Błonnik pokarmowy i jego znaczenie w służbie jelit

Spośród wielu czynników mających wpływ na życie człowieka, jedynie trzy warunkują biologiczne istnienie, są to: powietrze, woda i pożywienie. Jemy aby żyć. Wielki ewolucyjny sukces naszego gatunku wynika, między innymi, z tego, że jesteśmy „wszystkożerni”. Człowiek może zajmować jednocześnie kilka poziomów troficznych – jesteśmy roślinożercami i mięsożercami, każdy z tych pokarmów dostarcza nam istotnych czynników odżywczych. Dieta naszego gatunku przeszła wiele zmian, począwszy od zbieractwa i łowiectwa do współczesnego sposobu odżywiania. Na tej drodze było kilka punktów przełomowych, jak choćby opanowanie ognia. Dzięki temu uzyskano możliwość pieczenia, gotowania pożywienia, co czyniło je łatwiej strawnym i co równie istotne – smaczniejszym. Kolejną rewolucyjną zmianą było przejście od zbieractwa do upraw zbóż i rolnictwa, i związanego z tym osiadłego tryb życia. Nadwyżki upraw można było konserwować i gromadzić. Człowiek w pewnym stopniu uniezależnił się od środowiska. Mając zapasy żywności można było przetrwać okresy nieurodzaju. Rozwój rolnictwa, a także udomowienie niektórych zwierząt, wpływały na stopniowy wzrost liczby ludzi, powstanie bardziej złożonych więzi społecznych, rozwój kultury, a tym samym na powstanie i rozwój starożytnych cywilizacji, których jesteśmy spadkobiercami. Przez stulecia ludzie korzystali ze źródeł pożywienia kierując się przede wszystkim smakiem, upodobaniami czy lokalną tradycją i jedli praktycznie wszystko, co do jedzenia się nadawało. Oczywiście jedzenie klasyfikowano jako lepsze czy gorsze, ale podział ten wynikał raczej z subiektywnych odczuć lub odzwierciedlał rzadkość czy trudność uzyskania danego składnika potrawy. O wartościach odżywczych pożywienia wiedziano mało lub właściwie nic. Wyjątkiem była zdobywana metodą prób i błędów wiedza na temat działania, także leczniczego, roślin (ziół jak je nazywano) czy grzybów.

Ewolucja wartości odżywczej pożywienia

Wiedza na temat roli i wpływu poszczególnych składników pożywienia na zdrowie człowieka to wynik badań, które zaczęto prowadzić od połowy XVIII wieku. Powoli odkrywano i poznawano rolę białek, węglowodanów oraz tłuszczów w żywieniu. Przeczyło to obowiązującej wówczas doktrynie Hipokratesa, że w pożywieniu istnieje jeden uniwersalny składnik odżywczy, który całkowicie pokrywa wszystkie potrzeby ludzi. Wtedy też uznano białka za najważniejszy składnik pożywienia. Kolejne odkrycia dotyczyły między innymi roli i wpływu na organizm człowieka aminokwasów, witamin i mikroelementów. Mimo to, w co trudno dzisiaj uwierzyć, do początku XX wieku głównym, a właściwie jedynym miernikiem wartości odżywczej pożywienia była jego wartość energetyczna. Za pomocą kalorii wyrażano też zapotrzebowanie pokarmowe człowieka. Ten pogląd uległ diametralnej zmianie. Dieta to nie tylko dostarczanie kalorii, to co jemy ma niebagatelny wpływ na nasze zdrowie. W medycynie istnieje pojęcie chorób dieto zależnych są to m.in. cukrzyca typu 2, choroby układu krążenia czy niektóre nowotwory. W tym kontekście pojawia się termin „zdrowa dieta”. Współczesny człowiek często słyszy o „zdrowej diecie”, jednak zdefiniowanie tego pojęcia jest trudne. Dla zdrowych ludzi może to być na przykład: „spożywanie szerokiej gamy produktów spożywczych, w odpowiednich proporcjach oraz odpowiedniej ilości, tak aby osiągnąć i utrzymać zdrową wagę ciała”. Jednak bez fachowej pomocy dietetyka, przeciętny konsument nie potrafi określić odpowiednich dla siebie proporcji składników pożywienia.

Wpływ poszczególnych składników diety na zdrowie jest przedmiotem badań od lat 60 XX wieku. Wtedy to specjaliści zdrowia publicznego zwrócili uwagę na dietę śródziemnomorską, ze względu na jej właściwości prozdrowotne. Szczegółowe wyniki badań żywności przeprowadzonych w tamtym czasie we Włoszech pozwoliły zdefiniować dietę śródziemnomorską w stylu włoskim, charakteryzującą się niską zawartością tłuszczu ogółem (<30% energii), niską zawartością tłuszczów nasyconych (<10% energii), wysoką zawartością węglowodanów złożonych i bogatą w błonnik pokarmowy [1]. Znaczenie składników roślinnych w tym schemacie żywieniowym było coraz bardziej doceniane w wyniku postępów w zrozumieniu patofizjologii wielu chorób przewlekłych i zwyrodnieniowych. Dieta śródziemnomorska nie tylko korzystnie wpływa na profile lipidowe we krwi, ale także chroni przed stresem oksydacyjnym i kancerogenezą. Statystyki nadal wykazują pozytywną przewagę nawyków żywieniowych w krajach śródziemnomorskich w porównaniu do diety krajów północnej i środkowej Europy [2, 3].

Podstawę piramidy żywienia, opracowanej na podstawie schematu diety śródziemnomorskiej, stanowią warzywa i owoce, to jest pokarmy zawierające dużo węglowodanów. Węglowodany te dzieli się na przyswajalne i nieprzyswajalne. Przyswajalne składniki roślin stanowią jedynie ok. 15 % suchej masy, są to węglowodany proste i złożone oraz białka. Składniki nieprzyswajalne – celuloza, hemicelulozy i ligniny stanowią aż ok. 75 % suchej masy roślin, włókna te tworzą miedzy sobą wiązania wodorowe, co sprawia że są sztywne i wytrzymałe. Ta nieprzyswajalna frakcja pokarmu roślinnego to właśnie błonnik.

Strukturalna klasyfikacja błonnika

Pojęcie „błonnik pokarmowy” (ang. dietary fiber) jako pierwszy wprowadził Hipsley w 1953 r., który zaobserwował, że ryzyko toksemii ciążowej występuje rzadziej u kobiet stosujących dietę bogatą w nieprzyswajalne węglowodany. Dopiero w 1972 r. nieprzyswajalne węglowodany zostały zdefiniowane jako „pozostałość ścian komórkowych produktów roślinnych, która nie ulega hydrolizie pod wpływem enzymów trawiennych w przewodzie pokarmowym człowieka” [4]. Błonnik można sklasyfikować pod względem struktury (cząsteczki liniowe lub nieliniowe) i rozpuszczalności. Rozpuszczalne są niecelulozowe polisacharydy (np. β-glukany, pektyny i gumy), nierozpuszczalne są składniki ściany komórkowej roślin, czyli wspomniane już celulozy, hemicelulozy, ligniny oraz skrobia [5].

Błonnik pokarmowy jest niezbędny dla zdrowia człowieka – to niezaprzeczalny fakt. Badania epidemiologiczne wykazały, że dieta bogata w tłuszcze, cukier i sól oraz uboga w błonnik może predysponować konsumenta do wielu przewlekłych chorób cywilizacyjnych. Stąd wynika zainteresowanie błonnikiem, zarówno wśród dietetyków, jak i przeciętnych konsumentów, chcących zadbać o swoje dobre samopoczucie i zdrowie, aby w pełni zrozumieć fizjologiczne znaczenie błonnika pokarmowego warto poznać sposoby działania tej substancji podczas procesów trawienia zachodzących u zwierząt monogastrycznych, do których należy także człowiek [6].

Błonnik – cztery aspekty działania

Dotychczas opisano cztery aspekty działania błonnika podczas trawienia, są to: właściwości wiążące błonnika, wpływ na stan fizyczny treści pokarmowej, wpływ na biodostępność składników odżywczych oraz interakcje z mikrobiomem jelitowym. Oczywiście ogólnoustrojowy efekt zdrowotny błonnika wynika ze złożonych zależności między tymi czterema mechanizmami działającymi jednocześnie. Dobroczynne działanie błonnika rozpoczyna się już w jamie ustnej. Błonnik pobudza funkcję żucia i wydzielanie śliny działającej ochronnie na zęby. Wraz z wydzieleniem śliny zaczynają działać enzymy trawienne: amylaza i lipaza językowa. W żołądku błonnik buforuje i wiąże nadmiar kwasu solnego, zwiększa lepkość treści żołądkowej, hamuje działanie pepsyny. Fizjologiczna konsekwencja obecności błonnika w żołądku to wolniejsze opróżnianie żołądka, co wywołuje poczucie sytości [7].

Właściwości wiążące błonnika i wpływ na biodostępność składników odżywczych

Polisacharydy błonnika pokarmowego mogą wiązać i adsorbować inne składniki diety podczas przemieszczania się jedzenia wzdłuż przewodu pokarmowego, a zdolność ta przesądza o ich prozdrowotnym działaniu fizjologicznym. Błonniki wiąże związki fenolowe, które są wtórnymi metabolitami roślin. Duże znaczenie dla zdrowia ma wiązanie polifenoli, ze względu na ich rozliczne prozdrowotne właściwości. Polifenole są antyoksydantami i antyestrogenami, działają przeciwzapalnie, modulują procesy immunologiczne – zwiększając odporność organizmu, działają ochronnie na układ krążenia i mają właściwości przeciwnowotworowe. Polifenole są stabilnie wiązane głównie przez gumy roślinne, ligniny i pektyny. Fizjologiczne konsekwencje wiązania polifenoli przez składniki błonnika są wielorakie. Przede wszystkim zwiększają biodostępność polifenoli. Polifenole związane przez błonnik nie zostaną wchłonięte w jelicie cienkim, ale będą uwolnione i wchłonięte w okrężnicy, gdzie błonnik ulegnie fermentacji. Niektórzy badacze uważają, że taki transport polifenoli do jelita grubego jest główną fizjologiczną funkcją błonnika. Polifenole pozostają w jelicie grubym przez stosunkowo długi czas, dlatego są w stanie zredukować działanie wolnych rodników [8].

Kolejny istotny dla zdrowia efekt obecności błonnika w diecie wynika z wiązania kwasów żółciowych. Kwasy żółciowe to kwasy steroidowe syntetyzowane w wątrobie i wydzielane z żółcią. Kwasy żółciowe są niezbędne do emulgowania lipidów zawartych w pożywieniu oraz do prawidłowego trawienia i wchłaniania tłuszczów. Związane przez błonnik kwasy żółciowe nie są absorbowane w jelicie cienkim (skąd mogłyby trafić z krwią do wątroby), w związku z tym wątroba musi używać endogennego cholesterolu w celu uzupełnienia puli kwasów żółciowych, obniżając w ten sposób poziom krążącego we krwi cholesterolu. Wiązanie kwasów żółciowych przez błonnik, uważa się za jeden z głównych mechanizmów obniżania poziomu cholesterolu w organizmie. Błonnik wiąże również jony minerałów, które podczas fermentacji błonnika w okrężnicy, stają się biodostępne.

Błonnik i jego interakcje z mikrobiomem jelitowym

Ludzie są żywicielami mikroflory bakteryjnej jelita grubego. Błonnik, który dociera do okrężnicy, jest intensywnie fermentowany przez bakterie. Bakterie jelitowe produkują szereg enzymów rozkładających polisacharydy, które w znacznym stopniu uzupełniają nieliczne ludzkie enzymy zdolne do fermentacji błonnika. Mikrobiom można zatem postrzegać jako „partnera trawiennego” lub „dodatkowy narząd trawienny”, który ewoluował razem z żywicielem ludzkim i który pozwala gospodarzowi czerpać korzyści ze składników pożywienia, które w innym przypadku zostałyby utracone jako odpady [9]. Fermentacja błonnika przez mikroflorę jelitową prowadzi do wytworzenia krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, głównie octanu, propionianu i maślanu, których stężenie jest proporcjonalne do ilości dostarczonego błonnika. Głównymi producentami krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych są bakterie rodzajów Bifidobacterium oraz Lactobacillus. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe wywierają kilka istotnych, a zarazem pozytywnych skutków na ludzkiego żywiciela. Większość krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych jest wchłaniana w okrężnicy, dostarczając dodatkowej energii gospodarzowi (szacuje się, że jest to około 10% energii z diety). Obecność krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych powoduje również obniżenie pH światła jelita, wzrost rozpuszczalności niektórych minerałów (wapń), hamowanie wzrostu bakterii patogennych (Salmonella spp. i enterokrwotoczne Escherichia coli), a także zmniejsza fermentację białek i produkcję powiązanych z tym procesem toksycznych metabolitów białek. Ponadto wykazano, że propionian zwiększa tolerancję glukozy [10], a maślan jest znany ze swoich właściwości przeciwzapalnych i przeciwrakotwórczych [11]. Maślan zwiększa proliferację kolonocytów i indukuje apoptozę komórek raka okrężnicy. Korzystny wpływ błonnika zależy nie tylko od ilości krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, ale także od miejsca, w którym błonnik jest fermentowany i wytwarzane są krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Najkorzystniejszym miejscem do fermentacji błonnika jest proksymalny odcinek okrężnicy.

Błonnik wpływa na bakterie prebiotycznie, ma zdolność wywoływania określonych zmian w aktywności i składzie mikrobiomu (więcej Firmicutes, mniej Bacterioides), co skutkuje korzystnymi efektami dla gospodarza. To zjawisko może zostać wykorzystane do projektowania składników diety, które mogą kształtować mikrobiom w pożądany sposób [6]. Nieprawidłowa dieta (m.in. uboga w błonnik) może pobudzać bakterie jelitowe do produkowania związków mutagennych, karcynogennych czy genotoksycznych, takich jak: związki fenolowe i indolowe, barwniki azowe czy drugorzędowe kwasy żółciowe [12].

Wpływ błonnika na strukturę treści jelitowej

Na strukturę treści pokarmowej największy wpływ mają rozpuszczalne frakcje błonnika pokarmowego zawierające β-glukany. Związki te tworzą żele koloidalne o dużej gęstości przez co zagęszczają treść pokarmową. W postaci żelowej błonnik odkłada się na ścianach przewodu pokarmowego, a dzięki temu trawiony pokarm nie wywołuje podrażnień. Równie ważny jest korzystny wpływ błonnika rozpuszczalnego (pektynowego) na łaknienie, co pomaga kontrolować przyjmowanie pokarmu. Błonnik ten spowalnia wchłanianie cukru z pożywienia, dzięki temu uczucie sytości utrzymuje się dłużej. Zarówno frakcje rozpuszczalne (pektynowe) jak i nierozpuszczalne (celulozowe) błonnika wiążą wodę i ten sposób zwiększają kilkukrotnie swoją objętość, zwiększając tym samum objętość treści pokarmowej w jelicie cienkim [7, 13].

Szybkość procesu trawienia wzdłuż okrężnicy wpływa na czas kontaktu z mikrobiomem i dynamikę produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, ale także na czas kontaktu potencjalnie toksycznych związków z błoną śluzową okrężnicy, co ma działanie ochronne. Czas przejścia stolca przez okrężnicę jest odwrotnie skorelowany z jego konsystencją, a konsystencja zależy od zawartości wody. W dystalnym segmencie okrężnicy błonnik ulega szybkiej fermentacji, co przejawia się produkcją gazów i wzrostem biomasy bakterii, która utrzymuje wysoką wodochłonność stolca. W miarę zbliżania się do odległych odcinków okrężnicy, cały możliwy do sfermentowania błonnik jest zużywany. Zdolność do zatrzymywania wody w kale wynika raczej z obecności bakterii niż pozostałego błonnika [13]. Tempo wydalania stolca jest spowalniane z powodu wolniejszego wzrostu biomasy bakterii i ponownego wchłaniania wody. Jednak to głównie nierozpuszczalny, słabo sfermentowany błonnik ma główny wpływ na masę stolca i zawartość wody oraz na skrócenie czasu przejścia przez okrężnicę. Efekt ten nie wynika z możliwości wiązania wody przez błonnik, która jest bardzo niska w przypadku nierozpuszczalnego błonnika, ale raczej z mechanicznej stymulacji wydzielania śluzu i przyspieszenia perystaltyki jelit, wywołanej przez cząsteczki błonnika o odpowiedniej wielkości i kształcie. Większe i grubsze cząsteczki są bardziej skuteczne niż małe i gładkie. Tak więc obecność niestrawionego błonnika przyczynia się do zmiękczenia stolca i poprawia regularność pracy jelit, zapobiegając zaparciom [7].

Rola błonnika pokarmowego w zapobieganiu i leczeniu zaparć jest znana od dawna. Jednak, jak już wspomniano wyżej, istnieją dwa rodzaje błonnika. Błonnik rozpuszczalny w wodzie (pektynowy), ma niewielki wpływ na masę stolca i dlatego nie jest odpowiedni w leczeniu osób z zaparciami. Najbardziej skuteczny w zapobieganiu zaparciom jest błonnik nierozpuszczalny w wodzie (błonnik celulozowy), może on jednak ograniczać wchłanianie minerałów i prawdopodobnie niektórych witamin. [14].

Zalecana minimalna dawka błonnika

Na podstawie dotychczasowej wiedzy na temat wpływu błonnika na zdrowie człowieka lekarze i eksperci żywieniowi opracowali zalecenia dotyczące minimalnej dawki dziennego spożycia tego składnika żywności. W Polsce zalecenia spożycia tego składnika nie są jeszcze precyzyjnie określone, ale sugeruje się dawkę błonnika na poziomie od 20 do 40 g, wskazując jednocześnie, że większe ilości są bardzo pożądane [4]. Najlepiej byłoby, gdyby błonnik w diecie był zwiększony poprzez spożywanie pełnoziarnistego pieczywa i przetworów zbożowych oraz większej ilości owoców i warzyw. Błonnik celulozowy można znaleźć przede wszystkim w ryżu, otrębach pszennych, kukurydzy, orzechach, truskawkach i malinach. Błonnik pektynowy występuje w owocach, takich jak jabłka, grejpfruty i owoce cytrusowe. Bogatym źródłem tego błonnika są także płatki owsiane, rośliny strączkowe i pełnoziarniste pieczywo. Najcenniejsza dla człowieka jest pektyna jabłkowa, grejpfrutowa oraz owsiana. Można także stosować suplementy błonnika, ale skład błonnika powinien być znany i odpowiedni dla potrzeb osoby, która go stosuje.

Naukowcy, chociaż wciąż badają wpływ odżywiania na stan naszego zdrowia, z powodu braku ostatecznych dowodów, nadal nie są w stanie odpowiedzieć na kluczowe pytania w tym zakresie, a tym samym nie mogą stwierdzić jaka dieta jest dla człowieka najlepsza. Chociaż korzystny wpływ takich składników diety jak błonnik nie podlega dyskusji [15]. Jak zachować spokój w sytuacji gdy wciąż słyszymy, często sprzeczne, informacje na temat wpływu składników diety na zdrowie? Może powinniśmy tak jak radzą członkowie Niemieckiego Towarzystwa Dietetycznego: „Cieszyć się różnorodnością potraw, bo nie ma „zdrowej”, „niezdrowej” ani nawet „zakazanej” żywności. Liczy się ilość, wybór i kombinacja pożywienia ” [16].

Bibliografia

1. Ferro-Luzzi, Anna, and Francesco Branca. „Mediterranean diet, Italian-style: prototype of a healthy diet.” The American journal of clinical nutrition 61.6 (1995): 1338S-1345S.
2. Dernini, Sandro, and Elliot M. Berry. „Mediterranean diet: from a healthy diet to a sustainable dietary pattern.” Frontiers in nutrition 2 (2015): 15.
3. Serra-Majem L, Roman B, Estruch R. Scientific evidence of interventions using the Mediterranean diet: a systematic review. Nutr Rev. 2006;64(2 Pt 2):S27-S47.
4. Kołodziejczyk, Piotr, and Jan Michniewicz. „Ziarno zbóż i produkty zbożowe jako źródła błonnika pokarmowego.” Żywność: nauka-technologia-jakość 3 (116) (2018): 5-22
5. Slavin, Joanne L. „Dietary fiber: classification, chemical analyses, and food sources.” Journal of the American Dietetic Association 87.9 (1987): 1164-1171.
6. Williams, Barbara A., et al. „“Dietary fibre”: moving beyond the “soluble/insoluble” classification for monogastric nutrition, with an emphasis on humans and pigs.” Journal of animal science and biotechnology 10.1 (2019): 1-12.
7. Edoardo Capuano (2017) The behavior of dietary fiber in the gastrointestinal tract determines its physiological effect, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57:16, 3543-3564.
8. Saura-Callixto, F. (2011). Dietaryfiber as a carrier of dietary antioxidants: An essential physiological function .J. Agric. Food Chem.59:43–49.
9. Tuhoy, K. M., et al. (2012). Up-regulating the human intestinal microbiome using whole plant foods, poly-phenols, and/or fiber. .J. Agric. Food Chem.60:8776–8782.
10. Arora, T., Sharma, R. and Frost, G. (2011). Anti-obesity and satiety enhancing factor? Appetite56:511–515.
11. Canani, R. B., Costanzo, M. D., Leone, L., Pedata, M., Meli, R. and Calignano, A. (2011). Potential beneficial effects of butyrate in intestinal and extraintestinal diseases. World J. Gastroenterol.17:1519–1528.
12. Karwowska, Zuzanna, and Kinga Majchrzak. „WPŁYW BŁONNIKA NA ZRÓŻNICOWANIE MIKROFLORY JELITOWEJ (MIKROBIOTA JELIT).” I CHEMIA TOKSYKOLOGICZNA (2015).
13. Gibiński, Marek, Dorota Gumul, Jarosław Korus. „Prozdrowotne właściwości owsa i produktów owsianych.” Żywność: nauka-technologia-jakość 12.4 (45), Supl. (2005): 49-60.
14. Slavin JL. Dietary fiber: classification, chemical analyses, and food sources. Journal of the American Dietetic Association. 1987 Sep;87(9):1164-1171.
15. Gidley, M. J. (2013). Hydrocolloids in the digestive tract and related health implications. Curr. Opin. Coll. Interf. Sci.18:371–378.
16. Ramsden, Christopher E., Anthony F. Domenichiello. „PURE study challenges the definition of a healthy diet: but key questions remain.” Lancet (London, England) 390.10107 (2017): 2018.
17. Drescher, Larissa S., Silke Thiele, Gert BM Mensink. „A new index to measure healthy food diversity better reflects a healthy diet than traditional measures.” The Journal of nutrition 137.3 (2007): 647-651.