CC BY
69
Для корреспонденции
Ким Наталья Викторовна - лаборант-исследователь
лаборатории биобезопасности и анализа нутримикробиома
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»
Адрес: 109240, Российская Федерация, г. Москва,
Устьинский проезд, д. 2/14
Телефон: (495) 698-53-83
E-mail: [email protected]
https://orcid.org/0000-0002-0928-1043
Ким Н.В., Зотов В.А., Алексеев В.А., Шевелева С.А.
Изучение содержания короткоцепочечных жирных кислот в кишечнике у людей с нарушениями липидного обмена
The study of the content of short-chain fatty acids in the intestine of people with lipid metabolism disorders
Kim N.V., Zotov V.A., Alekseev V.A., Sheveleva S.A.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи, 109240, г. Москва, Российская Федерация
Federal Research Centre of Nutrition, Biotechnology and Food Safety, 109240, Moscow, Russian Federation
Дислипидемии являются фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), особенно в молодом возрасте. Из современных источников известно, что в генезе дислипидемии активно участвуют синтезируемые в кишечнике корот-коцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), спектр и соотношение которых зависят от потребляемых пищевых субстратов. В частности, установлено, что такие компоненты пищи, как пищевые волокна, могут влиять на снижение уровня липидов крови посредством воздействия на кишечную микробиоту. В связи с этим коррекция диеты может являться важным этапом в профилактике и лечении дислипидемии и, как следствие, способствовать снижению риска развития сердечно-сосудистой патологии (ССП).
Финансирование. Исследование проведено за счет средств субсидий на выполнение государственного задания. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов. Концепция и дизайн исследования - Шевелева С.А., сбор материала - Ким Н.В., Алексеев В.А., обработка материала -Ким Н.В., Зотов В.А., статистическая обработка - Ким Н.В., написание текста - Ким Н.В., Шевелева С.А., редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи - все авторы.
Благодарность. Авторы выражают благодарность кандидату медицинских наук, старшему научному сотруднику отделения гастроэнтерологии, гепатологии и диетотерапии ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» Морозову С.В. за ценные советы при написании статьи. Для цитирования: Ким Н.В., Зотов В.А., Алексеев В.А., Шевелева С.А. Изучение содержания короткоцепочечных жирных кислот в кишечнике у людей с нарушениями липидного обмена // Вопросы питания. 2023. Т. 92, № 2. С. 18-25. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-2-18-25
Статья поступила в редакцию 21.09.2022. Принята в печать 01.03.2023.
Funding. The study was carried out at the expense of subsidies for the implementation of the state assignment. Conflict of interest. The authors declare no conflicts of interest.
Contribution. Concept and design of the study - Sheveleva S.A.; collection of material - Kim N.V., Alekseev V.A.; processing of material - Kim N.V., Zotov V.A.; statistical processing - Kim N.V.; writing the text - Kim N.V., Sheveleva S.A.; editing the text, approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article - all authors.
Acknowledgment. The authors would like to thank Sergei V. Morozov, PhD Senior Researcher of the Department of Gastroenterology, Hepatology and Diet Therapy of the Clinic for Clinical Nutrition of the Federal Research Centre for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, for valuable advice in writing the article.
For citation: Kim N.V., Zotov V.A., Alekseev V.A., Sheveleva S.A. The study of the content of short-chain fatty acids in the intestine of people with lipid metabolism disorders. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2023; 92 (2): 18-25. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2023-92-2-18-25 (in Russian)
Received 21.09.2022. Accepted 01.03.2023.
Цель работы - изучить содержание основных КЦЖК (ацетата, пропионата, бутирата) в кале у лиц с дислипидемиями, в том числе с учетом фактического питания и потребления с пищей углеводной фракции рациона (крахмала, моно- и дисахаридов, пищевых волокон) как предшественников КЦЖК.
Материал и методы. В качестве доноров кала было отобрано 70 пациентов с дислипидемией в возрасте от 18 до 45 лет. Все обследуемые были разделены на 2 группы: основная группа с риском ССЗ (риск определяли по шкале риска ССЗ) и группа сравнения со сформировавшейся ССП. КЦЖК в образцах кала, собранных после естественной дефекации и подвергнутых незамедлительному замораживанию при температуре -70 °С, определяли методом газовой хроматографии. Рацион анализировали 24-часовым методом воспроизведения питания.
Результаты. Частота встречаемости оптимального соотношения ацетат - уксусная кислота : пропионат - про-пионовая кислота : бутират - масляная кислота (60:20:20) во всех группах составила не более 25%. При этом у лиц из группы риска ССЗ по сравнению с уровнями для здоровых людей, отмеченными в работах М.Д. Ардатской и соавт. и А.А. Курмангулова, в пуле КЦЖК отмечалось выраженное снижение доли бутирата, характеризующегося кардиопро-текторными свойствами, вплоть до 15% (при оптимальной доле 20%). А у лиц с ССП уровни ацетата в кале, являющегося регулятором метаболических процессов, а именно липогенеза, отличались незначимо по сравнению со значениями, полученными в исследованиях вышеуказанных авторов. У всех обследуемых лиц содержание ацетата в кале зависело от углеводной составляющей рациона, в первую очередь от общего количества потребляемых углеводов. Увеличение количества потребляемых пищевых волокон способствовало повышению уровня этой КЦЖК. У лиц с риском ССЗ была обнаружена заметная корреляционная связь между содержанием ацетата и индексом атерогенности (r=0,695), а у лиц с ССП отмечалась высокая отрицательная связь между уровнем ацетата в кале и количеством моно- и дисахаридов в рационе (r=-0,934)
Заключение. У лиц с дислипидемиями и факторами риска ССЗ полученные в данном исследовании результаты подтверждают необходимость направленной коррекции рационов по увеличению в них доли пищевых субстратов, потенциальных предшественников бутирата.
