Czy mikrobiom jelita może mieć wpływ na serce?

Nowe dowody łączą mikrobiom jelitowy z chorobami serca. Bakterie zmieniają prozdrowotne składniki pochodzące z mięsa, jaj i nabiału w związek, który przyspiesza odkładanie się blaszek miażdżycowych w arteriach.

03 listopad 2022
Artykuł na: 17-22 minuty
Zdrowe zakupy

Od dawna wiadomo, że błędy żywieniowe mogą okrutnie zemścić się na człowieku. I tak nadmiar cukrów prostych i wysokoprzetworzonej żywności prowadzą do otyłości, zespołu metabolicznego i cukrzycy. Natomiast spożywanie dużych ilości czerwonego mięsa może prowadzić do chorób serca.

Jednak w ostatnich latach naukowcy zwrócili uwagę na to, jak metabolity mikrobiomu jelitowego modulują stan zdrowia żywiciela1. Liczne badania wykazały, że istnieje związek między niektórymi z nich a rozwojem chorób cywilizacyjnych, takich jak nadciśnienie, miażdżyca tętnic, niewydolność serca, choroby neurodegeneracyjne, a także insulinooporność i cukrzyca2.

W czasie jednego z eksperymentów uczeni odkryli, że bakterie z przewodu pokarmowego zmieniają jeden ze składników czerwonego mięsa w związek, który przyspiesza odkładanie się blaszek miażdżycowych w arteriach. W zeszłym roku na łamach3 Nature Microbiology ukazał się artykuł, opisujący jak przebiega ten proces.

Zdaniem jednego z jego autorów - dr. Stanleya Hazena z Cleveland Clinics - poziom tego produktu przemiany materii jest wskaźnikiem ryzyka ataku serca, udaru, a nawet śmierci!

Czy jedzenie czerwonego mięsa może być toksyczne?

Ta historia zaczyna się z chwilą, gdy zatopisz zęby w kanapce z twarogiem lub pastą jajeczną albo w smakowitym niedzielnym kotlecie.

Mięso, ryby oraz produkty mleczne to główne źródła karnityny, choliny, które bytujące w jelicie drobnoustroje metabolizują do gamma-butyrobetainy (BB), a następnie trimetyloaminy (TMA), która w wątrobie - w reakcji katalizowanej przez flawinomonooksygenazę 3 (FMO3) ulega przemianie do N-tlenku trimetyloaminy (TMAO), który wydaje się kluczowym graczem w wielu procesach chorobowych powiązanych ze ścianami serca i naczyń krwionośnych4.

Badania na zdrowych osobach dowiodły, że poziom TMAO w osoczu na czczo mieści się w zakresie 0,73-126 μM, z medianą 3,45 μM5. Jednak jego stężenie w osoczu wzrasta z wiekiem, jako że związek ten powoduje zaburzenie transportu cholesterolu do wątroby i generuje miażdżycę tętnic poprzez tworzenie tzw. komórek piankowatych w ścianach naczyń.

Po co nam TMAO?

Jak dotąd wiemy, że związek ten niezbędny jest rybom polarnym, u których jego wysokie stężenie obniża temperaturę zamarzania płynów ustrojowych poprzez zwiększenie stężenia osmotycznego14. Wykazuje też zdolność do ochrony enzymów przed działaniem wysokiego ciśnienia hydrostatycznego15.

Ławica

W ludzkim organizmie TMAO najpewniej chroni białka przed różnymi czynnikami destabilizującymi, takimi jak np. mocznik16 oraz hamuje tworzenie agregatów białkowych, a przez to może odgrywać istotną rolę w rozwoju chorób neurodegeneracyjnych17.

Ostatnie eksperymenty wykazały obecność TMAO również w mięśniach szkieletowych człowieka.

Czy TMAO ma negatywny wpływ na organizm?

Choć wysoki poziom TMAO nie daje objawów, nie oznacza to, że jest dla nas bezpieczny - wpływa na aktywność enzymów wątrobowych oraz metabolizm lipidów, a odpowiedź zapalna sprzyja dysfunkcji śródbłonka i zwiększeniu aktywacji płytek krwi, co z kolei stymuluje proces wykrzepiania wewnątrznaczyniowego.

