Rola oligosacharydów w żywieniu niemowląt

Kolonizacja przewodu pokarmowego noworodka następuje w ciągu kilku pierwszych dni życia. Powodują to głównie bakterie z rodziny Enterobacteriacae, szczególnie z grupy Escherichia coli, ale też Klebsiella, Enterobacter, Bacteroides, Clostridia i G(+) ziarniaki. U niemowląt karmionych piersią dominującą mikroflorę stanowią bifidobakterie, natomiast mniej jest bakterii z rodzaju Clostridium i Enterococcus, w ogóle nie występują szczepy Klebsiella i Enterobacter. U niemowląt karmionych sztucznie mikroflora jest bardziej złożona, podobna jak u osób dorosłych. W jelicie grubym starszych dzieci i osób dorosłych można wyodrębnić ponad 400 różnych szczepów bakteryjnych. Dominacja bifidobakterii jest wynikiem obecności w pokarmie „czynnika bifidogennego”, tj. niestrawnych oligosacharydów, które ulegając fermentacji w jelicie grubym przez bifidobakterie równocześnie pobudzają ich wzrost. Głównym produktem fermentacji bifidobakterii jest kwas octowy, który poprzez obniżenie pH treści jelitowej oraz – dodatkowo przez silne działanie bakteriostatyczne hamuje szczepy patogenne. Inne produkty fermentacji, to kwas masłowy i propionowy. Kwas masłowy jest preferowanym źródłem energii dla kolonocytów, natomiast pozostałe kwasy, po wchłonięciu, są utleniane w wątrobie i tkankach obwodowych. Bifidobakterie wykazują ponadto korzystne działanie na organizm, poprzez stymulację układu odpornościowego i produkcję innych substancji o charakterze antybiotyków (tzw. bakteriocyny), hamujących rozwój szczepów patogennych. Ostatnio w testach laboratoryjnych wykazano, że niektóre bifidobakterie wykazują działanie antagonistyczne przeciwko E. coli 0157, przy czym najsilniejszy efekt dotyczył szczepów B. infantis i B. longum.

W skład węglowodanów pokarmu kobiecego, poza laktozą, wchodzą oligosacharydy, pentozy nukleotydowe, glikolipidy i glikoproteiny. Oligosacharydy stanowią bardzo zróżnicowaną frakcję około 130 związków – pochodnych kwasu sialowego, N-acetyloglukozoaminy, galaktozy, fruktozy oraz glukozy. Ich stężenie wynosi średnio 1,3-1,8 g w 100 ml, a najwyższe wartości osiągają w pierwszym tygodniu laktacji. Oligosacharydom przypisuje się szereg funkcji fizjologicznych – stanowią substraty do syntezy gangliozydów i sialoglikoprotein w procesie dojrzewania mózgu. Ze względu na podobieństwo struktury chemicznej do węglowodanów w cząsteczkach glikoprotein i glikolipidów na powierzchni komórek mogą odgrywać ważną rolę w zapobieganiu adhezji patogenów do receptorów i w wiązaniu toksyn, co sprzyja ochronie niemowlęcia przed zakażeniem. Oligosacharydy pokarmu kobiecego stanowią podstawowy substrat do fermentacji dla bifidobakterii w jelicie grubym, selektywnie pobudzając ich wzrost. Dominacja bifidobakterii w składzie mikroflory jelitowej niemowlęcia stanowi dodatkową barierę przed kolonizacją szczepów patogennych. Inne czynniki sprzyjające rozwojowi bifidobakterii w pokarmie kobiecym to: niskie stężenie białka, laktoferryna, lizozym i immunoglobuliny.

Za korzystną mikroflorę jelita grubego naukowcy uważają taki jej skład, w którym dominują bifidobakterie. Dlatego podejmowane są próby zwiększenia ich liczebności w jelicie grubym. Stosuje się probiotyki (żywe mikroorganizmy, które po spożyciu wywierają korzystny wpływ na organizm gospodarza poprzez poprawę równowagi mikroflory jelitowej), ale po zaprzestaniu ich podaży bifidobakterie w kale szybko zanikają. Wpływ oligosacharydów pokarmu kobiecego na wzrost bifidobakterii u niemowląt karmionych piersią skierował zainteresowanie naukowców na prebiotyki. Prebiotyki – to nie podlegające trawieniu składniki pożywienia, które selektywnie pobudzają wzrost lub aktywność wybranych szczepów bakterii jelitowych, a przez korzystną zmianę składu mikroflory mogą wpływać na poprawę stanu zdrowia gospodarza. Obecnie, cechy prebiotyku potwierdzono w odniesieniu do niestrawnych oligosacharydów – pochodnych fruktozy i galaktozy. Inulina i oligofruktoza (b-fruktany) występują w naturze głównie w warzywach, takich jak cykoria, pory, karczochy, czosnek, szparagi, cebula, banany, a fruktooligosacharydy (FOS) są uzyskiwane dzięki biotechnologii w wyniku enzymatycznej syntezy z sacharozy. Podobne działanie prebiotyczne wykazują galaktooligosacharydy (pochodne galaktozy), oligosacharydy, pochodne rafinozy (stachioza, werbaskoza, ajugoza – w roślinach strączkowych) i b-glukany (w owsie i jęczmieniu). Inne potencjalne prebiotyki, to niektóre peptydy, białka i lipidy. Aktualne badania naukowe idą w kierunku zwiększenia ilości i pobudzenia aktywności szczepów korzystnych, poprzez taką modyfikację składu diety, by dostarczać substraty do fermentacji dla bifidobakterii i innych szczepów probiotycznych. Suplementacja diety w inulinę i FOS nie tylko stymuluje selektywnie wzrost bifidobakterii, ale także ma wpływ na redukcję populacji innych szczepów – bacteroides, clostridium i fusobacteria. Minimalna skuteczna dawka zależy od typu prebiotyku. Ostatnie badania potwierdziły, że dawka 4 g FOS na dobę jest wystarczająca dla uzyskania działania prebiotycznego, a nawet 40 g FOS nie wywoływało efektów niepożądanych u dorosłych.