Ключевые слова:микробиом кишечника; короткоцепочечные жирные кислоты; фекалии; дислипидемия; сердечнососудистые заболевания; газовая хроматография
Dyslipidemias are a risk factor for cardiovascular diseases, especially at a young age. It is known from modern sources that short-chain fatty acids (SCFA) synthesized in the intestine are actively involved in the genesis of dyslipidemia, the spectrum and ratio of which depends on th^consumed food substrates. In particular, it has been found that food components such as dietary fiber can affect the lowering of blood lipids by affecting the intestinal microbiota. Therefore, dietary correction can be an important step in the prevention and treatment of dyslipidemia, and as a result, help reduce the risk of developing cardiovascular disease (CD). The aim of the research was to study the content of the main SCFAs (acetate, propionate, butyrate) in the feces of people with dyslipidemia, including taking into account the actual nutrition and consumption of the carbohydrate fraction of the diet (starch, mono- and disaccharides, dietary fiber) as precursors of SCFAs.
Material and methods. 70 patients aged 18 to 45 years with dyslipidemia were selected as stool donors. All subjects were divided into 2 groups: the main group with the risk of CD (the risk was determined by the risk scale for CD) and the comparison group with established cardiovascular pathology (CVP). SCFAs in stool samples collected after natural defecation and subjected to immediate freezing at - 70 °C were determined by gas chromatography. The diet was analyzed by the 24-hour food recall method. Results. The frequency of occurrence of the optimal ratio acetate - acetic acid: propionate - propionic acid: butyrate - butyric acid (60:20:20) in all groups was no more than 25%. At the same time, in persons at risk of CD, in the SCFA pool there was a pronounced decrease in the proportion of butyrate, which is characterized by cardioprotective properties, up to 15% (with an optimal proportion of 20%) compared with the levels for healthy people noted in the works of M.D. Ardatskaya et al. and A.A. Kurmangulov. And in persons with CVP, the levels of fecal acetate, which is a regulator of metabolic processes, namely lipogenesis, differed insignificantly compared with the values obtained in the studies of the above authors. In all examined individuals, the content of acetate in feces depended on the carbohydrate component of the diet, primarily on the total amount of carbohydrates consumed. And increasing the amount of dietary fiber intake contributed to the elevation of this SCFA. In individuals at risk of CD a significant correlation was found between the content of acetate and the atherogenic index (r=0,695). And in persons with CVP, there was a high negative correlation between the level of acetate in the feces and the amount of mono - and disaccharides in the diet (r=-0,934). Conclusion. In individuals with dyslipidemia and CVD risk factors, the results obtained in this study confirm the need for targeted correction of diets in order to increase the proportion of food substrates, which are potential precursors of butyrate. Keywords: gut microbiome; short-chain fatty acids; dyslipidemia; feces; dyslipidemia; cardiovascular disease; gas chromatography
Нарушения липидного обмена (в частности, дисли-пидемии), образование холестериновых бляшек в сосудах и развитие атеросклероза являются ведущими факторами риска сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), особенно в молодом возрасте [1-3]. Из современных источников известно, что значимую роль в биохимических путях при данной патологии играют вырабатываемые кишечной микрофлорой биоактивные молекулы - короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), которые, всасываясь в кровь, выпол-
няют функции регуляторов обмена липидов и глюкозы в процессах воспаления и окислительном стрессе [4]. В свою очередь, спектр и соотношение КЦЖК в кишечнике зависит от потребляемых пищевых субстратов [5, 6]. В частности, установлено, что на уровень липидов крови может влиять содержание в рационе основных предшественников КЦЖК - пищевых волокон. Поскольку они не перевариваются в верхних отделах желудочно-кишечного тракта и подвергаются ферментации только в толстой кишке, взаимосвязь между
Таблица 1. Липидный профиль крови у пациентов с дислипидемией (M±m) Table 1. Blood lipid profile in patients with dyslipidemia (M±m)
Показатель Parameter Референсные значения для здоровых лиц Reference values for healthy individuals Пациенты / Patients
с риском ССЗ with the risk of CD (n=30) с ССП with CVP (n=40)
Холестерин, ммоль/л / Cholesterol, mmol/l 0-5,2 5,2±0,2 5,7±0,1
Липопротеины низкой плотности, ммоль/л Low density lipoproteins, mmol/l 0-3,1 3,6±0,1 3,8±0,1
Липопротеины очень низкой плотности, ммоль/л Very low density lipoproteins, mmol/l 0,16-0,85 1,11±0,10 1,34±0,03
Триглицериды, ммоль/л / Triglycerides, mmol/l 0-1,7 2,4±0,1 3,0±0,1
Индекс атерогенности, ед. / Atherogenic index, units <3,0 3,3±0,2 3,7±0,1
П р и м е ч а н и е. Здесь и в табл. 2, 3: расшифровка аббревиатур дана в тексте. N o t e. Here and in tables 2, 3: abbreviations are given in the text.
липидемией и микробиотой, которую опосредуют КЦЖК, очевидна [7, 8]. В связи с этим поиск путей профилактики дислипидемий как самого раннего признака ССЗ актуально проводить на основе новых знаний о функциональном потенциале кишечной микробиоты, в частности о структуре ее основных метаболических продуктов - КЦЖК - в содержимом кишечника у пациентов при ранних признаках проявления этих патологий и их связи с характером питания. Такие знания с большой вероятностью позволят подойти к модификации профиля КЦЖК в кишечнике алиментарным путем у лиц, не имеющих выраженных хронических дислипидемических нарушений, сформировавшихся ССЗ, и сопутствующих патологий липидного обмена, и, соответственно, обусловить профилактику последних.
Цель данного исследования - изучение содержания и соотношения КЦЖК в кале у лиц с начальными проявлениями дислипидемии с оценкой рационов их фактического питания.
Материал и методы
Исследование было одобрено этическим комитетом ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» (протокол от 24.01.2020). До начала исследования от всех участников было получено письменное информированное согласие.
Критерии отбора: пациенты обоих полов в возрасте от 18 до 45 лет, с нарушениями липидного обмена, имеющие и не имеющие в анамнезе проявления сердечно-сосудистой патологии (ССП); отсутствие диспептических расстройств накануне анализа (не менее 7 дней) и в день сбора кала.
