膳食纤维与肠道健康

来源 :健康与营养 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junyan04
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  “肠道是人体最大的消化器官”“肠道是人体最大的免疫器官”“肠道健康决定着人体的健康”……更甚者因为肠道也能部分地影响人们的情绪,于是还被称为“第二大脑”。但你可知道,肠道的健康又取决于肠道菌群的组成,而肠道菌群的组成又是由不同的膳食纤维组成决定的。所以说,食物中的膳食纤维对我们的健康意义重大。
  人类肠道内所携带的细菌有1 000~1 150个种,每个人至少携带160种。一个成年人肠道内有1013~1014个细菌,它们所携带的基因数量是人体本身基因的100倍。肠道微生物能够决定宿主从食物中获取能量的效率,影响宿主的生理功能和新陈代谢,与宿主的健康状况有密切关系。


  Q: 每个人的肠道菌群结构不尽相同,什么样的组成才是比较好的?
  A: 肠道菌群无论是在数量上还是在种类上,在不同人群之间都存在差异。造成这种差异的因素有很多,如肠道内的pH值,宿主的年龄、性别以及饮食习惯等。那么什么样的菌群组成是有益于健康的呢?我们叫它平衡的肠道菌群结构,这个所谓的平衡就是指有益菌占优势,有害菌的功能被控制在可接受的范围内。
  Q: 肠道菌群组成是固定不变的还是变化着的?如何改变?
  A: 尽管每个人的肠道菌群都不同,但随着研究技术的发展,人们逐渐也发现了一些规律。目前已发表的研究成果将肠道菌群分成3种菌型,分别是普雷沃菌属型,拟杆菌属型和瘤胃球菌属型,有专家称菌型发现的意义不亚于当年血型的发现,可见是有多么重要了。三种菌型又与不同的代谢特征相关联,但究竟有哪些关联,是如何关联的还在进一步研究中。还有另外一种给肠道菌群分类的方法,按照菌群的基因丰度分为高丰度类型和低丰度类型,进一步实验证实,高丰度类型的人肥胖风险小,吃同样热量的食物脂肪增加少;而低丰度类型的人群肥胖、糖尿病、血脂异常的风险显著增高。
  还好,肠道菌群组成类型并不是一成不变的,肠道菌群组成与肠道内的pH值,宿主的年龄、性别以及饮食习惯等相关。身体不同部位的pH值基本是固定的,年龄我们也已经无法挽回,性别虽然能改但牺牲有点大,那么剩下的就是饮食习惯了。饮食习惯对肠道菌群的调节作用近年来成为研究的焦点,其中又以膳食纤维与肠道菌群的关系尤为热门。肠道菌群通过代谢人体难以消化的膳食纤维来维持生长,同时为宿主提供某些营养物质或能量;不同的膳食纤维又会影响肠道菌群的组成。


  Q: 我们为什么需要肠道微生物来消化膳食纤维?
  A:众所周知,人类以及大多数的动物体内都不存在消化某些碳水化合物的酶,也就是说,缺乏编码这些酶的基因。在人类的进化过程中,能够得到的养料供给随着环境和时间的改变随时会发生变化(小到几小时、几天之内的变化,大到几个世纪上千年的变化)。不仅如此,人类是杂食动物,每一餐食物中碳水化合物的种类和数量都会有变化。而肠道就需要具备随时调整其代谢方式的能力来适应这种变化,对于人类基因组来说,随时发生变化或重组是不可能的。因此,将代谢复杂碳水化合物的任务“承包”给与我们共生的微生物,是一个非常有效又灵活机动的方式,能够帮助人类适应复杂多变的饮食环境。这时候,一些具有短期适应性、具有消化几种甚至十几种碳水化合物能力的菌,如多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)、卵圆形拟杆菌(Bacteroides ovatus)等就成了首选。通过体内和体外的实验也证实了这一假设,这些种属的菌能够在复杂的营养环境下重组其代谢方式,这种重组可能是在漫长的进化时间内发生,也可能因为一餐饭的前后变化就产生。其快速的重组能力和适应性很可能是由于该物种能够快速增殖繁衍的能力。
  随着漫长的进化过程,人类“选择”了某些微生物在肠道内定殖,但迄今为止,没有任何一种菌能够“承包”全部工作。由此可以假设,对于菌种本身而言,并非是能够代谢碳水化合物的种类越多越好,而是与其编码相关酶的能力之间存在一种平衡,或者说是制约。对肠道微生物的代谢能力进行系统地研究就会发现,如果能够找出代谢能力最差的几种菌(也就是能够代谢的碳水化合物种类少),那么这几种菌都能够代谢的物质,就是肠道微生物都能够代谢的物质,也就是维系肠道菌群生态稳定的关键物质,那么对于人类来说也就是不可或缺的营养素。
  肠道微生物不仅在时间的变化中帮助我们适应饮食变化,在地理位置的变化中也起到重要作用。不同地区的人们有不同的饮食习惯,虽然这些习惯是在千百年中形成的,但对于人类基因组来说,要进化出编码相关酶类的基因,几千年还太短,而肠道微生物基因良好的可塑性刚好可以解决这一问题。发生在日本人肠道菌群中的变化可以说明这一问题:在日本及其周边的地区,食用红藻(如寿司中的紫菜)具有上千年的历史,分离自健康日本人肠道中的一种拟杆菌(Bacteroides plebeius),就具有了降解紫菜聚糖的能力。进一步的宏基因组学分析表明,日本人肠道微生物中降解紫菜聚糖相关酶的编码基因大量存在,而西方人肠道微生物中几乎不存在这种基因,这种适应变化的可塑性是肠道微生物基因组的共同特征之一。
  Q: 肠道微生物是如何消化膳食纤维的?
