Время прохождения пищи по ЖКТ и pH дирижируют «симфонией» микробиома

Кишечный микробиом представляет собой сложную и динамично меняющуюся экосистему микроорганизмов, населяющих пищеварительный тракт. Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, подтвердило, что состав и функции микробиома подвержены значительным ежедневным колебаниям. Основными факторами, влияющими на эти колебания, являются скорость, с которой пища проходит по желудочно-кишечному тракту (ЖКТ), и уровень pH. Авторы указывают на необходимость учитывать индивидуальные особенности физиологии кишечника при создании персонализированных диет и терапевтических подходов, основанных на микробиоме.

Ученые провели девятидневное обсервационное исследование, чтобы понять, как физиология кишечника и факторы окружающей среды влияют на микробиом. В исследовании принял участие 61 здоровый доброволец. Участники ежедневно вели дневники питания, собирали образцы стула и мочи. Также они глотали специальные капсулы (SmartPill), которые регистрировали уровень pH, температуру и давление в различных отделах ЖКТ и измеряли время прохождения по нему пищи.

Анализ данных показал, что у каждого участника наблюдались существенные ежедневные колебания в составе микробиома и метаболизме, связанные с влажностью стула и уровнем pH фекалий. Кроме того, были выявлены различия между людьми, обусловленные временем прохождения пищи через отдельные сегменты ЖКТ и изменениями pH.

Исследователи использовали коэффициент внутрииндивидуальной вариабельности (CVIntra) для анализа ежедневных изменений параметров кишечной среды, таких как pH фекалий, консистенция стула (по Bristol Stool Form Scale, BSS), частота дефекации, влажность стула и микробная нагрузка. Уровень стабильности кишечной среды варьировал: у одних участников показатели значительно изменялись изо дня в день, тогда как у других оставались стабильными (например, CVIntra для pH фекалий колебался от 0,3% до 8,1%).

При анализе факторов, влияющих на суточные изменения микробиома и метаболома, учитывалось потребление макронутриентов, клетчатки и параметры кишечной среды. Результаты показали, что диета не объясняла изменения этих параметров, а влажность стула и pH фекалий играли значительную роль в формировании микробиома, объясняя 3,5% и 2,5% его вариаций соответственно.

Капсулы SmartPills позволили измерить время прохождения пищи через желудочно-кишечный тракт (WGTT), время опорожнения желудка (GET), прохождение через тонкий кишечник (SBT) и толстый кишечник (CTT). Медианные значения времени прохождения составили: GET — 4,8 часа, WGTT — 23,3 часа, CTT — 13,6 часов, и SBT — 5,1 часов. Эти показатели варьировали между участниками, что отражает их индивидуальные различия.

Уровень pH в дистальном отделе толстой кишки и потребление клетчатки были определены как важные факторы, влияющие на состав микробных сообществ и метаболический профиль фекалий. Потребление клетчатки было связано с более низким уровнем протеолитических маркеров, что подчеркивает ее значение для регуляции микробной ферментации белков и поддержания здоровья кишечника.

Для оценки индивидуальных колебаний микробных метаболитов, таких как водород и метан в выдыхаемом воздухе, короткоцепочечные жирные кислоты и разветвленные жирные кислоты в фекалиях, применялись методы расчета CVIntra и корреляционный анализ Спирмена. Микробные метаболиты варьировали ото дня ко дню: медианные значения CVIntra для метана и водорода составили 141% и 47%, а для SCFA и BCFA в фекалиях — от 26% до 40%. Эти данные свидетельствуют о том, что микробные метаболиты в выдыхаемом воздухе и фекалиях подвержены значительным колебаниям, даже если рацион не меняется. Авторы статьи предполагают, что такие колебания могут быть связаны с ежедневными изменениями в физиологии кишечника, такими как время прохода пищи по ЖКТ и pH, а также с составом микробиоты.

Анализ мочи и фекалий подтвердил связь между временем прохода пищи по ЖКТ, уровнем pH и метаболическими характеристиками. Короткоцепочечные жирные кислоты, образующиеся при ферментации углеводов, отрицательно коррелировали с pH и временем прохода пищи, а протеолитические метаболиты показывали положительную корреляцию. Это свидетельствует о том, что более длительное время прохода пищи по ЖКТ способствует преобладанию бактерий, расщепляющих белки, что может неблагоприятно сказаться на здоровье.

Авторы исследования подчеркивают, как важно учитывать индивидуальные особенности физиологии кишечника для понимания причин изменения состава микробиома и метаболизма. Время прохода пищи по ЖКТ и pH — ключевые факторы в регулировании микробной активности, и это открывает новые перспективы для разработки персонализированных подходов к поддержанию здоровья кишечника.

Вибрирующая капсула вызывает чувство насыщения