Metabola effekter av kostfiber

Publicerat i: 
Publicerat 2017-09-14

Tidigare publicerat i Nordisk Nutrition nr 1, 2017

Baserat på resultat från observationsstudier finns belägg för att intag av fullkorn är relaterat till en rad gynnsamma hälsoeffekter kopplade till livsstilssjukdomar som typ 2-diabetes och hjärt-kärlsjukdomar. Det saknas fortfarande kunskap om bakomliggande mekanismer, men studier tyder på att effekter på tarmfloran av kostfibrerna som finns i fullkorn kan ha en central roll.

>>text: Anne Nilsson, docent, Centrum för Preventiv Livsmedelsforskning, Lunds Universitet.

 

För att kallas fullkorn måste cerealiernas alla beståndsdelar (skaldelar, endosperm och grodd) finnas kvar. Däremot reglerar inte fullkornsbegreppet strukturen på cerealierna, det vill säga produkter får kallas fullkorn oavsett om de baseras på mer eller mindre intakta cerealiekärnor, eller på ett mjöl.

Förutom att vara rika på kostfibrer är fullkornsprodukter en källa till andra associerade bioaktiva komponenter och mikronutrienter som polyfenoler, mineraler och vitaminer. Sannolikt samverkar flera faktorer till de preventiva effekter av fullkorn i relation till sjukdom och dödlighet, som man funnit i observationsstudier (1). En betydande faktor är sannolikt kostfibrernas inverkan på tarmfloran.

Fullkornsprodukter som innehåller viskösa kostfibrer och produkter där cerealiekärnans struktur är bibehållen resulterar dessutom i en långsammare nedbrytning och absorption av tillgängliga kolhydrater direkt efter intag. Det vill säga, de bidrar till ett lågt glykemiskt index (GI), vilket i sig minskar risken för hjärt-kärlsjukdomar.

Olika kostfibrer och spannmål

Kostfibrer har en mycket heterogen sammansättning, vilket betyder att olika fibrer skiljer sig avsevärt åt avseende molekylsammansättning, struktur och storlek. Dessa skillnader påverkar egenskaper som löslighet och viskositet, liksom i vilken grad fibrerna kan fermenteras av mikroorganismer i tarmen.

Det finns betydande skillnader mellan olika spannmål avseende fiberinnehållet, i vissa fall även mellan sorter inom samma spannmål. Korn och havre är till exempel rika på betaglukaner, medan den huvudsakliga fiberkällan i råg är arabinoxylaner. Även vete är rikt på arabinoxylaner. Vete innehåller även en stor del cellulosa, speciellt i klifraktionen. Jämfört med vete innehåller råg, korn och havre en större andel viskösa fibrer och lösliga eller delvis lösliga fibrer. Dessa fibrer är mer fermenterbara, och kan därmed lättare påverka tarmflorans sammansättning.

Produkter baserade på mer eller mindre intakta cerealiekärnor innehåller även fibrer i form av resistent stärkelse (RS). Denna typ av stärkelse finns rikligt i till exempel kokta kornkärnor och vetekärnor, men halten sjunker drastiskt när cerealierna processas till mjöl.

Kostfiber avgörande

Bakteriemassan i människans mag-tarmkanal uppgår till över ett kg, och består av flera miljontals bakterier per gram (1012 per gram), indelade på upp till cirka 1 000 olika arter. Kostfibrer utgör den huvudsakliga näringskällan, men avsevärda skillnader föreligger mellan arterna vad det gäller preferenser och förmåga att metabolisera olika typer av kostfibrer.

Skillnader i kostfibrers egenskaper och sammansättning påverkar således tarmflorans tillväxt och sammansättning. Kostfibersammansättningen påverkar därmed mängd och typ av metaboliter som bildas av tarmfloran.

Eftersom vissa metaboliter har potentiellt hälsosamma effekter på metabola variabler, kan skillnader i fiberintag även påverka fysiologiska effekter utanför tarmen. En potentiellt viktig faktor, som kan förklara kopplingen mellan systemisk sjukdom och tarmen, är en tarmfloramedierad ökad låggradig kronisk inflammation (1). Låggradig inflammation är starkt kopplad till ökad risk för hjärt-kärlsjukdom.

Dysbiotisk tarmflora

Med en ”dysbiotisk tarmflora” menas en tarmflora där andelen av potentiellt hälsofrämjande bakterier är sänkt och andelen av potentiellt sjukdomsdrivande bakterier är förhöjd. I begreppet dysbiotisk tarmflora ingår också en allmänt sänkt diversitet i tarmfloran.