  A: 如前边所讲,人类基因组只能编码很少种类的酶来消化某些碳水化合物,而我们日常的饮食中含有丰富多样的碳水化合物,它们大体可以分为两类:一类是在人类消化道中能够降解吸收的,只占很少的一部分,包括蔗糖、乳糖和可消化的淀粉;另外一类统称为纤维,在这里指广义的纤维,不管是不是纤维状的物质。这些纤维因为不被消化最终会进入大肠,大肠菌群以其作为碳源并将其发酵成短链的脂肪酸(Short Chain Fatty Acids,SCFA),这些SCFA能够提供给人类日常能量需要的10%。在大肠中,定植的菌群是在由黏膜和黏液分隔出来的某些区域存在的,这些分区的失效与某些疾病有密切关系,但目前还难以确定疾病是分区失效的原因还是结果。在健康的肠道中,菌群与宿主产生联系的重要媒介就是其代谢产物,其中有些物质对肠道具有破坏作用,如吲哚、氨、胺;有些为有益作用如SCFA、木脂素(Lignans)等。   随着宏基因组学技术的发展,肠道微生物的物种组成逐渐得到了阐释。尽管在种和属的水平上其组成随着个体的变化、年龄、饮食习惯的变化而不同,但有两个菌门是普遍存在的:革兰氏阳性的厚壁菌门和革兰氏阴性的拟杆菌门。其中拟杆菌门不仅有更加丰富的酶系,还形成了自身独特的操纵子系统来编码识别、锚定和切割多糖的元件,称为Polysaccharide Utilization Loci (PULs)。该操纵子第一次被发现是在多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)对淀粉的消化中,随后在卵形拟杆菌(Bacteroides ovatus)等菌中也有发现,一个单一的拟杆菌基因组可能含有数十个不同的PULs操纵子。当多糖出现时,菌体细胞膜外的受体首先识别并与多糖锚定,然后特殊的酶将其定点断裂成寡糖或低聚糖,寡糖或低聚糖能够通过细胞膜上的转运通道进入细胞间质,在间质空间中,寡糖既是转录调控的信号物质,又是酶的作用底物,被降解成为单糖进入细胞质得到利用。
  Q: 膳食纤维的组成对肠道菌群有哪些影响呢?
