Czy dieta dziecka we wczesnych latach życia może kształtować mikrobiom i metabolizm? Nowe badania i kierunki

Znaczenie mikrobiomu: maksymalizacja korzyści płynących z dietetycznych glikanów we wczesnym okresie życia 

Dr. Giles Major - Head of Department, Gastrointestinal Health, Nestle Institute of Health Sciences Honorary Associate Professor, School of Medicine, University of Nottingham Switzerland 

Główne informacje 

• Dieta jest kluczowym czynnikiem wpływającym na rozwój mikrobioty jelitowej we wczesnym okresie życia, co ma bezpośredni wpływ na sekwencyjne kształtowanie się mikrobioty w późniejszym życiu. 

• Glikany oporne na trawienie w górnej części jelita, takie jak oligosacharydy mleka ludzkiego w mleku matki, są kluczowymi składnikami odżywczymi dla mikrobiomu i determinują proliferację odpowiednich gatunków bakterii, ważnych z punktu widzenia zdrowia niemowląt. 

• Wprowadzanie glikanów z innych źródeł żywieniowych powinno być stopniowane, aby zapewnić zdrową trajektorię rozwoju dla przejścia z mikrobiomu niemowlęcego do młodzieńczego, a tym samym utrzymania kompetencji immunologicznych bez wpływu na tolerancję immunologiczną białek pokarmowych. 

Wprowadzenie 

Wpływ mikrobiomu na zdrowie człowieka już dawno został doceniony, zwłaszcza w sytuacjach gdy patogeny jelitowe wywołują choroby poprzez miejscowe i ogólnoustrojowe reakcje zapalne. Co więcej, ulepszenia w sekwencjonowaniu genetycznym pozwoliły zidentyfikować mikroorganizmy okrężnicy, których nie były w stanie zapewnić tradycyjne metody hodowli. To poszerzyło naszą wiedzę na temat struktury i funkcji mikrobiomu i sprawiło że mamy mniej przypadkowy, a bardziej złożony wpływ na zdrowie i rozwój. 

Każdy z nas ma swój unikatowy mikrobiom z własnymi specyficznymi drobnoustrojami, między którymi zachodzą interakcje. Pokazuje nam to skomplikowany związek między mikrobiomem a zdrowiem gospodarza. Czynniki, które wydają się oznaczać „zdrową mikrobiotę”, obejmują względną obfitość pewnych kluczowych gatunków, które tworzą społeczność bakterii: różnorodność gatunków, szczepów i aktywność niesionych przez nie genów, a także profil różnych składników odżywczych i cząsteczki sygnalizacyjne uwalniane przez bakterie, takie jak octan, mleczan i maślan krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA). 

We wczesnym okresie życia mikrobiom rozwija się sekwencyjnie, tak że każdy etap ma duży wpływ na następny. Dlatego promowanie zdrowego mikrobiomu we wczesnym okresie życia ma zasadnicze znaczenie. Za kluczowy wpływ uznaje się zarówno zdrowie matki, jak i sposób porodu, w szczególności wpływ wczesnej kolonizacji podczas kontaktu ze skórą (w trakcie cięcia cesarskiego) lub z kanału rodnego. Czynniki środowiskowe, takie jak gleba, zwierzęta i leki, również mają wpływ na rozwój mikrobioty. Tak więc dominującym czynnikiem jest dieta; a we wczesnym okresie życia jest to mleko matki. 

Termin „glikany” obejmuje całą gamę węglowodanów – od krótkołańcuchowych oligosacharydów po błonnik. Oligosacharydy mleka ludzkiego (HMO) w mleku matki nie są trawione przez ludzkie enzymy i stanowią ważne źródło składników odżywczych dla mikrobioty, promując gatunki z genetyczną zdolnością do trawienia takich węglowodanów (CAZymes – aktywne enzymy węglowodanowe). 

Specyficzne Bifidobakterie mogą trawić HMO i rozmnażać się w ich obecności podczas karmienia piersią. Bifidobacteria i Lactobacilli przekształcają HMO i inne oligosacharydy w octan i mleczan, które żywią inne pożyteczne bakterie. Ponadto octan odgrywa również kluczową rolę w modulowaniu przepuszczalności nabłonka jelita, kontrolując ekspozycję niemowląt na strawione składniki diety i umożliwiając uzyskanie tolerancji immunologicznej. Oznacza to, że zmiany w profilach HMO, spożywanych przez niemowlęta, będą miały wpływ na to, które szczepy bakterii namnażają się i wytwarzają metabolity. 