To nie wszystko, okazuje się, że tlenek trimetyloaminy zwiększa stężenie wapnia w płytkach krwi, co może skutkować ich agregacją oraz zwiększonym ryzykiem wystąpienia ostrych zespołów wieńcowych.

Quote icon
Badania wskazują na niekorzystny wpływ wysokiego stężenia TMAO na rokowanie pacjentów z niewydolnością serca – mają oni zwiększone ryzyko zgonu.

Stwierdzono również bezpośredni związek między jego podniesionym poziomem w osoczu a zespołem metabolicznym, cukrzycą, nadciśnieniem, chorobą naczyń obwodowych oraz niewydolnością nerek i serca5. W modelach badawczych do rozwoju tej ostatniej dochodziło tym częściej, im większe były stężenia TMAO.

Badania wskazują też na niekorzystny wpływ wysokiego stężenia TMAO na rokowanie pacjentów z niewydolnością serca - mają oni zwiększone ryzyko zgonu, niezależne od innych czynników ryzyka i od wskaźników kardiologicznych. W 2015 r. wykazano, że połowa chorych z najwyższymi wartościami TMAO umierała w ciągu 6 lat6.

Zalety diety wegetariańskiej - TMAO

Aby dowiedzieć się, dlaczego spożywanie czerwonego mięsa związane jest ze zwiększonym ryzykiem śmierci z powodu chorób serca, zespół Hazena zwerbował 77 ochotników, byli wśród nich mięsożercy oraz 26 wegan i wegetarian. Uczestnikom badania podawano suplementy L-karnityny - co jak już wcześniej wykazano - prowadzi do zwiększenia stężenia tlenku trimetyloaminy we krwi. Ku zaskoczeniu naukowców, mimo to poziom TMAO we krwi roślinożerców był niższy, niż u miłośników mięsa.

By dowiedzieć się, dlaczego tak się stało, badacze przyjrzeli się odchodom obu grup. Okazało się, że osoby jedzące mięso miały inną florę bakteryjną niż pozostający na diecie wege. Po raz kolejny potwierdza się teza, że to, co jemy, wpływa na to, jakich mamy lokatorów w jelitach.

Sałata burger

Amerykanie nie poprzestali na domysłach. Przy okazji wykonywania badań serca u niemal 2 600 przypadkowych osób sprawdzili poziom L-karnityny. Wysokie stężenie tego związku nie niosło ryzyka zapadnięcia na choroby serca. Jednak gdy towarzyszył mu wysoki poziom TMAO, zagrożenie znacząco rosło.

Ostateczne potwierdzenie dał uczonym eksperyment na myszach. Podzielili zwierzęta na 2 grupy. Pierwsza miała wyjałowione jelita po antybiotykoterapii, natomiast druga miała normalną florą bakteryjną. Wszystkie gryzonie otrzymywały L-karnitynę.

W pierwszej grupie ryzyko tworzenia się płytek miażdżycowych wzrosło dwukrotnie, podczas gdy w drugiej nie odnotowano żadnych zmian w tym zakresie. Oznacza to, że jedzenie czerwonego mięsa wspomaga rozwój bakterii przetwarzających L-karnitynę w TMAO7.

Dwa oblicza

Właściwości antyoksydacyjne i przeciwzapalne L-karnityny sugerują, że może ona poprawiać funkcję śródbłonka przeciwdziałać agregacji płytek krwi18. Z kolei metaanaliza obejmująca 13 kontrolowanych badań wykazała, że zastosowanie tego związku u pacjentów z ostrym zawałem mięśnia sercowego zmniejsza śmiertelność, arytmię komorową i objawy dusznicy bolesnej w porównaniu do placebo odpowiednio o 27%, 65% i 40%19.

Na uwagę zasługuje też fakt, iż w jednym z badań u pacjentów po ostrym ataku serca L-karnityna podawana w dawce 6g/dziennie przez 12 miesięcy łagodziła skutki ostrego zawału20.

Stek

Ponieważ suplementacja L-karnityną, cechującą się działaniem przeciwzapalnym i antyoksydacyjnym podwyższa stężenie szkodliwego TMAO o prozapalnych i prooksydacyjnych właściwościach, konieczne są badania, które wyjaśnią, jak i kiedy można bezpiecznie stosować L-karnitynę.

