ulcerös kolit, som har en nedsatt förmåga att utnyttja smörsyra, får minskade symptom när de intar beta-glukanberikat havrekli (9). Beta-glukaner i sig ger hög halt av smörsyra vid nedbrytning (6) och de minskade symptomen kunde korreleras till ökad mängd smörsyra i avföringen (9).

Försöket med havre har nu repeterats på en större grupp ulcerös kolit-patienter, och även i denna studie ökade mängden smörsyra i avföringen i den grupp som fått havre jämfört med vete. Smörsyra i blod mättes också och en intressant iakttagelse var att signifikansen mellan kost och smörsyra var större i blod än i avföringen. Detta är i och för sig inte så märkligt om man betänker att över 90 procent av de kortkedjiga fettsyror som bildas i tjocktarmen absorberas och utnyttjas där. Fortsättningsvis skulle betydligt enklare interventioner kunna utföras med lovande kostfibertyper genom ett enkelt blodprov på denna typ av patienter.

Lösliga kostfibrer bäst

Vid design av livsmedel så kan det vara intressant att veta var de aktiva komponenterna finns. I ett försök presenterat i en nyligen framlagd avhandling extraherades olösliga och lösliga fraktioner från blåbär, svarta vinbär och hallon (6). De lösliga bärfraktionerna, och speciellt den från blåbär, gav lägre kolesterol och fett i levern än de olösliga fraktionerna. Dessa resultat kunde också korreleras till mängd bildad propionsyra, och ju högre mängd desto lägre mängd fett och kolesterol i levern.

Ett annat intressant resultat var att polyfenoler i urin endast kunde detekteras vid intag av lösliga bärfraktioner. Detta innebär således att de olösliga fraktionerna var ganska inaktiva, något som kanske bör beaktas vid utnyttjande av restprodukter från bär. I studierna har en råttmodell med konventionella djur, som även visat sig ge bra korrelation med människa, använts. Trots att djuren är friska ser vi således tydliga effekter på riskmarkörer och en korrelation till bakteriella metaboliter, men om detta även gäller på människa vet vi inte. Dock såg vi inga skillnader i pro- och antiinflammatoriska markörer.

Styr mikrofloran

Med anledning av detta inducerade vi låggradig systemisk inflammation genom att helt enkelt öka halten av mättat fett i dieten till friska djur (6). Djuren fick denna högfettdiet tillsammans med tre kostfibertyper (pektin, guargummi och en blandning av guargummi och pektin) som vi visste gav olika mönster av metaboliter vid fermentering i tjocktarmen (ättiksyra, propionsyra respektive smörsyra). Förutom fett och kolesterol i levern, kortkedjiga fettsyror och inflammatoriska cytokiner i blod analyserades också mikrofloran.

Tydliga skillnader kunde ses i sammansättningen av bakterier mellan olika dieter. Guargummi stimulerade bildning av bakterien Bacteroides, pektin gynnade bildning av Lachnospiraceae (förekommer i patienter med ulcerös kolit) och dieten utan fiber gynnade bakterien Akkermansia (6). Guargummi visade även på en tydlig korrelation till bildade metaboliter i blindtarmen (propionsyra och smörsyra) och även till koncentrationen smörsyra i blod.

Fett inte så fett

Till dieten utan kostfiber kunde en markör för inflammation knytas (MCP-1) liksom högre värden för fett, kolesterol och triglycerider i levern. Om man jämförde hög- och lågfettdiet så var inflammationsmarkören MCP-1 högre med högfettdiet än med lågfettdiet, liksom mängden fett, kolesterol och triglycerider i levern. Men dessa markörer kunde hållas tillbaka något med fiber, speciellt då med en fiberblandning och guargummi. I samband med detta är det intressant att nämna att de primära positiva gallsalterna ökade med samma kostfibertyper, medan de sekundära negativa gallsalterna minskade (10).