Po odstawieniu od piersi zaczyna się proces rozszerzania diety dziecka, przy czym zwiększa się ilość spożywanych węglowodanów, którymi może żywić się mikrobiota. Zróżnicowana dieta rozszerza różnorodność mikrobiomu, tym samym zwiększając produkcję maślanu odżywiającego nabłonek jelit; dlatego mamy powody, aby oczekiwać, że rozwój i dojrzewanie mikrobioty będzie przebiegał według kontrolowanej trajektorii. Dlatego ciągła ekspozycja na octan w okresie odstawiania od piersi, zamiast całkowitego przejścia na maślan, może wspierać ekspozycję immunologiczną i tym samym zapobiegać wystąpieniu wyprysku atopowego w późniejszych latach. Tak więc ciągła konsumpcja HMO podczas odstawiania od piersi może być jedną ze strategii zapewniających utrzymanie poziomów octanu. 

Ogólnie rzecz biorąc, zrozumienie optymalnej trajektorii dojrzewania mikrobiomu i sposobu wspierania przejścia z mikrobiomu niemowlęcego na młodzieńczy może zapewnić lepszą efektywność porad żywieniowych we wczesnym okresie życia. W szczególności stopniowe przejście od prostszych oligosacharydów, takich jak HMO, do diety z różnorodnymi źródłami błonnika, będzie wspierać różnorodność mikroflory. 

Bibliografia 

1. Stewart, C.J., Ạjami, N.J,, O’Brien, J.L et al. Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study. Nature 562,583-588 (2018). https:// doi.org/10.1Q38/s4158gr018-0617-x 

2. Dogra SK, Kwong Chung c, Wang D,Sakwlnska O, Colombo Mottaz S, Sprenger N. Nurturing the Early Life Cut Microbiome and Immune Maturation for Long Term Health. Microorganisms. 2021;9(10):2110. Published 2021 Oct 7. https://doi:10.3390/microorganisms9102n0 

3. Roswall J, Olsson LM, Kovatcheva-Datchary p et al. Developmental trajectory of the healthy human gut microbiota during the first 5 years of life. Cell Host Microbe. 2021 May 12;29(5):765-776.e3. https://doi:10.1016/lxhom.2021.02.021 

Kluczowa rola żywienia we wczesnym okresie życia w kształtowaniu zdrowia dzieci i dorosłych – perspektywa metaboliczna 

Yann Ravussin, Ph.D - Lecturer & Staff, Université de Fribourg, Department Endocrinology, Metabolism and Cardiovascular Systems, Medicine Section LEAN – Laboratory of Energetics and Advanced Nutrition Switzerland 

Główne informacje 

• Zgromadzone dowody sugerują, że okna rozwojowe we wczesnym dzieciństwie mogą bezpośrednio wpływać na zdrowie metaboliczne w wieku dorosłym, a okres przejścia z mleka matki na pokarm stały (żywienie uzupełniające) prawdopodobnie stanowi tak ważny przedział czasowy. 

• Dane przedkliniczne i kliniczne pokazują, że różnice w indeksie glikemicznym, makro i mikroskładnikach pokarmowych, spożywanych we wczesnym dzieciństwie, mają wpływ na późniejsze parametry metaboliczne. 

• Płatki zbożowe są istotnym elementem pokarmów uzupełniających dla niemowląt, dlatego zmiana składu tych produktów może stanowić kluczowy krok w zapobieganiu niektórym przewlekłym chorobom w wieku dorosłym. 

Wprowadzenie 

Wprowadzenie pokarmów stałych (tj. odstawienie od piersi lub pokarmy uzupełniające) we wczesnym dzieciństwie jest ważnym krokiem w prawidłowym rozwoju niemowlęcia i może stanowić kluczowe okno czasowe mające wpływ na programowanie metaboliczne i zdrowie w późniejszym życiu [1]. Dane sugerują, że takie wczesne okna rozwojowe odgrywają kluczową i przyczynową rolę w kształtowaniu predyspozycji do chorób przewlekłych w późniejszym życiu [2]. Na przykład Hipoteza Płodowego (rozwojowego) Początku Powstawania Chorób w Wieku Dorosłym (DOHaD) sugeruje, że zdarzenia z życia płodowego wpływają na wyznaczenie pewnego wzorca procesów fizjologicznych, które mogą objawiać się procesami chorobowymi w wieku dorosłym, przy czym kluczową rolę odgrywają zmiany epigenetyczne [3]. 