Warto przy tym wspomnieć, że wyniki polskich eksperymentów są uspokajające: otóż pomimo istotnego podwyższenia stężenie TMAO w osoczu (10-krotny wzrost) wynikającego z suplementacji karnityną, badacze nie odnotowali zmian w profilu lipidowym oraz wybranych wskaźnikach stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego uczestników. Co więcej, u osób z prawidłową funkcją nerek stężenie TMAO w osoczu po zaprzestaniu podawania L-karnityny powróciło do wartości sprzed okresu suplementacji21.

Przebudowa mikrobiomu - bakterie jelitowe w człowieku

Drobnoustroje tworzą z naszego pożywienia wiele różnych molekuł, które mogą mieć olbrzymi wpływ na procesy metaboliczne. Okazuje się, że choć wiele z nich jest zdolnych do wytworzenia γBB, to jednak stosunkowo niewiele potrafi wykonać następny krok, czyli przekształcić ją w TMA.

Quote icon
U wegetarian i wegan liczba Emergencia timonensis w jelitach jest niewielka, i mają one bardzo małą lub żadną zdolność do zamiany karnityny w TMAO.

Obecnie znamy 36 gatunków bakterii jelitowych, należących do gromady: Firmicutes, Proteobacteria i Actinobacteria8, które są w stanie to zrobić. Ostatnio dołączyła do nich nowa koleżanka - Emergencia timonensis. Jak dowodzą Amerykanie, jest ona głównym gatunkiem bakterii zamieniającym γBB w TMA u ludzi.

Jednak jak zauważyli, u wegetarian i wegan liczba Emergencia timonensis w jelitach jest niewielka, i mają one bardzo małą lub żadną zdolność do zamiany karnityny w TMAO.

Pokazuje to, jak bardzo skład jelitowej flory bakteryjnej uzależniony jest od rodzaju diety, a w konsekwencji, jak wielki wpływ na nasze zdrowie, ma to, co jemy. Posiłki obfitujące w czerwone mięso sprawiają, że mamy w trzewiach więcej bakterii zdolnych do przekształcenia TMA w niebezpieczne dla serca TMAO.

Wpływ diety na serce

Dotychczasowe badania sugerują, że dieta śródziemnomorska oraz oparte na roślinach programy żywienia mają korzystny wpływ na układ sercowo- -naczyniowy. Zalecane są również pacjentom z niewydolności serca lub przewlekłą chorobą nerek.

Aby sprawdzić, czy modyfikacja diety może obniżyć poziom TMAO oraz zredukować ryzyko chorób układu krążenia, badacze z Cleveland Clinic przeprowadzili sekwencjonowanie RNA Emergencia timonensis i odkryli zespół 6 genów nazwanych gbu (gamma-butyrobetaine utilization), których ekspresja zwiększa się w reakcji na γBB. Po dalszej analizie wybrali 4 z nich (gbuA, B, C i E) i wprowadzili je do genomu pałeczki okrężnicy (Escherichia coli).

Bakteria zyskała wówczas zdolność do zamiany γBB w TMA, co dowiodło, że te konkretne 4 geny stoją za przemianą L-karnityny w TMAO3.

W następnej kolejności naukowcy przeanalizowali próbki 113 pacjentów o bardzo różnorodnym jadłospisie i przekonali się, że wysoki poziom gbuA w ich odchodach jest nie tylko powiązany z wysokim poziomem TMAO we krwi, ale też jest pokłosiem diety bogatej w czerwone mięso.

W następnej serii eksperymentów ustalili, że gdy badani rezygnowali z jedzenia mięsa, w ich kale spadał poziomu gbuA9.

Jak zmodyfikować dietę by obniżyć TMAO?

Najlepszą opcją wydaje się modyfikacja diety polegająca na rezygnacji, bądź ograniczeniu produktów pochodzenia zwierzęcego. Zamiast mięsa warto zwiększyć spożycie warzyw i owoców, bowiem wiąże się ono z istotną redukcją wytwarzania TMAO, a co za tym idzie - eliminacją jego toksycznego wpływu na komórki ciała.

Przeprowadzony przez Chińczyków eksperyment na myszach wskazuje również na ochronny potencjał witaminy D10, natomiast badacze z Cleveland przetestowali 3,3-dimetylo-1-butanol (DMB). Ten obecny w oliwie z oliwek, oleju z pestek winogron oraz czerwonym winie związek może obniżać poziom TMA i TMAO. Gdy myszy dostawały karmę bogatą w cholinę lub karnitynę (podobne do diety zachodniej), szybko rozwijała się u nich miażdżyca. Jednak, gdy połowie z nich dodatkowo podano DMB, zahamowane zostały tworzenie komórek piankowatych oraz rozwój blaszki miażdżycowej11.

Co więcej, ostatnie badania wykazały, że bezpośrednia regulacja mikroflory jelitowej poprzez probiotyki oraz fitoaleksynę i resweratrol zmniejszają poziomy TMAO u tych gryzoni. Można zatem zakładać, że będą miały podobne działanie u ludzi12.

Ćwiczenia

Wyniki amerykańskiego badania sprzed 2 lat wskazują na korzyści płynące z umiarkowanego treningu. Grupa otyłych, starszych osób z insulinoopornością miała trenować przez 50-60 min dziennie na bieżni mechanicznej lub ergometrze rowerowym 5 razy w tygodniu, przy zachowaniu indywidualnych obciążeń. Dodatkowo uczestnicy badania zostali podzieleni na osoby stosujące dietę równoważną dziennemu zapotrzebowaniu (eukaloryczną) lub o obniżonej ilości kalorii -500 (hipokaloryczną).

Po 12 tygodniach okazało się, że ograniczenie spożycia kalorii w połączeniu z ćwiczeniami wpływa na zmniejszenie poziomu TMAO, podczas gdy dieta eukaloryczna w połączeniu z treningiem sprzyja niewielkiemu wzrostowi tego związku. Mimo to, w grupie eukalorycznej zaobserwowano zmniejszenie masy ciała, otyłości brzusznej, poziomu trójglicerydów i cholesterolu, a także poprawę obwodowej insulinowrażliwości. Może to sugerować, że indukowane dietą ograniczenie kalorii połączone z ćwiczeniami może w większym stopniu wpływać na zmiany poziomu TMAO, w porównaniu z dietą eukaloryczną i aktywnością fizyczną13.

Bibliografia
  • Nature Reviews Microbiology, 2021; 19(1): 55-71
  • European Journal of Nutrition, 2021; 60(7): 3567-84; Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes, 2016; 124(4): 251-6
  • Nat Microbiol . 2022 Jan;7(1):73-86
  • Journal of Renal Nutrition, 2015;25(4):351-6; Circulation Research, 2015; 116(3): 448-55; Cell Metab. 2013; 17: 49-60
  • J Diabetes Res. 2018 Nov 12; 2018: 5205126; Curr Probl Cardiol. 2018 Jul 7. pii: S0146-2806(18)30079-3
  • J Intern Med. 2015 Jun; 277(6): 717-26; J Am Coll Cardiol. 2014; 64: 1908-14
  • Nat Med. 2013 May; 19(5): 576-85.
  • Science, 2016 Apr 29; 352(6285): 560-4
  • Analytical Biochemistry, 2014; 455: 35-40
  • Hindawi 2020; 9896743
  • Cell 2015; 163 (7): 1585-95
  • Cell Metabolism 2014; 20(5): 799-812; Food and Function 2018; 9(8): 4299-309; mBio 2016; 7(2) article e02210,
  • Nutriens, 2019, 11(1): 179
  • Reviews in Fish Biology and Fisheries, 2009, 19(4): 481-564
  • Cellular and Molecular Biology,2004, 50(4): 371-76
  • Journal of the American Chemical Society, 2018, 140(1): 483-92
  • Biochemistry (Moscow), 2007; 72: 359-66
  • Clinical Nutrition ESPEN, 2016; 15: 1-10
  • Mayo Clinic Proceedings, 2013; 88(6): 544-51
  • Trial, Journal of the American College of Cardiology, 1995, 26: 380-7
  • J.J. Samulak "Stężenie N-tlenku trimetyloaminy (TMAO) w osoczu krwi ludzkiej w warunkach fizjologicznych i patologicznych", projeku NCN 2014/15/B/ NZ7/00893

 

Wczytaj więcej
Nasze magazyny