دانشمندان تأثیر میکروب‌های روده بر جذب کالری را آشکار کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، میکروارگانیسم‌های روده در استخراج انرژی از غذا نقش دارند، بنابراین میزان کالری روی بسته‌بندی همیشه منعکس‌کننده میزان انرژی مصرفی واقعی بدن نیست. دانشمندان دانشگاه ایالتی آریزونا یک مدل ریاضی توسعه داده‌اند که این سهم را در نظر می‌گیرد. آنها این مدل را با استفاده از داده‌های آزمایشی آزمایش کردند که در آن یک رژیم غذایی پرفیبر منجر به دریافت کالری روزانه تقریباً ۱۱۶ کیلوکالری کمتر از رژیم غذایی غربی شد. ایزوستیا توضیح می‌دهد که چرا باکتری‌ها محاسبات کالری را تغییر می‌دهند و چگونه این دانش می‌تواند به مطالعه متابولیسم کمک کند.

فراتر از عدد روی بسته‌بندی چه چیزی وجود دارد؟

شمارش کالری مرسوم با ترکیب غذا آغاز می‌شود: اینکه چه مقدار پروتئین، چربی و کربوهیدرات در آن وجود دارد. سیستمی مبتنی بر ضرایب آتواتر بیش از ۱۰۰ سال است که برای تخمین ارزش انرژی استفاده می‌شود. در نسخه رایج آن، ۱ گرم پروتئین و ۱ گرم کربوهیدرات تقریباً هر کدام چهار کیلوکالری تولید می‌کنند، در حالی که ۱ گرم چربی ۹ کیلوکالری تولید می‌کند.

با این حال، مسیر غذا در بدن پیچیده‌تر از این محاسبه است. برخی از مواد مغذی در روده کوچک هضم و جذب می‌شوند. برخی دیگر به روده بزرگ می‌رسند، جایی که توسط میکروارگانیسم‌ها پردازش می‌شوند. برخی از این مواد پردازش شده می‌توانند توسط بدن به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرند، در حالی که برخی دیگر دفع می‌شوند.

نتایج تحت تأثیر ترکیب رژیم غذایی، میزان فرآوری غذا و در دسترس بودن مواد مغذی برای هضم قرار دارند. میزان اجزای غذایی موجود برای میکروبیوم روده نیز نقش دارد.

ضرایب آتواتر یک تخمین میانگین ارائه می‌دهند. سهم فرآیند‌های میکروبی به طور جداگانه محاسبه نمی‌شود، بلکه با سایر عوامل ترکیب می‌شود. مطالعه جدید پیشنهاد می‌کند که این فرآیند‌ها با جزئیات بیشتری بررسی شوند و ارزیابی شود که چگونه تعادل انرژی را تغییر می‌دهند.

پروفسور رزا کراجمالنیک-براون، مدیر مرکز تحقیقات سلامت میکروبیوم، از دانشگاه ایالتی آریزونا، توضیح داد: «هضم غذا حاصل همکاری بین بدن ما و تریلیون‌ها میکروبی است که در روده ما زندگی می‌کنند.»

دو رژیم غذایی و اختلاف ۱۱۶ کیلوکالری

برای آزمایش این مدل، محققان از داده‌های یک کارآزمایی بالینی که قبلاً انجام شده بود، استفاده کردند که نتایج آن در سال ۲۰۲۳ در مجله Nature Communications منتشر شد. این کارآزمایی شامل ۱۷ بزرگسال سالم بود. هر شرکت‌کننده به طور مداوم از دو رژیم غذایی پیروی می‌کرد و به دانشمندان این امکان را می‌داد که نحوه واکنش هر فرد به شرایط مختلف غذایی را مقایسه کنند.

شرکت‌کنندگان هر رژیم غذایی را به مدت ۲۲ روز دنبال کردند: ۱۱ روز در خانه و ۱۱ روز در بیمارستان تحقیقاتی. ترتیب رژیم‌های غذایی به صورت تصادفی تعیین شد و حداقل دو هفته بین هر مرحله فاصله بود. میزان مصرف غذا به دقت کنترل شد و نیاز‌های انرژی شرکت‌کنندگان با استفاده از اندازه‌گیری‌های مصرف انرژی ارزیابی شد.

اولین رژیم غذایی به گونه‌ای طراحی شده بود که دسترسی میکروب‌های روده به اجزای غذایی را به حداکثر برساند. این رژیم حاوی فیبر و نشاسته مقاوم بیشتری بود و شامل غذا‌های کمتر فرآوری شده و غذا‌هایی با ذرات بزرگتر بود. نشاسته مقاوم در روده کوچک به خوبی هضم نمی‌شود و می‌تواند برای پردازش بیشتر توسط میکروارگانیسم‌ها به روده بزرگ منتقل شود.