  A: 肠道菌群代谢不同的膳食纤维需要不同的酶,因此,膳食纤维的组成对肠道菌群成员的动态变化具有主导作用,如一些能够被发酵的膳食纤维会导致双歧杆菌和乳杆菌数量的增加,因为它们对碳水化合物具有发酵作用,如藻酸盐、壳聚糖、菊糖会导致有害菌代谢产物的减少。多项研究表明,肠道菌群组成的变化与膳食纤维的组成有关。以欧洲城市和非洲乡下的孩子为例,在1~2岁母乳喂养的阶段,两者肠道菌群组成没有显著差异,而在断奶到6岁的阶段中,由于欧洲城市的饮食以肉为主而膳食纤维所占比例小,其肠道内的志贺氏菌属和埃希氏菌属的数量明显高于非洲乡下的孩子;而非洲的孩子肠道内拟杆菌门如Prevotella和Xylanibacter的数量较高,这是由于拟杆菌门具有编码纤维素酶和木聚糖酶的基因,能够发酵纤维素和木聚糖,而后两者正是当地食物中常见的成分。
  膳食纤维具有可食性和抗消化性,到目前为止,符合该描述的膳食纤维种类十分丰富,而且由于其结构的复杂多样,尚未得到完整的诠释。为了进一步研究不同结构的膳食纤维对肠道菌群的影响,有学者提出了Discrete structure的概念,即用某一部分独特的化学结构来代表该纤维的结构,而且这一独特的化学结构一般都会与某种细菌所携带的编码基因簇产生关联,换句话说,不同的Discrete structure能够满足不同菌种的需要。这些Discrete structures的产生可能是因为基因型的不同,也可能是由于生长环境的差异所造成,还可能是来自于同种植物的不同部位。以抗性淀粉(RS)为例,抗性淀粉可以分为4种:RS1,全谷物或豆类中不能被消化的淀粉;RS2,结构紧密,脱水的淀粉颗粒;RS3,加工后结构改变或退化淀粉(主要是直链淀粉);RS4,化学改性或酶修饰过的淀粉。其中,各种RS还具有更进一步的结构差异,即使同为RS3,不同的亚结构也会满足不同菌种的生长需要。体外肠道模型试验表明,A型的RS3能够增殖奇异菌属(Atopobium spp.),而B型RS3具有增殖双歧杆菌属(Bifidobacterium spp.)的作用。研究表明,膳食纤维的来源、所含糖的类型、连接方式、糖链的长度、颗粒大小、异构体等都会影响它被微生物利用的情况。
  膳食纤维与人体健康小问答
  Q: 膳食纤维对健康有哪些益处?
  A: 1.有助于肠内大肠杆菌合成多种维生素。2.纤维素比重小、体积大,在胃肠中占据空间较大,使人有饱腹感,有利于减肥。3.纤维素体积大,进食后可刺激胃肠道,使消化液分泌增多和胃肠道蠕动加快,可防治糖尿病和便秘。4.高纤维饮食可通过胃排空延缓、肠转运时间改变、可溶性纤维在肠内形成凝胶等作用而使糖的吸收减慢;亦可通过减少肠激素来减少对胰岛B细胞的刺激,减少胰岛素释放与增加周围胰岛素受体敏感性,使葡萄糖代谢加强。5.糖尿病患者进食高纤维素饮食,可改善高血糖,减少胰岛素和口服降糖药物的应用剂量。
  Q: 膳食纤维有哪些种类?都存在哪些食物中?
  A: 关于膳食纤维的分类,一个比较粗的分法是分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。可溶性的比如果胶、树胶、葡聚糖、海藻酸钠等;不溶性的包括纤维素、木质素、壳聚糖、植物蜡、抗性淀粉、水苏糖、棉籽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖等。目前大家广泛熟知的高膳食纤维食品是魔芋,其实膳食纤维也广泛存在于粗粮、干豆、蔬菜、水果、海藻、菌类中。
  Q: 膳食纤维吃得少对身体有哪些危害?相反地,膳食纤维会不会吃过量,吃过量对身体有害吗?
  A:国家对人体膳食纤维需要量是有研究的,目前我们国家膳食摄入量在18 g左右,而根据研究得出的推荐量是每天25~30 g,所以现在我们普遍还没有吃够。长期膳食纤维摄入过少,会增加许多慢性疾病的风险,最直接的比如便秘,间接一些的可以说跟癌症、糖尿病等都有关系。但如果吃太多也有一定的不良反应,比如每天吃到45 g膳食纤维,大多数人会感到不适(可溶性的膳食纤维耐受性好于不可溶的)。如果吃到每天75~80 g,便会引起胃胀气。但聚葡萄糖又例外,即使一天吃90 g,也不会有副作用。膳食纤维的长期高摄入量会对胃造成损伤,但在只通过饮食摄入的情况下,是不会吃过量的。
  Q: 膳食纤维的保健品能代替食物中的膳食纤维吗?
  A:如果说吃了膳食纤维保健品就不用吃富含膳食纤维的食物了,更具体点说,就可以只吃大鱼大肉,高糖、高蛋白、高脂肪的食物了,那肯定是不行的,因为富含膳食纤维的食物,它能供给人体的并不仅仅是膳食纤维这一种东西,还包括其他的维生素、矿物质、微量营养素甚至是我们科学尚未发现的物质。所以说“代替”是不正确的,如果平时膳食纤维获取不足,用保健品作为补充,那是可以的。此外,膳食纤维保健品也一定要看清楚配方、厂家等标识,如果添加了较多的糖,虽然吃起来比较美味可口,但无疑会增加糖的摄入。
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