Podczas gdy stresy w okresie płodowym (np. stan cukrzycy u matki, niedożywienie lub przeżywienie matki, zmiany hormonalne) były powiązane z przyszłymi zaburzeniami metabolicznymi zarówno w modelach zwierzęcych, jak i u ludzi, mniej są jasne wpływy zdarzeń poporodowych oraz ze wczesnego dzieciństwa, takich jak odstawienie od piersi. Ścisłej mówiąc, obecnie są badane okresy dokarmiania uzupełniającego oraz rodzaj wprowadzanego pokarmu (jakość i ilość makro- i mikroelementów) [4]. 

Badania przedkliniczne na myszach z humanizowanymi komórkami beta pokazują, że diety o różnych indeksach glikemicznych mają bezpośredni wpływ na zdolność utylizacji glukozy poprzez zmianę liczby komórek insulino-pozytywnych. W rzeczywistości dieta wysokoglikemiczna (HG) podawana po zakończeniu karmienia piersią, wywołuje pozornie zwiększone dojrzewanie trzustki i potencjalnie przygotowuje zwierzę do lepszego reagowania na obciążenia glukozą w późniejszym życiu – służąc tym samym jako dowód na słuszność potencjalnego znaczenia tego okresu czasu. 

W naszych własnych badaniach wyraźnie pokazujemy, że podanie wystarczającej ilości kalorii płynnych może zwiększyć proliferację komórek beta nawet u dorosłych zwierząt, wykazujących wyraźną plastyczność w wieku dorosłym [5], podczas gdy inne grupy udowodniają, że liczba kalorii dostępnych w okresie ssania (poprzez zmianę wielkości miotu w modelach statystycznych gryzoni) bezpośrednio wpływa na skłonność do późniejszego rozwoju otyłości i cukrzycy [6]. Wreszcie, dane kliniczne z prospektywnego, randomizowanego, kontrolowanego, podwójnie ślepego, dwuramiennego badania w grupach równoległych zdrowych niemowląt w wieku 6 miesięcy w momencie włączenia wykazały, że dostarczanie mieszanki uzupełniającej o niższym indeksie glikemicznym (FuF o obniżonej zawartości białka ze 100% laktozą) oraz zbóż dla niemowląt o zmienionej formule (IC – o wyższej zawartości błonnika pokarmowego, o wyższej zawartości tłuszczu, o niższej rafinacji zbóż i o zwiększonej zawartości białka roślinnego) miały pozytywny wpływ na kontrolę glikemii. 

Bibliografia 

[1] Saavedra, J.M. and A. Dattilo, Early nutrition and long-term health : mechanisms, consequenc- 
es, and opportunities. Woodhead Publishing series in food science, technology and nutrition. 2017, Amsterdam: Elsevier/Woodhead Publishing. xliv, 576 pages. 
[2] Fewtrell, M., et al., Complementary Feeding: A Position Paper by the European Society for Paediatric Gastroenterology, Hepatology, and Nutrition (ESPGHAN) Committee on Nutrition. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 2017. 64(1): p. 119-132. 
[3] Bianco-Miotto, T., et al., Epigenetics and DOHaD: from basics to birth and beyond. J Dev Orig Health Dis, 2017. 8(5): p. 513-519. 
[4] Caroli, M., et al., Recommendations on Complementary Feeding as a Tool for Prevention of Non-Communicable Diseases (NCDs)-Paper Co-Drafted by the SIPPS, FIMP, SIDOHaD, and SINUPE Joint Working Group. Nutrients, 2022. 14(2). 
[5] Ravussin, Y., et al., Evidence for a Non-leptin System that Defends against Weight Gain in Overfeeding. Cell Metab, 2018. 28(2): p. 289-299 e5. 
[6] Parra-Vargas, M., et al., Size Does Matter: Litter Size Strongly Determines Adult Metabolism in Rodents. Cell Metab, 2020. 32(3): p. 334-340.