Dysbiotisk tarmflora uppmärksammas alltmer som en potentiell riskfaktor för uppkomst av flera kroniska sjukdomar, till exempel typ 2-diabetes och hjärt-kärlsjukdom. Även immunologiska sjukdomar, till exempel multipel skleros, diskuteras i dag i relation till tarmfloran. Vidare finns det studier som stödjer ett samband mellan psykiska och neuropsykiatriska sjukdomar, till exempel depression och autism, och förändringar i tarmflorasammansättningen (2).

Vad är en hälsosam tarmflora?

Trots att forskningen sammantaget visar på betydelsen av tarmflorasammansättningen för värdorganismens hälsa har man hittills inte kunnat fastställa entydiga orsakssamband och inte heller otvetydiga svar på vad som kännetecknar en hälsofrämjande sammansättning av tarmfloran.

En hög diversitet, det vill säga en tarmflora som består av många olika bakterier, anses allmänt fördelaktigt, men koppling mellan hälsa och specifik bakteriesammansättning är fortfarande till stor del olöst och befintliga studier visar motstridiga resultat. Några studier pekar på ett direkt samband mellan kvoten Firmicutes/Bacteroidetes och uppkomst av obesitas (3), samt höjd lokal och systemisk inflammation (5). Detta kan tolkas som att en hög kvot mellan stammarna Firmicutes och Bacteroidetes är ogynnsamt.

Det finns dock även studier som tyder på motsatsen, till exempel en studie observerade en sänkt kvot mellan Firmicutes/Bacteroidetes i relation till en försämrad glukostolerans (5, 6).

Kosten påverkar

Tarmflorasammansättningen påverkas till stor del av kosten. Detta gäller såväl individuella skillnader i kosthållning inom en befolkningspopulation som mellan befolkningsgrupper i olika delar av världen. Olikheter i tarmflorasammansättning beroende av geografiska skillnader syns tydligt då man till exempel jämför människor på en typisk västerländsk diet med en jordbruksbefolkning.

Följdaktligen, i en studie där man jämförde tarmflorasammansättningen mellan barn från en afrikansk by (Burkina Faso) med tarmfloran hos barn från Europa, som åt en typisk västerländsk kost, observerades mycket stora skillnader (7). Kosten i Burkina Faso var i huvudsak vegetarisk och rik på stärkelse och kostfiberrika produkter såsom fullkorn, bönor, och grönsaker, medan den var fattig på fett och animaliska proteinkällor.

Betydande skillnader kunde konstateras avseende tarmflorans sammansättning, diversitet och totala antalet bakterier. Hos barnen i Burkina Faso utgjordes tarmfloran till största delen av stammen Bacteroidetes, medan Firmicutes bara utgjorde en mindre andel.

Komplexa fermenterare

De rikligast förekommande bakterierna av stammen Bacteroidetes var Prevotella och i något mindre andel Xylanibacter, bakterier kända för sin förmåga att kunna fermentera en rad olika komplexa kolhydrater. Dessa bakterier saknades helt i tarmfloran hos de europeiska barnen, som istället hade en hög andel av stammen Firmicutes och låg andel Bacteroidetes.

Barnen från Burkina Faso hade även en högre produktion av bakteriemetaboliter såsom kortkedjiga fettsyror, speciellt butyrat och propionsyra. kortkedjiga fettsyror anses ha en rad hälsoeffekter kopplade till metabolismen, där speciellt butyrat har en gynnsam effekt på tarmslemhinnan, vilket potentiellt kan dämpa både lokal och systemisk inflammation.

I likhet med barnen i Burkina Faso kännetecknas tarmfloran hos vegetarianer av en större andel Bacteroidetes jämfört med Firmicutes, och inom stammen Bacteroidetes även en högre kvot mellan Prevotella/Bacteroides. Dessa resultat, avseende mikrobiotans sammansättning och även bildning av kortkedjiga fettsyror, överensstämmer med vad vi har observerat i våra studier efter kornkärnbaserade testmåltider (8, 9).

Kosteffekter – kort och långt perspektiv

Peer Bork och hans kolleger introducerade 2011 begreppet ”enterotyp” som ett sätt att klassificera individer utifrån olikheter med avseende på tarmflorans sammansättning. Varje enterotyp representerade en särskild uppsättning av bakterier, och varje bakterieuppsättning domineras av en speciell bakterie – Bacteroides, Prevotella eller Ruminococcus (10). Dessa tre enterotyper har ansetts robusta och inte relaterade till geografiskt område, kön, BMI eller ålder utan snarare till olikheter i kosthållning över en längre tid.

Av de tre typerna var Bacteroides och Prevotella de mest tydligt separerade, och man såg att Bacteroides-enterotypen präglades av en kost bestående av hög andel animaliskt protein och mättat fett medan Prevotella-enterotypen i stället präglades av en kost med mycket kolhydrater, speciellt en kost rik på kostfibrer. Denna indelning tycks idag något förenklad, men inte desto mindre spelar kosten en avgörande roll för bakteriesammansättningen och för andelen av till exempel Prevotella jämfört med Bacteroides.