Oligosacharydy nie ulegają hydrolizie w górnym odcinku przewodu pokarmowego. Służą jako substrat do fermentacji dla endogennej mikroflory jelitowej, zaś główne jej produkty – krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe – dostarczają dodatkowo energii dla organizmu gospodarza, działają troficznie na nabłonek jelitowy („colonic food”) i obniżają pH poniżej wartości jeszcze tolerowanych przez szczepy patogenne. Stymulacja wzrostu bifidobakterii korzystnie wpływa na produkcję naturalnych antybiotyków o szerokim spektrum działania (nizyna, laktocina) i hamuje rozwój flory patogennej w mechanizmie konkurencji o receptory adhezji i o składniki odżywcze. Chociaż badań klinicznych dotyczących prebiotyków jest niewiele, obecnie można uznać, że ich korzystne działanie sprowadza się do regulacji motoryki przewodu pokarmowego (biegunki/zaparcia) i równowagi mikroflory jelitowej, poprawy wchłaniania wapnia oraz zapobiegania nowotworom jelita i miażdżycy naczyń.

Istniejące wyniki badań potwierdzają możliwość manipulowania składem mikroflory poprzez wyselekcjonowane składniki żywności. Dlatego dodatek fruktooligosacharydów do mleka modyfikowanego wydaje się w pełni uzasadniony i jest kolejnym etapem w tworzeniu nowoczesnego produktu do sztucznego żywienia niemowląt, wzorowanego na składzie pokarmu kobiecego. Wykazany w obserwacjach klinicznych korzystny wpływ niestrawnych oligosacharydów w diecie, głównie fruktooligosacharydów, na wzrost bifidobakterii, prowadzący w krótkim czasie do dominacji korzystnej mikroflory, otwiera możliwość poprawy ochrony organizmu niemowlęcia przed zakażeniami przewodu pokarmowego i ostrą biegunką. Ponadto może pozytywnie wpływać na odporność organizmu, poprzez stymulację jelitowego układu immunologicznego, poprawę funkcji jelita grubego i redukcję szkodliwego działania toksyn, itp. Prebiotyki nadal pozostają przedmiotem intensywnych badań, m.in. dotyczącym ich wykorzystania w preparatach do żywienia enteralnego.

Bifidobakterie – dominujący szczep w mikroflorze jelitowej niemowląt karmionych piersią, o korzystnym wpływie na organizm (stymulacja układu immunologicznego, zapobieganie kolonizacji jelita przez szczepy patogenne). Fruktooligosacharydy (FOS) – b-fruktany złożone z cząsteczki sacharozy, do której wiązaniami b-2,1 glikozydowymi dołączone jest 2-9 cząsteczek fruktozy. Galaktooligosacharydy – do reszty galaktozydowej w cząsteczce laktozy wiązaniami b-1,4 i b-1,6 glikozydowymi dołączone są cząsteczki galaktozy. Inulina – frakcja błonnika rozpuszczalnego zaliczana do b-fruktanów o działaniu bifidogennym; łańcuchy złożone z 2-85 cząsteczek fruktozy. Prebiotyki – nie podlegające trawieniu składniki pożywienia, które selektywnie pobudzają wzrost lub aktywność wybranych szczepów bakterii jelitowych, a przez korzystną zmianę składu mikroflory mogą wpływać na poprawę stanu zdrowia gospodarza. Probiotyki – żywe mikroorganizmy, które po spożyciu wywierają korzystny wpływ na organizm gospodarza, poprzez poprawę równowagi mikroflory jelitowej. SCFA – krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe – produkty fermentacji rozpuszczalnych frakcji błonnika pokarmowego; stanowią dodatkowe źródło energii, poprawiają wchłanianie wody i sodu, hamują produkcję karcinogenów. Żywność funkcjonalna – produkty spożywcze, które poza tradycyjnie uznaną wartością odżywczą mogą korzystnie wpływać na zdrowie człowieka.