Ett annat tänkvärt resultat med högfettdiet jämfört med lågfett var att mängden smörsyra var betydligt lägre (6). Istället bildades stora mängder bärnstenssyra, en syra som har visat sig öka vid låg bakteriell aktivitet i tjocktarmen som vid antibiotikabehandling, och därför sammankopplas med negativa effekter. Bärnstenssyra bildas också vid låg substrattillgänglighet, men det är inte fallet här. Man kan fråga sig om bärnstensyra skulle kunna användas som en indikator på en störd tjocktarmsflora.

Kostfiber och andra komponenter i kosten påverkar mikrofloran i tjocktarmen avsevärt och därmed även bildningen av bakteriella metaboliter. Genom större kunskap inom området borde vi i framtiden kunna designa livsmedel med specifika hälsoeffekter. Redan nu är vi en bra bit på väg. •

Referenser

1. Bauer HG et al. Effect of dietary fiber on the induction of colorectal tumors and fecal beta-glucuronidase activity in the rat. Cancer Res 1979; 39.

2. Asp NG et al. Wheat bran increases high-density-lipoprotein cholesterol in the rat. Br J Nutr 1981; 46.

3. Asp NG. et al. Dietary fibre in type II diabetes. Acta Med Scand Suppl 1981; 656.

4. Nyman M. Importance of processing for physico-chemical and physiological properties of dietary fibre. Proc Nutr Society 2003; 62.

5. Jones JM. Dietary fibre’s co-passenger: is it the fibre or the co-passenger? In: Van der Kamp J W, Jones J, McCleary B, Topping D, editors. Dietary fibre: New frontiers for food and health. Wageningen: Academic Publishers, The Netherlands; 2010.

6. Jakobsdottir G. Short-chain fatty acids in health and disease. Effects of dietary components. [dissertation]. Lund: Lund University; 2013.

7. Brahe LK et al. Is butyrate the link between diet, intestinal microbiota and obesity-related metabolic diseases? Obesity reviews 2013; 14.

8. Nilsson U. et al. Short-chain fatty acid formation in the hindgut of rats fed oligosaccharides varying in monomeric composition, degree of polymerisation and solubility. Br J Nutr 2005; 94.

9. Hallert C. et al. Increasing fecal butyrate in ulcerative colitis patients by diet. Controlled pilot study. Inflammatory bowel diseases 2003; 9.

10. Ghaffarzadegan T. et al. Determination of bile acids by hollow fibre liquid-phase microextraction coupled with gas chromatography. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 2014; 944.

Kommentar från författaren maj 2016

Att de funktionella egenskaperna på kostfibrerna har stor betydelse visas även i nyligen publicerade arbeten i Molecular Nutrition Food Research och Food Function (1, 2). Efter mältning av korn (en process som minskar molekylvikten på kostfibrerna, framför allt beta-glukanerna) producerades mer smörsyra i tjocktarmen på råttor jämfört med utgångsmaterialet, medan däremot koncentration av vissa inflammatoriska markörer var lägre liksom uttrycket av vissa genuttryck. Detta återspeglades även i tarmflorasammansättningen som förändrades avsevärt efter mältningen. Mältat korn ökade exempelvis förekomsten av Roseburia avsevärt, en bakterie som rapporterats  producera smörsyra. En annan intressant iakttagelse var att mängden smörsyra som vanligtvis minskar vid hög fetthalt i dieten, motverkades  med malt. Vid hög fetthalt bildas istället mycket bärnstenssyra, en tarmmetabolit som gynnas vid låg bakteriell aktivitet i tarmen, som till exempel vid antibiotikabehandling.

Referenser

1. Modulation of gut microbiota in rats fed high-fat diets by processing whole-grain barley to barley malt. Mol Nutr Food Res. 2015;59:2066-76. doi: 10.1002/mnfr.201500187.

2. Zhong Y, et al. Barley malt increases hindgut and portal butyric acid, modulates gene expression of gut tight junction proteins and Toll-like receptors in rats fed high-fat diets, but high advanced glycation end-products partially attenuate the effects. Food Funct. 2015;6:3165-76. doi: 10.1039/c5fo00150a).

Dela detta: