Τα πρεβιοτικά όπως οι φρουκτο-ολιγοσακχαρίτες (FOS) όντας άπεπτοι υδατάνθρακες, λειτουργούν ως “τροφή” για τα ευεργετικά μικρόβια του εντέρου συμβάλλοντας στην καλύτερη λειτουργία του.
H υγεία των οστών σχετίζεται με μεταβολές στον εντερικό μικροβιόκοσμο που προκύπτουν από την κατανάλωση πρεβιοτικών. Η εντερική μικροχλωρίδα έχει την ικανότητα να ρυθμίζει το περιβάλλον της μέσω της παραγωγής συγκεκριμένων ενώσεων-μεταβολιτών. Επίσης, οι FOS έχουν χαρακτηριστεί ως οι πλέον υποσχόμενοι ολιγοσακχαρίτες μαζί με τους γαλακτο-ολιγοσακχαρίτες, την ολιγοφρουκτόζη και την ινουλίνη όσον αφορά την απορρόφηση ασβεστίου και την υγεία των οστών.
Α. Μικροβίωμα και απορρόφηση του ασβεστίου [N6]
Τα παραγόμενα από το εντερικό μικροβίωμα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (SCFAs) όπως το βουτυρικό και το οξικό οξύ :
- Ελαττώνουν το pH στο περιβάλλον του εντέρου με αποτέλεσμα την αυξημένη διαλυτοποίηση του ασβεστίου
- Επιδρούν σε σηματοδοτικά μονοπάτια που επάγουν δομικές αλλαγές στο επιθήλιο του εντέρου και οδηγούν στην αύξηση της απορρόφησης του ασβεστίου
Η λήψη πρεβιοτικών οδηγεί στην παραγωγή λιπαρών οξέων βραχείας αλυσίδας (SCFAs) ως προϊόντα της μικροβιακής ζύμωσης. Τα SCFAs συντελούν στην αύξηση της απορρόφησης ιόντων ασβεστίου και κατά συνέπεια της βιοδιαθεσιμότητας του ασβεστίου στον οργανισμό. Ο μηχανισμός πίσω από την αύξηση της απορρόφησης σχετίζεται κύρια με την επίδραση των SCFAs σε σηματοδοτικά μονοπάτια που επάγουν δομικές αλλαγές στο επιθήλιο του εντέρου [Ν6] ρυθμίζοντας έτσι την απορρόφηση μετάλλων αλλά και με τη μεγαλύτερη διαλυτοποίηση του ασβεστίου λόγω της ελάττωσης του pH στο περιβάλλον του εντέρου.
Fig. 1 Οι μηχανισμοί των προβιωτικών για την αύξηση της απορρόφησης του ασβεστίου περιλαμβάνουν (α) παραγωγή SCFAs που ελαττώνουν το εντερικό pH (β) αυξημένη κυτταρική διαφοροποίηση και πυκνότητα των βλεννογόνων υμένων (γ) αύξηση της επιφάνειας απορρόφησης με τη δημιουργία εντερικών κρυπτών (δ) έκφραση της ενδοκυττάριας μεταφορικής πρωτεΐνης του ασβεστίου D9K.
Μικροβίωμα και ρύθμιση της οστικής πυκνότητα [Ν4, Ν5, N7, Ν8, Ν9]
Το εντερικό μικροβίωμα:
- Έχει προταθεί ως ο νέος θεραπευτικός στόχος για την οστεοπόρωση.
- Επιδρά στον μεταβολισμό των οστών μέσα από τη λήψη πρε- και προβιοτικών
- Ρυθμίζει την οστική παραγωγή και οστική μάζα επηρεάζοντας την διαφοροποίηση των οστεοκλαστών.
- Επιδρά στον οστικό ιστό μέσω περίπλοκων μηχανισμών που περιλαμβάνουν μεταβολές στα επίπεδα των ορμονών, στην ενεργοποίηση των Τ-λεμφοκυττάρων καθώς και μεταβολές στην παραγωγή κυτταροκινών.
- Παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή περιφερικής σεροτονίνης που επηρεάζει την υγεία των οστών.
Εικόνα 2. Αλληλεπίδραση του εντερικού μικροβιώματος και των οστών. Το εντερικό μικροβίωμα συνεισφέρει στην ακεραιότητα του εντερικού φραγμού. Μεταβολές σε αυτό οδηγούν σε μεταβολές της έκφρασης κυτταροκινών και παραγόντων ανάπτυξης που επιδρούν στο ανοσοποιητικό, ενδοκρινικό, αγγειακό και νευρικό σύστημα, τα οποία με τη σειρά τους επιδρούν στη ρύθμιση της διαφοροποίησης ή/και στη λειτουργία των οστικών κυττάρων [Ν4, Ν5].
Κατά την εμμηνόπαυση, η ελάττωση της παραγωγής οιστρογόνων οδηγεί στην απώλεια οστικής μάζας. Γενικά, η ανεπάρκεια των ορμονών του φύλου οδηγεί σε φλεγμονώδεις καταστάσεις που είναι εν μέρει υπεύθυνες για την οστεοπόρωση. Η υγεία των οστών σχετίζεται με τη συστημική φλεγμονή, συνεπώς και με τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος. Συγκεκριμένα, η έλλειψη ορμονών (τόσο των ανδρογόνων όσο και των οιστρογόνων) ελαττώνει την ικανότητα του οργανισμού να καταπολεμά το οξειδωτικό στρες από τις ελεύθερες ρίζες (ROS). Οι ROS έχουν αρνητική επίδραση στο σηματοδοτικό μονοπάτι Wnt που τελικά οδηγεί σε ελαττωμένη οστεοβλαστογέννεση. Αν και δεν είναι πλήρως αποσαφηνισμένο, το εντερικό μικροβίωμα συνεισφέρει στις περιφερικές συγκεντρώσεις των ανδρογόνων.
Ο μηχανισμός με τον οποίο το ανοσοποιητικό επιδρά στον μεταβολισμό των οστών είναι μέσω της αύξησης του TNFα στον μυελό των οστών εξαιτίας της ενεργοποίησης των Τ λεμφοκυττάρων. Ο παράγοντας TNFα προάγει την ανάπτυξη και ωρίμανση των οστεοκλαστών επηρεάζοντας την ισορροπία μεταξύ οστεοκλαστών – οστεβλαστών και οδηγώντας σε οστική απώλεια. Το εντερικό μικροβίωμα είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση των Τ λεμφοκυττάρων μέσω της παραγωγής αντιγόνων. Τόσο τα Τ λεμφοκύτταρα όσο και οι οστεοκλάστες έχουν κοινή προέλευση από αιματοποιητικά βλαστοκύτταρα που παράγονται στον σκελετό.
Παράλληλα, η παραγωγή σεροτονίνης και κυτταροκινών από το μικροβίωμα ενισχύει το ανοσοποιητικό σύστημα αναστέλλοντας τη δράση παθογόνων μικροοργανισμών. Συγκεκριμένα, τα παραγόμενα από τα πρεβιοτικά λιπαρά οξέα μικρής αλυσίδας (SCFAs) επηρεάζουν σηματοδοτικά μονοπάτια που επιδρούν τον κυτταρικό μεταβολισμό. Το εντερικό μικροβίομα έχει φανεί να παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή περιφερικής σεροτονίνης η οποία επηρεάζει με τη σειρά της την υγεία των οστών. Ελάττωσή της έχει σχετιστεί με την ελάττωση της οστικής κατασκευής σε πειραματόζωα αλλά και την αύξηση της πιθανότητας καταγμάτων σε ανθρώπους.
Ν1. Manolagas SC. From estrogen-centric to aging and oxidative stress: a revised perspective of the pathogenesis of osteoporosis. Endocr Rev. 2012;31:266–300.
Ν2. Committee to Review Dietary Reference Intakes for Vitamin D and Calcium, Food and Nutrition Board, Institute of Medicine. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington, DC: National Academy Press, 2010.
Ν3. Reinwald S, Weaver CM, Kester JJ. The health benefits of calcium citrate malate: a review of the supporting science. Adv Food Nutr Res 2008;54:219-346.
Ν4. Clarke G, Stilling RM, Kennedy PJ, et al. Gut microbiota: the neglected endocrine organ. Mol Endocrinol Baltim Md 2014;28:1221–38.
Ν5 Kennedy PJ, Cryan JF, Dinan TG, et al. Kynurenine pathway metabolism and the microbiota-gut-brain axis. Neuropharmacology 2017;112:399–412.
Ν6. U. Krupa-Kozak, D. Świątecka, N. Bączek and M. M. Brzóska, Inulin and fructooligosaccharide affect in vitro calcium uptake and absorption from calcium-enriched gluten-free bread, Food and Function, 4, 2016 DOI: 10.1039/c6fo00140h
N7. Claes Ohlsson, Klara Sjögren, Effects of the gut microbiota on bone mass , Trends in endocrinology & Metabolism, 26, 2, 2015, https://doi.org/10.1016/j.tem.2014.11.004
Ν8. Rosen CJ. Breaking into bone biology: serotonin’s secrets. Nat Med. 2009;15:145–6. doi:10.1038/nm0209-145.
Ν9. Yadav VK, Ryu J-H, Suda N, Tanaka KF, Gingrich JA, Schütz G, et al. Lrp5 controls bone formation by inhibiting serotonin synthesis in the duodenum. Cell. 2008;135:825–37. doi:10.1016/j.cell.2008.09.059.
N10. Calcium and Calcium Salts, Abhijit Trailokya, Ambrish Srivastava, Milind Bhole, Nitin Zalte, Journal of The Association of Physicians of India, 65, 2017
N11. C. M. Weaver, Diet, Gut Microbiome, and Bone Health, Curr Osteoporos Rep (2015) 13:125–130, DOI 10.1007/s11914-015-0257-0
Corrie M. Whisner and Connie M. Weaver