Критерии исключения: острые заболевания, прием антибиотиков, статинов, сахароснижающих препаратов.
Всего были отобраны 70 человек в возрасте от 1 8 до 45 лет (средний возраст - 39±1 год), поступивших на лечение в клинику лечебного питания ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии». Обследуемые были разделены на 2 группы: основная группа - лица с риском развития
ССЗ (30 человек, средний возраст 35±2 года) и группа сравнения (со сформировавшейся ССП) (40 человек, 38±1 год).
Признаки развития дислипидемии выявляли, оценивая липидный профиль крови по данным биохимического анализа (табл. 1). В частности, были отмечены повышенные уровни липопротеинов очень низкой плотности, липопротеинов низкой плотности [9-11], триглице-ридов, высокие уровни холестерина, а также показатель индекса атерогенности (ИА). Забор образцов крови и биохимическое исследование осуществляли в Клинике лечебного питания ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» общепринятыми методами.
Кал отбирали после естественной дефекации и подвергали незамедлительному замораживанию при температуре -70 °С.
Определение короткоцепочечных жирных кислот в кале. Экстракцию нативных фекалий проводили в водно-солевом растворе (к 50-100 мг образца добавили 5 см3 солевого раствора, содержащего 882 г/л (NH4)2SO4 и 238 г/л NaH2PO4, рН 1,6 [12], с учетом использования фекалий после заморозки). Определение содержания КЦЖК проводили методом высокоэффективной газовой хроматографии на хроматографе Agilent 8890 с пламенно-ионизационным детектором и парофаз-ным пробоотборником 7697 А; колонка HP-FFAP, 50 м, внутренний диаметр - 0,32 мм, толщина пленки -0,50 мкм; газ-носитель - водород, скорость потока 1,8327 см3/мин (режим - постоянный поток), температура испарителя и детектора - 250 °С; температурная программа термостата: 80 °С (1 мин), 10 °С/мин до 150 °С (1 мин), 5 °С/мин до 175 °С (1 мин), общее время выполнения - 15 мин. Сбор и обработку данных выполняли с использованием программного обеспечения OpenLab CDS (версия 2.6). Идентификацию КЦЖК проводили исходя из времени удерживания стандартных соединений [13]
Фактическое питание. Рацион оценивали методом 24-часового воспроизведения питания по дню, предшествовавшему госпитализации, который не совпадал с выходным/праздничным днем. Количество потребля-
Таблица 2. Содержание короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) в кале пациентов с дислипидемиями, мг/кг Table 2. The content of short-chain fatty acids (SCFA) in the feces of patients with dyslipidemia, mg/kg
Показатель Parameter Пациенты / Patients
с риском ССЗ / with the risk of CD (n=30) с ССГ /with CVP n=40)
Me M±m Me M±m
Уксусная кислота (ацетат) (УК) / Acetic acid (acetate) (AA) 4980 5170±430 5950 7430±930*
Пропионовая кислота (пропионат) (ПК) / Propionic acid (propionate) (PA) 1530 1660±190 1800 2830±900*
Масляная кислота (бутират) (МК) / Butyric acid (butyrate) (BA) 1180 1230±240 1780 1900±190
Изомасляная кислота / Isobutyric acid 170 230±40 190 280±40
Валериановая кислота / Valeric acid 250 320±40 300 350±40
Изовалериановая кислота / Isovaleric acid 310 380±60 300 430±70
Сумма основных КЦЖК (УК + ПК + МК) / Amount of basic SCFAs (AA + PA + BA) 7690 8060±750 9530 12 160±1840
Сумма КЦЖК, включая изоформы / Amount of SCFAs, including isoforms 9500 9020±840 10 530 13 220±1920
Доля основных КЦЖК от всех КЦЖК / Share of main SCFAs from all SCFAs 91 90 94 92
* - статистически значимое отличие (р<0,05) от показателя пациентов с риском развития сердечно-сосудистых заболеваний.
* - statistically significant difference (p<0.05) from the parameter of patients with cardiovascular disease (CD).
емых продуктов/блюд устанавливали по фотографиям в натуральную величину, а также непосредственным взвешиванием продуктов/блюд обследуемыми. Для сбора и обработки данных использовали программу «Нутри-проф», версия 2.9 [14].
Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения IBM SPSS Statistics 23 (IBM, США) с расчетом средних значений, стандартных ошибок средних арифметических, медианы; для сравнительного анализа использовали непараметрический U-критерий Манна-Уитни. Корреляционный анализ осуществляли путем построения простых корреляционных моделей Пирсона, для оценки силы корреляционной связи использовали шкалу Чеддока. Критический уровень значимости (р) для процедур статистической обработки установлен равным 0,05.
Результаты и обсуждение
Результаты определения концентрации КЦЖК в кале обследованных лиц с дислипидемиями представлены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, среднее содержание уксусной кислоты (ацетата) в кале у лиц с риском ССЗ было в 1,4 раза меньше, чем у лиц с ССП. Эта тенденция сохранилась и на уровне медианных значений. Концентрации
ацетата у лиц с дислипидемией были близкими к данным, полученным для здоровых лиц в работах М.Д. Ар-датской и соавт. (5880±1220 мг/кг) [15] и А.А. Курмангу-лова (6330±200 мг/кг) [16], и свидетельствовали о более низком содержании ацетата в кале у лиц с риском ССЗ.
Оценивая абсолютные значения концентрации масляной кислоты, обладающей кардиопротекторными свойствами, следует отметить ее снижение как в основной группе, так и в группе сравнения по сравнению с данными, полученными вышеуказанными авторами [15, 16], до 1,5 раза.
Как известно, маркером риска развития ССЗ служит ИА. Учитывая повышенное содержание ацетата в кале у лиц с риском ССЗ и со сформировавшейся ССП, а также повышенные значения ИА у обследуемых пациентов (согласно результатам биохимического анализа крови), было важно оценить взаимосвязь этих показателей. С этой целью у всех обследуемых был проведен корреляционный анализ между содержанием КЦЖК ацетата и ИА. Была обнаружена заметная положительная линейная связь у 60% лиц с риском ССЗ (r«0,695) между этими показателями (табл. 3).
У пациентов с риском ССЗ, у которых не был повышен ИА, связь этого показателя с уровнем ацетата в кале не обнаруживалась, а у тех лиц, у которых ИА превышал 3,0, характер связи был значимый. В то же время у пациентов с ССП столь заметных различий не наблюдалось.
Таблица 3. Коэффициенты корреляции между содержанием ацетата (АА) и индексом атерогенности (ИА) у лиц с дислипидемиями
Table 3. Correlation coefficients between the presence of acetate (АА) and the atherogenic index (AI) in individuals with dyslipidemias
Пациенты / Patients
Показатель с риском ССЗ / with the risk of CD с ССП / with CVP
Parameter ИА<3,0 / AI<3,0 (n=12) ИА>3,0 / AI>3,0 (n=18) ИА<3,0 / AI<3,0 (n=10) ИА>3,0 / AI>3,0 (n=30)
Содержание АА в кале, мг/кг (M±m) The content of АА in feces, mg/kg (M±m) 5040±500 5360±800 7010±1160 8170±1390
r 0,228 0,695 0,311 0,546
Риск CC3 / The risk of CD ССП / CVP
■ Уксусная кислота / Acetic acid ■ Пропионовая кислота
■ Масляная кислота / Butyric acid Propionic acid
Относительное содержание уксусной, пропионовой, масляной кислот в суммарном пуле основных короткоцепочечных жирных кислот у пациентов с дислипидемиями
Relative content of acetic, propionic, butyric acids in the total pool of basic short-chain fatty acids in patients with dyslipidemias
При оценке суммарного содержания КЦЖК (см. табл. 2) в группах обследуемых относительно средних значений для здоровых лиц, приведенных в работах М.Д. Ардат-ской и соавт. (9140±307 мг/кг) [15] и А.А. Курмангулова (8770±183 мг/кг) [16], очевидным было увеличение этого показателя у пациентов с ССП на 45-51%, тогда как у пациентов с риском ССЗ суммарная концентрация КЦЖК была практически сопоставима со значениями для здоровых лиц [15, 16]. Факт повышенного содержания КЦЖК у лиц с ожирением, гипертонией и факторами риска кардиометаболических заболеваний отмечался работе J. йе 1а Сиеэ1а^и!иада и соавт. [17], обнаруживших избыточную продукцию КЦЖК как молекул, кумулирую-щих аденозинтрифосфат. Высказывалось предположение, что за счет этого происходит повышенная передача энергии хозяину, и авторы рассматривали это как один из механизмов микробно-обусловленного ожирения.
Как видно из табл. 2, основную долю у всех обследуемых в суммарном пуле КЦЖК составляют 3 кислоты: уксусная, пропионовая и масляная. Ввиду того что отмечалось превалирование ацетата, важно было оценить относительное распределение содержания этих кислот в пуле КЦЖК у обследованных лиц с дислипидемией (см. рисунок).
На рисунке видно, что у лиц с дислипидемиями с риском ССЗ доля бутирата была меньше, чем у лиц в группе сравнения (со сформировавшимся ССП), и составляла 15%. Исходя из этого мы обратили пристальное внимание на структуру основных КЦЖК в каждой группе обследуемых, поскольку оптимальное соотношение 3:1:1 (60:20:20) считается идеальным для здоровых людей [5, 15, 18, 19]. В нашем исследовании частота встречаемости именно такой комбинации в обследуемых группах составляла только четверть, а у 70-75% пациентов эти соотношения были нарушены, и в первую очередь за счет уменьшения содержания масляной кислоты (бутирата).
Вероятно, это связано со снижением частоты представленности и уровней содержания бутират-проду-цирующих бактерий в кишечнике, обеспечивающих образование масляной кислоты из бутирил-КоА основными путями - с помощью фосфотрансбутирилазы и бутираткиназы или бутирил-КоА/ацетил-КоА трансфе-разы (о чем упоминается в работе W. Chen и соавт. [20]), и с увеличением ацетат-продуцирующих популяций. Повышение содержания ацетата в химусе будет приводить к его превращению в бутират по пути маслянокис-лого брожения, но с использованием лактата [21].
Безусловно, ключевым моментом подобного дисбаланса в первую очередь может быть нарушение поступления с рационом предшественников масляной кислоты, необходимых для эндогенной продукции бути-рат-продуцирующими популяциями. Известно, что ими являются некрахмальные полисахариды и резистентный крахмал, который, тем не менее, может преобразовываться в усвояемый крахмал в зависимости от способа приготовления продуктов и блюд.
В связи с этим при изучении влияния факторов рациона на содержание КЦЖК у пациентов с нарушениями липидного обмена рассматривали поступление в желудочно-кишечный тракт в качестве пищевых предшественников бутирата именно углеводную фракцию рациона и ее составляющие, включенные в программу «Нутри-проф» [14].
Учитывая, что обследуемые лица до госпитализации и далее, находясь в условиях стационара, вели малоподвижный образ жизни, полученные данные по фактическому потреблению углеводов с рационом сопоставляли с рекомендациями по среднему суточному потреблению у лиц при рекомендуемой усредненной калорийности суточных рационов 2500 ккал1 (табл. 4), подходящей для лиц с низкой физической активностью.
Как видно из табл. 4, у всех обследуемых выявлено нарушение структуры потребления углеводов и значительное уменьшение доли потребляемых углеводов от рекомендуемого среднего суточного потребления для взрослых лиц при среднесуточной калорийности 2500 ккал.
Потребление крахмала как источника усвояемых полисахаридов, обладающих высоким гликемическим индексом и, в отличие от некрахмальных углеводов, не являющихся предшественниками КЦЖК, и в целевой группе (риск ССЗ), и в группе сравнения (ССП) составляло практически половину от суммы всех углеводов. Наибольшим оно было у лиц с ССП (20% от суточной калорийности).
Содержание моно- и дисахаридов (МДС) в рационе всех обследуемых было выше рекомендуемого уровня потребления для взрослых как минимум в 1,6 раза.
В то же время у лиц с риском ССЗ доля пищевых волокон по сравнению с среднесуточным потреблением была меньше в 1,8 раза, а как известно, при их недостатке эндогенная продукция бутирата из ацетата не реализуется [25-27].
1 Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 022/2011 Пищевая продукция в части ее маркировки (Приложение 2).
Таблица 4. Оценка потребления углеводов и их составляющих в расчете на калорийность суточного рациона у лиц с дислипидемиями
Table 4. Evaluation of the consumption of carbohydrates and their components in terms of the caloric content of the daily diet in persons with dyslipidemia
Показатель Parameter Пациенты / Patients p Среднее суточное потребление (среднее потребление) Average daily intake (average intake)
с риском ССЗ with the risk of CD с ССП with CVP
Калорийность, M±m, г / Calories, M±m, g 2455±138 3252±144 0,015* 25001
Углеводы, M±m, г / Carbohydrates, M±m, g 225±21 296,7±23 0,066 3651
% от калорийности рациона2 / % of calories intake2 37 36 - 56-583
% от среднего потребления / % of average intake 64 64 - -
Крахмал, M±m, г / Starch, M±m, g 119,7±11,9 153,6±15,8 0,25 -
% от калорийности рациона2 / % of calories intake2 38 37 - -
% от углеводов / % of carbohydrates 53 52 - -
МДС, M±m, г / MDS, M±m, g 101,9±15,3 124,2±10,2 0,054 651
% от калорийности рациона2 / % of calories intake2 16 15 - <103
% от среднего потребления / % of average intake 160 150 - -
% от углеводов / % of carbohydrates 45 42 - -
Пищевые волокна3, M±m, г / Dietary fibers3, M±m, g 12.3±1,1 18,9±2,5 0,910 253-301
% от калорийности рациона2 / % of calories intake2 1,1 1,3 - 2-2,4 [24]
% от среднего потребления / % of average intake 50 58 - -
% от углеводов / % of carbs 5 6 - -
П р и м е ч а н и е. * - статистически значимое отличие (p<0,05) между группами у лиц с риском ССЗ и ССП; 1 - Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 022/2011 Пищевая продукция в части ее маркировки (Приложение 2); 2 - расчет производили согласно таблице А. Энергетическая ценность основных пищевых веществ [22]; 3 - Методические рекомендации МР 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологической потребности в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации»[23]; МДС - моно- и дисахариды.
Note. * - statistically significant difference (p<0.05) between groups of individuals with the risk of CD and CVP; 1 - Technical Regulations of the Customs Union TR TS 022/2011 Food products in terms of their labeling. In Russian; 2 - the calculation was made according to table A. The energy value of the main nutrients [22]; 3 - Methodological recommendations MR 2.3.1.0253-21 Norms of physiological requirements in energy and nutrients of various groups of the population of the Russian Federation [23]; MDS - mono-and disaccharides.
Отсюда очевидно, что продукция бутирата кишечными микроорганизмами может быть затруднена, в связи с чем необходимо увеличивать потребление пищевых волокон, являющихся основными предшественниками масляной кислоты. В частности, как показывают публикации о направленном синтезе бутирата кишечными бактериями [25-28], в этом отношении эффективными могут быть пищевые волокна, содержащие арабинога-лактан, арабиноксилан, резистентный крахмал [28-31].
Таким образом, в рационе всех обследуемых отмечен недостаток в первую очередь модифицирующих микро-биоту компонентов - пищевых волокон, а также избыток МДС.
Оценка корреляционных связей между углеводной составляющей в суточном рационе и содержанием КЦЖК в кале показала следующее: у лиц с риском ССЗ имела место заметная линейная связь между уровнем ацетата и количеством углеводов (г=0,721) и пищевых волокон (г=0,715) в абсолютных величинах, но высокая отрицательная связь с количеством крахмала (г=-0,844). При этом связь между уровнем ацетата и количеством углеводов (г=0,906) и пищевых волокон (г=0,892) в группе сравнения усиливалась. Кроме того, у лиц со сформировавшейся ССП содержание ацетата коррелировало (высокая отрицательная теснота связи) с количеством МДС (г=-0,934).
Выводы
1. У лиц с риском ССЗ в кале снижены абсолютные концентрации 2 КЦЖК - ацетата и бутирата - по сравнению с таковыми у лиц с ССП, а также со значениями, приведенными для здоровых людей, в публикациях отечественных авторов. В основной группе уровни ацетата в кале возрастают параллельно с увеличением ИА в крови, указывая на возможную роль ацетата в дислипидемии.
2. При анализе КЦЖК в целом у 70-75% лиц с дислипидемиями характерны сдвиги в соотношении между ацетатом, пропионатом, бутиратом, при которых наблюдается та или иная степень снижения доли бутирата, обладающего кардиопротекторными свойствами. Наряду с этим у пациентов с риском ССЗ отмечается выраженное снижение доли масляной кислоты вплоть до 15% (при оптимальном значении 20%).
3. Значимое повышение уровней ацетата в кале можно расценивать как компенсацию для синтеза бутирата через киназный путь при недостатке пищевых волокон в рационе.
4. Наличие корреляционных связей между содержанием КЦЖК, количеством их микробных продуцентов в кишечнике и питанием подтверждает необходимость направленной коррекции рационов для увеличения в них доли пищевых субстратов, потенциальных предшественников бутирата.
Сведения об авторах
ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» (Москва, Российская Федерация):
Ким Наталья Викторовна (Natalia V. Kim) - лаборант-исследователь лаборатории биобезопасности и анализа нутри-
микробиома
E-mail: [email protected]
https://orcid.org/0000-0002-0928-1043
Зотов Владимир Алексеевич (Vladimir A. Zotov) - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории химии пищевых продуктов E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-8271-3869
Алексеев Владимир Андреевич (Vladimir A. Alekseev) - аспирант E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0002-7646-5280
Шевелева Светлана Анатольевна (Svetlana A. Sheveleva) - доктор медицинских наук, заведующий лабораторией биобезопасности и анализа E-mail: [email protected] https://orcid.org/0000-0001-5647-9709
Литература
1. Маталыгина О.А. Питание — кишечная микробиота — сердечнососудистые заболевания. Новое измерение // Медицина: теория и практика. 2019. Т. 4, № 1. С. 271-276.
2. Ляпина М.В., Бойченко М.С., Жилина А.С., Жмурова В.А. Значение м ик робиоты к ишеч ника в разви т ии атероск лероза и сердечно-сосудистых заболеваний // Университетская медицина Урала. 2019. Т. 5, № 2 (17). С. 99-100.
3. Афинеевская А.Ю., Мальков О.А., Говорухина А.А. Роль кишечной микробиоты в патогенезе атеросклероза и перспективные меры профилактики (обзор) // Журнал медико-биологических исследований. 2020. Т. 8, № 2. С. 184-193. DOI: https://doi. org/10.37482/2542-1298-Z009
4. Verbeke K.A., Boobis A.R., Chiodini A., Edwards C.A., Franck A., Kleerebezem M. et al. Towards microbial fermentation metabolites as markers for health benefits of prebiotics // Nutr. Res. Rev. 2015. Vol. 28, N 1. Р. 42-66. DOI: https://doi.org/10.1017/S09544224 15000037
5. Шевелева С.А. Куваева И.Б., Ефимочкина Н.Р., Маркова Ю.М., Просянников М.Ю. Микробиом кишечника: от эталона нормы к патологии // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 4. C. 35-51. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10040
6. Schoeler M., Caesar R. Dietary lipids, gut microbiota and lipid metabolism // Rev. Endocr. Metab. Disord. 2019. Vol. 20. P. 461-472. DOI: https:// doi.org/10.1007/s11154-019-09512-0
7. Soliman G.A. Dietary fiber, atherosclerosis, and cardiovascular disease // Nutrients. 2019. Vol. 11, N 5. Р. 1155. DOI: https://doi.org/10.3390/ nu11051155
8. Guo W., Shu Y., Yang X. Tea dietary fiber improves serum and hepatic lipid profiles in mice fed a high cholesterol diet // Plant Foods Hum. Nutr. 2016. Vol. 71, N 2. Р. 145-150. DOI: https://doi.org/10.1007/ s11130-016-0536-7
9. Adiels M., Olofsson S.-O., Taskinen M.-R., Boren J. Overproduction of very low-density lipoproteins is the hallmark of the dyslipidemia in the metabolic syndrome // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2008. Vol. 28, N 7. P. 1225-1236. DOI: https://doi.org/10.1161/ATVBA-HA.107.160192
10. Srinivasan S.R., Frontini M.G., Xu J., Berenson G.S. Utility of childhood non-high-density lipoprotein cholesterol levels in predicting adult dyslipidemia and other cardiovascular risks: The Bogalusa Heart Study // Pediatrics. 2006. Vol. 118, N 1. P. 201-206. DOI: https://doi. org/10.1542/peds.2005-1856
11. Adeli Kh., Taghibiglou Ch., CVan Iderstine S., FLewis G. Mechanisms of hepatic very low-density lipoprotein overproduction in insulin resistance // Trends Cardiovasc. Med. 2001. Vol. 11, N 5. P. 170-176. DOI: https://doi.org/10.1016/S1050-1738(01)00084-6
12. Fiorini D., Pacetti D., Gabbianelli R., Gabrielli S., Ballini R. A salting out system for improving the efficiency of the headspace solid-phase microextraction of short and medium chain free fatty acids // J. Chro-matogr. A. 2015. Vol. 1409. P. 282-287. DOI: https://doi.org/10.1016/j. chroma.2015.07.051
13. Zhang Ch., Tang P., Xu H., Weng Ya., Tang Q., Zhao H. Analysis of short-chain fatty acids in fecal samples by headspace-gas chro-matography // Chromatographia. 2018. Vol. 81, N 9. P. 1317-1323. DOI: https://doi.org/10.1007/s10337-018-3572-7
14. Батурин А.К., Мартинчик А.Н., Горбачев Д.О., Сазонова О.В., Михайлов Н.А. «Нутри-проф», версия 2.9, свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ 2018616124 от 23.05.2018.
15. Ардатская М.Д., Бельмер С.В., Добрица В.П., Захарченко С.М., Лазебник Л.Б., Минушкин О.Н. и др. Дисбиоз (Дисбактери-оз) кишечника: современное состояние проблемы, комплексная диагностика и лечебная коррекция // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2015. Т. 117, № 5. С. 13-50.
16. Курмангулов А.А. Клинико-функциональная характеристика нарушений микробиоты кишечника у пациентов с метаболическим синдромом. Возможности немедикаментозной коррекции: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Екатеринбург, 2016. 22 с.
17. De la Cuesta-Zuluaga J., Mueller N.T., Alvarez-Quintero R., Velasquez-Mejia E.P., Sierra J. A., Corrales-Agudelo V. et al. Higher fecal short-chain fatty acid levels are associated with gut microbiome dysbiosis, obesity, hypertension and cardiometabolic disease risk factors // Nutrients. 2018. Vol. 11, N 1. P. 51. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11010051
18. Yoo J.Y., Groer M., Dutra S.V.O., Sarkar A., McSkimming D.I. Gut microbiota and immune system interactions // Microorganisms. 2020. Vol. 8, N 10. P. 1587. DOI: https://doi.org/10.3390/microorgan-isms8101587
19. Silva Y.P., Bernardi A., Frozza R.L. The role of short-chain fatty acids from gut microbiota in gut-brain communication // Front. Endocrinol. 2020. Vol. 11. P. 25. DOI: https://doi.org/10.3389/fendo.2020.00025
20. Chen W., Zhang S., Wu J., Ye T., Wang S., Wang P. et al. Butyrate-producing bacteria and the gut-heart axis in atherosclerosis // Clin. Chim. Acta. 2020. Vol. 507. P. 236-241. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.cca.2020.04.037
21. Ojo O., Feng Q.-Q., Ojo O.O., Wang X.-H. The role of dietary fibre in modulating gut microbiota Dysbiosis in patients with type 2 diabetes: A systematic review and meta-analysis of randomised controlled trials // Nutrients. 2020. Vol. 12, N 11. P. 3239. DOI: https://doi.org/10.3390/ nu12113239
22. Тутельян В.А. Химический состав и калорийность российских продуктов питания. Справочник. Москва : ДеЛи плюс, 2012. 284 с.
23. Попова А.Ю., Тутельян В.А., Никитюк Д.Б. О новых (2021) Нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации // Вопросы питания. 2021. Т. 90, № 4. С. 6-19. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-6-19
24. Байгарин Е.К., Бессонов В.В. Содержание пищевых волокон в различных пищевых продуктах растительного происхождения // Вопросы питания. 2012. Т. 81, № 2. С. 40-45.
25. Jacobsen U.P, Nielsen H.B, Hildebrand F., Raes J., Sicheritz-Ponten T., Kouskoumvekaki I. et al. The chemical interactome space between the human host and the genetically defined gut metabotypes // ISME J. 2013. Vol. 7, N 4. P. 730-742. DOI: https://doi.org/10.1038/ ismej.2012.141
26. Fu X., Liu Zh., Zhu Ch., Mou H., Kong Q. Nondigestible carbohydrates, butyrate, and butyrate-producing bacteria // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2019. Vol. 59, suppl. 1. P. S130-S152. DOI: https://doi.org/10.1080/104 08398.2018.1542587
27. Fuke N., Nagata N., Suganuma H., Ota T. Regulation of gut micro-biota and metabolic endotoxemia with dietary factors // Nutrients. 2019. Vol. 11, N 10. P. 2277. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11102277
28. Chen O., Sudakaran S., Blonquist T., Mah E., Durkee Sh., Bellamine A. Effect of arabinogalactan on the gut microbiome: A randomized, doubleblind, placebo-controlled, crossover trial in healthy adults // Nutrition. 2021. Vol. 90. Article ID 111273. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nut.2021.111273
29. Cantu-Jungles T.M., Hamaker B.R. New view on dietary fiber selection for predictable shifts in gut microbiota // MBio. 2020. Vol. 11, N 1. Article ID e02179-19. DOI: https://doi.org/10.1128/mBio.02179-19
30. Swanson K.S., de Vos W.M., Martens E.C., Gilbert J.A., Menon R.S., Soto-Vaca A. et al. Effect of fructans, prebiotics and fibres on the human gut microbiome assessed by 16S rRNA-based approaches: A review // Benef. Microbes. 2020. Vol. 11, N 2. P. 101-129. DOI: https://doi. org/10.3920/BM2019.0082
31. Logan I.E., Shulzhenko N., Sharpton Th.J., Bobe G., Liu K., Nuss S. et al. Xanthohumol requires the intestinal microbiota to improve glucose metabolism in diet-induced obese mice // Mol. Nutr. Food Res. 2021. Vol. 65, N 21. Article ID 2100389. DOI: https://doi.org/10.1002/ mnfr.202100389
References
1. Matalygina O.A. Nutrition — intestinal microbiota -cardiovascular dis- 16. eases. A new dimension null. Meditsina: teoriya i praktika [Medicine: Theory and Practice]. 2019; 4 (1): 271—6. (in Russian)
2. Lyapina M.V., Boychenko M.S., Zhilina A.S., Zhmurova V.A. The importance of the gut microbiota in the development of atherosclerosis 17. and cardiovascular diseases. Universitetskaya meditsina Urala [University Medicine of the Urals]. 2019; 5 (2): 99-100. (in Russian)
3. Afineevskaya A.Yu., Mal'kov O.A., Govorukhina A. A. The Role of intestinal microbiota in the pathogenesis of atherosclerosis and promising preventive measures (review). Zhurnal mediko-biologicheskikh 18. issledovaniy [Journal of Medical and Biological Research]. 2020; 8 (2): 184-93. DOI: https://doi.org/10.37482/2542-1298-Z009 (in Russian)
4. Verbeke K.A., Boobis A.R., Chiodini A., Edwards C.A., Franck A., 19. Kleerebezem M., et al. Towards microbial fermentation metabolites
as markers for health benefits of prebiotics. Nutr Res Rev. 2015; 28 (1): 42-66. DOI: https://doi.org/10.1017/S0954422415000037 20.
5. Sheveleva S.A., Kuvaeva I.B., Efimochkina N.R., Markova Yu.M., Prosyannikov M.Yu. Gut microbiome: from the reference of the norm to pathology. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2020; 89 (4): 35-51. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10040 (in Rus- 21. sian)
6. Schoeler M., Caesar R. Dietary lipids, gut microbiota and lipid metabolism. Rev Endocr Metab Disord. 2019; 20: 461-72. DOI: https:// doi. org/10.1007/s11154-019-09512-0 22.
7. Soliman G.A. Dietary fiber, atherosclerosis, and cardiovascular disease. Nutrients. 2019; 11 (5): 1155. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11051155 23.
8. Guo W., Shu Y., Yang X. Tea dietary fiber improves serum and hepatic lipid profiles in mice fed a high cholesterol diet. Plant Foods Hum Nutr. 2016; 71 (2): 145-50. DOI: https://doi.org/10.1007/s11130-016-0536-7
9. Adiels M., Olofsson S.-O., Taskinen M.-R., Boren J. Overproduction
of very low-density lipoproteins is the hallmark of the dyslipidemia in 24. the metabolic syndrome. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2008; 28 (7): 1225-36. DOI: https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.107.160192
10. Srinivasan S.R., Frontini M.G., Xu J., Berenson G.S. Utility of child- 25. hood non-high-density lipoprotein cholesterol levels in predicting adult dyslipidemia and other cardiovascular risks: The Bogalusa Heart Study. Pediatrics. 2006; 118 (1): 201-6. DOI: https://doi.org/10.1542/ peds.2005-1856 26.
11. Adeli Kh., Taghibiglou Ch., CVan Iderstine S., FLewis G. Mechanisms of hepatic very low-density lipoprotein overproduction in insulin resistance. Trends Cardiovasc Med. 2001; 11 (5): 170-6. DOI: https://doi. org/10.1016/S1050-1738(01)00084-6 27.
12. Fiorini D., Pacetti D., Gabbianelli R., Gabrielli S., Ballini R. A salting out system for improving the efficiency of the headspace solid-phase microextraction of short and medium chain free fatty acids. 28. J Chromatogr A. 2015; 1409: 282-7. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.chroma.2015.07.051
13. Zhang Ch., Tang P., Xu H., Weng Ya., Tang Q., Zhao H. Analysis
of short-chain fatty acids in fecal samples by headspace-gas chroma- 29. tography. Chromatographia. 2018; 81 (9): 1317-23. DOI: https://doi. org/10.1007/s10337-018-3572-7
14. Baturin A.K., Martinchik A.N., Gorbachev D.O., Sazonova O.V., 30. Mikhaylov N.A. Nutri-prof, version 2.9, certificate of state registration
of the computer program 2018616124 dated 05.23.2018. (in Russian)
15. Ardatskaya M.D., Bel'mer S.V., Dobritsa V.P., Zakharchenko S.M., Lazebnik L.B., Minushkin O.N., et al. Colon Dysbacteriosis (Dysbiosis): modern state of the problem, comprehensive diagnosis and treatment cor- 31. rection. Eksperimental'naya i klinicheskaya gastoenterologiya [Experimental and Clinical Gastroenterology]. 2015; 117 (5): 13-50. (in Russian)
Kurmangulov A.A. Clinical and functional characteristics of intestinal microbiota disorders in patients with metabolic syndrome. Possibilities of non-drug correction: Autoabstract of Diss. Ekaterinburg, 2016: 22 p. (in Russian)
De la Cuesta-Zuluaga J., Mueller N.T., Alvarez-Quintero R., Velas-quez-Mejia E.P., Sierra J.A., Corrales-Agudelo V., et al. Higher fecal short-chain fatty acid levels are associated with gut microbiome dys-biosis, obesity, hypertension and cardiometabolic disease risk factors. Nutrients. 2018; 11 (1): 51. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11010051 Yoo J.Y., Groer M., Dutra S.V.O., Sarkar A., McSkimming D.I. Gut microbiota and immune system interactions. Microorganisms. 2020; 8 (10): 1587. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms8101587 Silva Y.P., Bernardi A., Frozza R.L. The role of short-chain fatty acids from gut microbiota in gut-brain communication. Front Endocrinol. 2020; 11: 25. DOI: https://doi.org/10.3389/fendo.2020.00025 Chen W., Zhang S., Wu J., Ye T., Wang S., Wang P., et al. Butyrate-producing bacteria and the gut-heart axis in atherosclerosis. Clin Chim Acta. 2020; 507: 236-41. DOI: https://doi.org/10.1016/j. cca.2020.04.037
Ojo O., Feng Q.-Q., Ojo O.O., Wang X.-H. The role of dietary fibre in modulating gut microbiota Dysbiosis in patients with type 2 diabetes: A systematic review and meta-analysis of randomised controlled trials. Nutrients. 2020; 12 (11): 3239. DOI: https://doi.org/10.3390/nu12113239 Tutelyan V.A. Chemical composition and calorie content of Russian food products: Directory. Moscow: DeLi plus, 2012: 284 p. (in Russian) Popova A.Yu., Tutelyan V.A., Nikityuk D.B. On the new (2021) Norms of physiological requirements in energy and nutrients of various groups of the population of the Russian Federation. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2021; 90 (4): 6-19. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-6-19 (in Russian)
Baygarin E.K., Bessonov V.V. The content of dietary fiber in various food products of plant origin. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2012; 81 (2): 40-5. (in Russian)
Jacobsen U.P, Nielsen H.B, Hildebrand F., Raes J., Sicheritz-Ponten T., Kouskoumvekaki I., et al. The chemical interactome space between the human host and the genetically defined gut metabotypes. ISME J. 2013; 7 (4): 730-42. DOI: https://doi.org/10.1038/ismej.2012.141 Fu X., Liu Zh., Zhu Ch., Mou H., Kong Q. Nondigestible carbohydrates, butyrate, and butyrate-producing bacteria. Crit Rev Food Sci Nutr. 2019; 59 (suppl 1): S130-52. DOI: https://doi.org/10.1080/10408398. 2018.1542587
Fuke N., Nagata N., Suganuma H., Ota T. Regulation of gut microbiota and metabolic endotoxemia with dietary factors. Nutrients. 2019; 11 (10): 2277. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11102277 Chen O., Sudakaran S., Blonquist T., Mah E., Durkee Sh., Bellamine A. Effect of arabinogalactan on the gut microbiome: A randomized, double-blind, placebo-controlled, crossover trial in healthy adults. Nutrition. 2021; 90: 111273. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nut.2021.111273 Cantu-Jungles T.M., Hamaker B.R. New view on dietary fiber selection for predictable shifts in gut microbiota. MBio. 2020; 11 (1): e02179-19. DOI: https://doi.org/10.1128/mBio.02179-19
Swanson K.S., de Vos W.M., Martens E.C., Gilbert J.A., Menon R.S., Soto-Vaca A., et al. Effect of fructans, prebiotics and fibres on the human gut microbiome assessed by 16S rRNA-based approaches: A review. Benef Microbes. 2020; 11 (2): 101-29. DOI: https://doi. org/10.3920/BM2019.0082
Logan I.E., Shulzhenko N., Sharpton Th.J., Bobe G., Liu K., Nuss S., et al. Xanthohumol requires the intestinal microbiota to improve glucose metabolism in diet-induced obese mice. Mol Nutr Food Res. 2021; 65 (21): 2100389. DOI: https://doi.org/10.1002/mnfr.202100389
