Kwas masłowy | Butyric acid

1.1. Historia i pochodzenie

Maślan sodu, czyli sól sodowa kwasu masłowego, jest naturalną substancją produkowaną przez bakterie jelitowe żyjące w okrężnicy. Jest to kwas butanowy o wzorze CH3-CH2-CH2-COOH, zaliczany do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (short fatty acids – SCFA). Pod względem właściwości fizycznych kwas masłowy jest oleistą ciecz rozpuszczalną w wodzie, o nieprzyjemnym zapachu zjełczałego masła. Maślan sodu jest solą sodową tego kwasu. Ma stały stan skupienia oraz mniej przykry zapach. W roztworze wodnym maślan sodu dysocjuje do jonów kwasu masłowego.

Pierwsze badania pochodzące z lat 80. XX wieku wykazały, że kwas masłowy stanowi główne źródło energii dla kolonocytów, czyli komórek nabłonkowych jelita grubego. Od tej pory bada się możliwości jego wykorzystania w profilaktyce i leczeniu chorób przewodu pokarmowego, w tym chorobach zapalnych jelit- IBD.

1.2. Klasyfikacja

U ssaków kwas masłowy, razem z octowym i propionowym, stanowi 83% wszystkich SCFA w jelicie grubym. Proporcje wszystkich kwasów w jelicie wynoszą 60:25:15 (octan:propionian:maślan), co oznacza, że spośród wszystkich SCFA maślanu jest najmniej. To właśnie on stanowi jednak główne źródło energii dla kolonocytów. W ciągu doby produkowane jest ok. 300‑400 mmol SCFA w jelicie, a fizjologiczne stężenie maślanu w treści jelitowej to zaledwie 1‑10 mmol/l (60‑150 mmol/kg).

W jelicie grubym człowieka SCFA powstają głównie z niestrawnych węglowodanów i oligomerów heksozy. SCFA występują tam głównie w formie niezdysocjowanej ze względu na lekko kwaśny lub obojętny odczyn panujący w świetle okrężnicy. Następnie kwas masłowy jest selektywnie transportowany ze światła okrężnicy przez błonę komórkową do kolonocytów na drodze transportu aktywnego i biernego.

1.3. Występowanie

Głównym producentem kwasu masłowego są drobnoustroje bytujące w jelicie grubym, zwłaszcza bakterie produkujące cukry: Clostridium spp., Eubacterium spp., Fusobacterium spp., Butyrivibrio spp., Megasphaera elsdenii i Mitsuokella multiacida. Drobnoustroje te przeprowadzają proces fermentacji bakteryjnej, z której powstają kwasy: octowy, propionowy, masłowy oraz w mniejszej ilości kwasy mlekowy, sukcynylowy i kapronowy, a także dwutlenek węgla i wodór. Do tego procesu bakterie wykorzystują jako substraty niestrawne węglowodany (do których należą skrobia oporna, nieskrobiowe polisacharydy, oligosacharydy i alkohole) oraz oligomery heksozy o rozmaitym stopniu polimeryzacji.

Najbogatszym źródłem kwasu masłowego w jelicie grubym są: oporna skrobia, owies i otręby pszenne. Rekomenduje się zatem wzbogacenie diety o produkty bogate w błonnik pokarmowy i skrobię oporną, które zostaną wykorzystane przez bakterie jelitowe do procesu fermentacji. Zaleca się spożywanie pełnoziarnistych produktów- otrębów, płatków zbożowych, orzechów, ciemnego pieczywa czy makaronu. Źródłem maślanu mogą być także warzywa strączkowe, marchew, kapusta, buraki, szpinak, sałata, pomidory, ziemniaki oraz owoce, takie jak jeżyny, porzeczki, śliwki, gruszki, czarne jagody, jabłka, brzoskwinie, pomarańcze, kiwi oraz owoce suszone. Dodatkowo probiotyki o potwierdzonych właściwościach ochronnych (zwłaszcza szczepy Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp.) mogą zwiększać stężenie maślanu w jelicie.

Kwas masłowy oddziałuje bezpośrednio na florę jelitową i ścianę przewodu pokarmowego oraz pośrednio na inne narządy i tkanki poza przewodem pokarmowym.

2.1. Wpływ na mikroorganizmy jelitowe

Obecność bakterii produkujących SCFA hamuje rozwój patogennych bakterii z rodzajów Escherichia coli, Campylobacter i Salmonella. Dzieje się to poprzez konkurencję z patogenami o miejsce kolonizacji, sekrecji czynników antybakteryjnych i stymulacji układu immunologicznego jelita.

Dodatkowo SCFA, a wśród nich maślan sodu, stabilizują strukturę i zapewniają integralność i prawidłowe funkcjonowanie ściany jelita, a tym samym stymulują wzrost saprofitycznej flory bakteryjnej.

2.2. Wpływ na przewód pokarmowy

Spośród wszystkich SCFA maślan jest najważniejszym źródłem energii dla kolonocytów. Drugim z kolei jest octan, a na końcu propionian. Teoretycznie maślan może zapewnić 80% energii kolonocytom i 5-10% całkowitej energii organizmu. Dodatkowo związek ten jest istotnym czynnikiem stymulującym wzrost i różnicowanie kolonocytów. Badania in vitro na ludzkich komórkach śluzówki okrężnicy potwierdziły działanie troficzne propionianu i maślanu. Podanie maślanu do światła okrężnicy indukuje regenerację błony śluzowej, wzrost jej masy, syntezy DNA i głębokości krypt jelitowych. Z kolei redukcja stężenia maślanu w świetle jelita prowadzi do atrofii błony śluzowej okrężnicy poprzez zmniejszenie ilości związków odżywczych dla kolonocytów [6]. Związek ten wpływa na procesy proliferacji i apoptozy, czyli programowanej śmierci komórki.

Maślan może indukować apoptozę w komórkach nowotworowych, co potwierdzono w badaniach na komórkach raka jelita grubego [5] Wykazano, że duże stężenie maślanu w jelicie grubym może powstrzymywać zarówno wczesne, jak i późne etapy onkogenezy poprzez kontrolę transkrypcji białek zaangażowanych w proces apoptozy.

2.2.1 Działanie przeciwzapalne

Udowodniono przeciwzapalne działanie maślanu na komórki błony śluzowej żołądka i jelit. Ma ono miejsce poprzez modulację ekspresji genów zaangażowanych w procesy zapalne. Maślan najprawdopodobniej hamuje aktywność mediatorów zapalenia w nabłonku jelitowym i neutralizuje prozapalne cytokiny, np. IL-12. Z tego powodu wykorzystywany jest w leczeniu chorób zapalnych jelit.

2.3 Wpływ poza przewodem pokarmowym

Maślan sodu może pośrednio wpływać na inne narządy i tkanki poza przewodem pokarmowym, gdyż jego nieznaczne ilości mogą przedostać się do krwiobiegu. Wykazano, że SCFA poprzez regulację pH jelitowego, mogą zwiększać wchłanianie wapnia, żelaza i magnezu oraz wpływać na metabolizm glukozy i białek w wątrobie.