پزشکان تأثیر تغذیه بر درمان آرتروز را توضیح دادند

رژیم غذایی دوم مطابق با رژیم غذایی غربی بود: این رژیم غذایی حاوی غذا‌های فرآوری شده بیشتر و فیبر و نشاسته مقاوم کمتری بود. طبق محاسبات استاندارد، این رژیم‌ها از نظر ارزش انرژی و محتوای کلی مواد مغذی قابل مقایسه بودند.

با این حال، در رژیم غذایی پرفیبر، به طور متوسط ​​۱۱۶ کیلوکالری اضافی در روز از طریق مدفوع دفع می‌شد. در نتیجه، بدن انرژی کمتری دریافت می‌کرد. شرکت‌کنندگان افزایش گرسنگی را گزارش نکردند. این تفاوت نشان دهنده‌ی مصرف انرژی در شرایط خاص آزمایش است و کالری اضافی مصرف شده از طریق فعالیت بدنی یا سایر فرآیند‌ها را اندازه‌گیری نمی‌کند.

چگونه باکتری‌ها انرژی را از فیبر استخراج می‌کنند

فیبر وارد روده بزرگ می‌شود و به بستری برای میکروارگانیسم‌ها تبدیل می‌شود. در طول تخمیر، آنها اسید‌های چرب با زنجیره کوتاه تشکیل می‌دهند. بدن قادر است برخی از این ترکیبات را جذب کرده و در متابولیسم از آنها استفاده کند.

بنابراین، هضم حتی پس از اینکه غذا مراحل اصلی تجزیه و جذب را در روده کوچک طی کرد، ادامه می‌یابد. میکروب‌ها اجزای خاصی را که برای آنزیم‌های گوارشی انسان غیرقابل دسترس هستند، به موادی تبدیل می‌کنند که بدن می‌تواند از آنها انرژی کسب کند.

طبق محاسبات مدل جدید، اسید‌های چرب زنجیره کوتاه جذب‌شده به‌طور متوسط ​​تقریباً ۱۴۰ کیلوکالری در روز تأمین می‌کردند. در شرایط مطالعه، این مقدار تقریباً معادل ۷.۴٪ از انرژی موجود بدن بود.

این ۱۴۰ کیلوکالری بخشی از تعادل کلی انرژی رژیم غذایی است. نمی‌توان آنها را به طور خودکار به رقم روی بسته‌بندی اضافه کرد: محاسبه استاندارد از قبل تخمینی متوسط ​​از انرژی موجود ارائه می‌دهد، در حالی که مدل فرآیند‌هایی را که از طریق آنها این انرژی به دست می‌آید مشخص می‌کند. علاوه بر این، این یک مقدار متوسط ​​​​است که با مدل‌سازی رژیم‌های غذایی خاص به دست می‌آید. این مدل «پاداش میکروبی» یکسانی را برای هر فرد و هر منویی تعیین نمی‌کند.

در نگاه اول، نتایج متناقض به نظر می‌رسند. رژیم غذایی سرشار از فیبر، غذای بیشتری برای میکروب‌ها فراهم می‌کند. آنها اسید‌های چرب با زنجیره کوتاه بیشتری تولید می‌کنند که می‌توانند به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، در این آزمایش، بدن به طور کلی کالری کمتری دریافت کرد.

توضیح این موضوع در این واقعیت نهفته است که تعادل انرژی از چندین جریان تشکیل شده است. عوامل مهم شامل این موارد است که چه مقدار مواد مغذی قبل از رسیدن به روده بزرگ جذب شده‌اند، چه مقدار توسط میکروارگانیسم‌ها پردازش شده‌اند، چه بخشی از محصولات متابولیک آنها وارد بدن شده است و چه مقدار انرژی از طریق دفع از دست رفته است.

در یک مطالعه بالینی، ضایعات مدفوعی با مواد هضم نشده، زیست توده میکروبی و مواد زائد متابولیکی مرتبط بود. بنابراین، افزایش هضم میکروبی غذا ممکن است با کاهش مقدار کلی انرژی در دسترس انسان همراه باشد.

این نتیجه نشان می‌دهد که چرا محتوای فیبر و فرآوری مواد غذایی هنگام ارزیابی ارزش غذایی مهم هستند. مقادیر کالری قابل مقایسه، تفاوت‌های موجود در نحوه پردازش دو رژیم غذایی توسط بدن و میکروب‌ها را به طور کامل نشان نمی‌دهد. این مطالعه به توضیح این موضوع کمک می‌کند که چرا ارزش انرژی یک رژیم غذایی به ترکیب آن و نحوه پردازش آن در دستگاه گوارش بستگی دارد. میکروب‌های روده در این فرآیند دخیل هستند، اما سهم آنها توسط موادی که دریافت می‌کنند و آنچه برای محصولات متابولیسم آنها اتفاق می‌افتد، تعیین می‌شود.

در آینده، محققان امیدوارند از چنین مدل‌هایی برای مطالعه چاقی، دیابت و سایر اختلالات متابولیک استفاده کنند. شرح دقیق‌تر هضم غذا می‌تواند به درک اینکه چرا رژیم‌های غذایی مختلف اثرات متفاوتی بر تعادل انرژی دارند، کمک کند.