Snabba förändringar

Även om en ändring av enterotyp genom kostomläggning anses kräva en långvarig förändring av kosten kan tarmfloran förändras snabbt (inom några timmar) och signifikant redan efter enskilda måltider. Vissa kostfiberrika produkter kan således i till exempel ett övernatten-perspektiv gynnsamt påverka en rad metabola variabler, exempelvis glukostolerans och aptitvariabler, på friska försökspersoner, kopplat till en snabb aktivering av vissa tarmbakterier (8, 11).

Studier har också visat att en måltid med mycket mättat fett kan ge en ökad förekomst av toxiner som bildats från tarmflorans bakterier (endotoxin) och ökad inflammation akut efter måltid (12). Dessa förändringar är sannolikt övergående om inte kosten fortsätter över tid och substrat därmed fortsatt tillförs tarmen. Detta innebär säkerligen att om mer robusta förändringar av tarmfloran ska åstadkommas krävs längre tids kostomläggning för att tarmbakterierna ska anpassa sig till den nya miljön.

Gynnsamma effekter av korn och råg

I ett flertal kontrollerade cross-over studier har vi studerat effekter av kornkärnbaserade testmåltider cirka ett halvt dygn (11 timmar) efter intag av testmåltiden (9, 11). Friska försökspersoner fick i dessa studier inta en testmåltid på kvällen, och de metabola testvariablerna mättes nästföljande morgon. Liknande studier har även nyligen utförts av testprodukter baserade på rågkärnor (13).

Upprepat finner vi att korn- och rågkärnbaserade produkter resulterar i en förbättrad glukosreglering, höjda koncentrationer i blodet av tarmhormoner som är viktiga för ämnesomsättning och aptitreglering (GLP-1, PYY) och för tarmens integritet (GLP-2), minskad koncentration av fria fettsyror, och dämpade subjektiva aptitvariabler. Korn och råg verkar således ha anti-diabetiska och anti-obesogena egenskaper. Parallellt uppmätte vi en ökad koncentration av kortkedjiga fettsyror (acetat, propionat och butyrat) i blodet efter de kärnbaserade produkterna.

Kopplat till tarmflora

De gynnsamma effekterna på de metabola variablerna kunde således kopplas till bakteriefermentering av kostfibrerna i korn- och rågkärnprodukterna. Orsakssamband är fortfarande inte fastställda men det är känt att kortkedjiga fettsyror utgör signalmolekyler kopplade till effekter i hjärnan via den så kallade ”gut-brain axis”, med förmåga att stimulera frisättning av tarmhormoner såsom GLP-1, GLP-2 och PYY. Kortkedjiga fettsyror har även visats inducera sänkning av fria fettsyror i blodet och resultera i ökad insulinkänslighet i till exempel fettvävnad.

Även i längre interventionsstudier, till exempel vid dagligt intag av en blandning av olika kostfiberkällor (kornkärnprodukter, bruna bönor och kikärtor) i fyra veckor, kunde gynnsamma effekter hos friska påvisas i form av sänkt total- och LDL-kolesterol, apoB protein, gamma-glutamyltransferas, diastoliskt blodtryck, och Framingham riskbedömning för framtida hjärt-kärlsjukdom i jämförelse med en kontroll kost (14).

Individuella skillnader

I en studie på 40 friska medelålders och äldre personer som fick äta en kornbaserad produkt under tre dagar, erhöll vi en signifikant och betydelsefull förbättring av glukostolerans i ett över natten-perspektiv baserat på resultat från hela gruppen.

Man kunde dock se individuella skillnader; vissa personer erhöll ingen, eller en mycket liten förbättring av glukostoleransen. Dessa personer tycktes vara ”metabola non-responders” på kornfibrer och utgjorde bara en mindre delmängd av den totala gruppen (8).

När tarmfloran analyserades fann man att det var speciellt en tarmbakterie, nämligen Prevotella copri (P. copri), som ökade i faeces efter kornintervention, och den ökade endast hos personer som erhöll en förbättrad glukostolerans efter kornprodukten. En kornfiberinducerad uppreglering av P. copri sågs alltså inte hos personer som var metabola non-responders med avseende på glukosreglering.

Faecestransplantation

Orsakssambandet mellan ökad förekomst av P. Copri och glukosreglering studerades vidare i en bakteriefri musmodell. När avföring från responders respektive non-responders avseende glukosreglering överfördes till bakteriefria möss erhöll mössen donatorns fenotyp vad det gällde glukostolerans. Det vill säga transplantation av faeces från försökspersoner som förbättrade sin glukostolerans efter kornkärnprodukt medförde också en förbättrad glukostolerans hos mössen. Vidare såg man i en annan standard-musmodell en förbättrad glukostolerans vid tillförsel av levande P. copri.

Att Prevotella uppregleras efter intag av kostfibrer är logiskt då denna bakterie har ett brett spektrum av enzym för att bryta ner komplexa kolhydrater. Det är därför även logiskt att en högre andel Prevotella finns hos människor med en kostfiberrik kost. Trots det finns det idag motstridig information angående systemiska effekter av Prevotella, och fler studier behövs för att klargöra orsakssamband.

En bakomliggande mekanism till koppling mellan P. copri och en förbättrad glukosreglering har föreslagits vara att P. copri bland annat bildar succinat vid metabolisering av kostfibrer. Succinat används för glukoneogenes i tarmen, vilket i djurförsök tycks påverka systemisk glukosreglering gynnsamt genom att öka leverns glykogeninlagring. Denna teori har styrkts i en uppföljande djurstudie av de Vadder och hans kolleger 2016 (15). Detta talar för att även succinat, som är en tidigare inte så ofta diskuterad fermenteringsmetabolit i kolon, kan påverka metabola parametrar.

Potential för pre- och probiotika

Sammantaget kan man konstatera att intag av kostfiber generellt sett är associerat med gynnsamma effekter avseende uppkomst av fetma, typ 2-diabetes och hjärt-kärlsjukdom, men också att det föreligger stora skillnader mellan olika kostfiber och kostfiberkällor avseende deras metabola effekter. De metabola effekterna av kostfiber kan dessutom variera mellan olika individer, vilket bland annat tycks vara kopplat till förmåga att uppreglera specifika tarmbakterier.

Ökad kunskap om hur tarmfloran påverkas av kosten och om tarmflorans roll för hälsa öppnar upp för möjligheter att utveckla individualiserade prebiotika och probiotika, med preventiv potential.

Författaren uppger inga jävsförhållanden.

Referenser

1. Delzenne NM, et al. Gut microorganisms as promising targets for the management of type 2 diabetes. Diabetologia 2015: 58: 2206-17.

2. Wang Y, Kasper LH. The role of microbiome in central nervous system disorders. Brain Behav Immun 2014: 38: 1-12.

3. Mathur R, Barlow GM. Obesity and the microbiome. Expert Rev Gastroenterol Hepatol 2015: 9: 1087-99.

4. Remely M, et al. Gut microbiota of obese, type 2 diabetic individuals is enriched in Faecalibacterium prausnitzii, Akkermansia muciniphila and Peptostreptococcus anaerobius after weight loss. Endocr Metab Immune Disord Drug Targets 2016.

5. Verdam FJ, et al. Human intestinal microbiota composition is associated with local and systemic inflammation in obesity. Obesity (Silver Spring) 2013; 21: E607-15.

6. Larsen N, et al. Gut microbiota in human adults with type 2 diabetes differs from non-diabetic adults. PLoS One 2010; 5: e9085.

7. De Filippo C, et al. Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc Natl Acad Sci U S A 2010; 107: 14691-6.

8. Kovatcheva-Datchary P, et al. Dietary Fiber-Induced Improvement in Glucose Metabolism Is Associated with Increased Abundance of Prevotella. Cell Metab 2015; 22: 971-82.

9. Nilsson AC, et al. Increased gut hormones and insulin sensitivity index following a 3-d intervention with a barley kernel-based product: a randomised cross-over study in healthy middle-aged subjects. Br J Nutr 2015; 114: 899-907.

10. Arumugam M, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011; 473: 174-80.

11. Johansson EV, et al. Effects of indigestible carbohydrates in barley on glucose metabolism, appetite and voluntary food intake over 16 h in healthy adults. Nutr J 2013; 12: 46.

12. Piya, MK, et al. Metabolic endotoxaemia: is it more than just a gut feeling? Curr Opin Lipidol 2013; 24: 78-85.

13. Sandberg JC, et al. Rye-Based Evening Meals Favorably Affected Glucose Regulation and Appetite Variables at the Following Breakfast; A Randomized Controlled Study in Healthy Subjects. PLoS One 2016. 11: e0151985.

14. Tovar J, et al.s Combining functional features of whole-grain barley and legumes for dietary reduction of cardiometabolic risk: a randomised cross-over intervention in mature women. Br J Nutr 2014; 111: 706-14.

15. De Vadder F, et al. Microbiota-Produced Succinate Improves Glucose Homeostasis via Intestinal Gluconeogenesis. Cell Metab 2016; 24: 151-7.

Dela detta:
banner