Аннали Американського торакального товариства

Анотація

Пріоритетний дослідницький центр здорових легенів, Медичний науково-дослідний інститут Хантера, Університет Ньюкасла, Новий Південний Уельс, Австралія

Анотація
Повний текст
Список літератури
Добавки
Цитується
PDF

Анотація

Ожиріння розвивається, коли споживання енергії хронічно перевищує вихід енергії. Надмірне споживання будь-якої енергії, що дає поживні речовини - жирів, вуглеводів або білків - може призвести до збільшення ваги, якщо енергія не потрібна для функцій організму і, отже, зберігається у вигляді жиру. Однак важливо, що типи дієт, що призводять до ожиріння, не просто мають велику кількість макроелементів, вони часто також низької якості.

Ожиріння набуло масштабів епідемії у багатьох розвинених країнах, оскільки західні режими харчування широко застосовуються. Вони характеризуються надлишковим споживанням енергії, а також регулярним вживанням обробленої або «швидкої» їжі та обмеженим споживанням фруктів, овочів та цільного зерна (1, 2). Це призводить до великого споживання поживних речовин, які, як було доведено, мають небажані ефекти при надмірному споживанні, таких як насичені жири, рафіновані вуглеводи та натрій. У той же час споживання багатьох корисних поживних речовин є низьким, включаючи клітковину, вітаміни та інші фітохімікати, багато з яких мають антиоксидантні та протизапальні властивості. Цей тип неякісної дієти був пов’язаний з негативними наслідками для здоров’я, включаючи підвищений ризик серцево-судинних захворювань (1) та раку товстої кишки (3), ймовірно, через те, що обезогенна дієта насправді є запальною дієтою, як обговорюється нижче ( Фігура 1 ).

Фігура 1. Обезогенна дієта - це запальна дієта. Ожиріння набуло масштабів епідемії у багатьох розвинених країнах, оскільки західні режими харчування широко застосовуються. Вони характеризуються надмірним споживанням енергії, а також регулярним вживанням оброблених або «швидких» продуктів харчування та обмеженим споживанням фруктів, овочів та цільного зерна. Результатом є високе споживання насичених жирів, рафінованих вуглеводів та натрію, а також низьке споживання клітковини, вітамінів та інших фітохімічних речовин. Цей вид неякісної дієти пов’язаний із підвищеним ризиком хронічних запальних захворювань, включаючи астму.

Ожиріння збільшує ризик розвитку астми (4), а лонгітюдні дослідження показують, що у сприйнятливих осіб ожиріння передує появі астми (5, 6), а збільшення ваги пов’язане з початком астми (5, 7). Ожиріння має багато негативних наслідків для здоров’я легенів, оскільки у людей з ожирінням знижена функція легенів (ОФВ1 та ФВК) (6), зменшені об’єми легенів (резервний об’єм видиху та FRC) (8), знижена сила дихальних м’язів (9), знижена фізична навантаження (10) та гірші симптоми (задишка та хрипи) (11). Люди з ожирінням, що страждають на астму, також мають знижену реакцію на глюкокортикоїди (12, 13) і використовують вищі дози кортикостероїдів, намагаючись поліпшити контроль астми, що в довгостроковій перспективі може призвести до побічних ефектів. Внесок неякісної дієти у гірші результати для людей із ожирінням, які страждають на астму, заслуговує на увагу.

Дійсно, епідеміологічні дослідження показали, що західний режим харчування збільшує ризик розвитку астми у дітей (14, 15). Крім того, у дітей збільшення споживання фаст-фудів корелювало з наявністю астми, хрипів та гіперреактивності бронхів (16, 17). Доведено, що у дорослих західна дієта позитивно пов’язана із збільшенням частоти загострення астми (18). Отже, обезогенна дієта може сприяти розвитку та прогресуванню астми.

Люди з ожирінням мають високий рівень циркулюючих жирних кислот в результаті зміненого ліпідного обміну. Хоча жирова тканина здатна діяти як буфер у ліпідному гомеостазі, зберігаючи велику кількість жирних кислот у вигляді тригліцеридів, ефективність цієї функції втрачається при тривалому перевантаженні поживними речовинами та розвитку інсулінорезистентності (19). Антиліполітичні гормони пригнічуються, а реестерифікація вільних жирних кислот для зберігання в адипоцитах порушується, що призводить до підвищення рівня циркулюючих жирних кислот (19). Споживання їжі з високим вмістом жиру, яке часто зустрічається у людей із ожирінням, може ще більше підвищити рівень жирних кислот у циркулюючій фазі після їжі. Високий рівень циркулюючих жирних кислот, зокрема насичених вільних жирних кислот, може викликати запальну реакцію за допомогою різних механізмів (20).

Клінічні докази запалення, спричиненого жиром, включають ряд досліджень, які показали, що перевантаження жирних кислот індукує окислювальний стрес (26–28) та запалення в системному кровообігу, поряд із збільшенням експресії TLR2 та TLR4 (29); Активність NF-κB (26, 27); кількість нейтрофілів у крові (30); і фактор некрозу циркулюючої пухлини α (31), IL-6 (31–33) та рівні С-реактивного білка (CRP) (26). Наша дослідницька група продемонструвала, що надлишок жирних кислот також впливає на дихальні шляхи, оскільки їжа з високим вмістом жиру призводить до збільшення відсотків нейтрофілів мокротиння та експресії мРНК TLR4 у клітинах мокротиння, що відповідає порушенню реакції на β2-агоніст короткої дії (34 ). Важливо відзначити, що ноеозинофільний характер запалення, викликаний надлишком жирних кислот, не реагує на терапію глюкокортикоїдами і, ймовірно, сприяє порушенню чутливості до стероїдів, що спостерігається у людей з астмою, що страждають ожирінням. Альтернативні фармакотерапії, спрямовані на ці шляхи, повинні бути оцінені у цій популяції.

В ряді досліджень серед загальної популяції було показано, що дієта з низьким вмістом клітковини асоціюється із збільшенням системного запалення (CRP у сироватці крові та IL-6) (35, 36). Ми розширили ці спостереження в поперечному дослідженні, що вивчає взаємозв'язок між споживанням клітковини та запаленням дихальних шляхів (37). Багаторазовий регресійний аналіз продемонстрував, що споживання клітковини було обернено пов'язано з еозинофілами дихальних шляхів і позитивно пов'язано з функцією легень (прогнозований відсоток ОФВ1) (37). Отже, низьке споживання клітковини може сприяти патофізіології астми.

Харчові волокна - це складний вуглевод, що міститься в продуктах рослинного походження, і він існує у розчинних і нерозчинних формах. Розчинна клітковина частково або повністю ферментована коменсальними бактеріями в товстій кишці з утворенням фізіологічно активних побічних продуктів, включаючи ацетат коротколанцюгових жирних кислот (СКЖК), пропіонат та бутират. Виробництво SCFA залежить від складу мікробіому кишок господаря, з такими видами, як Біфідобактерії і Лактобактерії серед найбільш потужних виробників SCFA (38). Деякі розчинні волокна також діють як пребіотики та посилюють вироблення SCFA, переважно стимулюючи ріст бактерій, що продукують SCFA (38). SCFA метаболізуються в різних тканинах: бутират є основним джерелом енергії для колоноцитів; пропіонат всмоктується здебільшого печінкою; а ацетат є первинним SCFA, який потрапляє в кровообіг (39), що може бути найбільш актуальним для захворювань периферичних органів, таких як астма.

SCFA привернули велику увагу своїми протизапальними властивостями і можуть виявитись сполучною ланкою між харчовими волокнами та запаленням. Запропоновано два ключові механізми дії SCFA, і є все більше доказів того, що обидва ці шляхи сприяють модуляції запалення дихальних шляхів.

Розчинні SCFA, отримані з клітковини, можуть зв’язуватися з двома основними рецепторами: рецептором вільних жирних кислот (FFAR) 2, також відомим як рецептор, пов’язаний з G білком (GPR) 43; та FFAR3, також відомий як GPR41. GPR43 сильно експресується в імунних клітинах, шлунково-кишковому тракті та адипоцитах, тоді як GPR41 експресується переважно в шлунково-кишковому тракті (40). Дослідження на тваринах показали, що SCFA можуть індукувати регуляторні Т-клітини за допомогою активації GPR43 (41), а також надавати GPR43/41-залежний протизапальний ефект на дихальні шляхи. У моделі алергічного запалення дихальних шляхів миші з дефіцитом GPR43 продемонстрували більш серйозне запалення, із збільшеною кількістю запальних клітин та активністю пероксидази еозинофілів у дихальних шляхах (42). В іншій моделі мишей на алергічну хворобу дихальних шляхів дієта, багата клітковиною, змінила склад мікробіоти кишечника та підвищила рівень SCFA в циркуляції, а запалення дихальних шляхів послабилося після виклику алергену (43). Інфільтрація еозинофілів та рівні ключових провоспалювальних молекул (IL-4, IL-5, IL-13, IL-17A) зменшувались у легенях, а гіперреактивність дихальних шляхів гальмувалась, а ефекти залежали від GPR41 (43).

Ми розширили спостереження на тваринних моделях, продемонструвавши, що одна доза розчинної клітковини активує GPR41 і GPR43 і зменшує запалення в дихальних шляхах людини (44). Дорослі з астмою вживали одну дозу розчинної клітковини (3,5 г інуліну) або контрольну їжу. У суб'єктів, які споживали інулін, експресія гена GPR41 та GPR41 підвищувалася в клітинах запалення мокротиння через 4 години, із відповідним зменшенням загальної кількості клітин мокроти, нейтрофілів та макрофагів мокротиння, мокроти IL-8 та видиху оксиду азоту (44). Ці дані про гострий вплив розчинної клітковини збігаються з іншими дослідженнями після їжі, які показують, що протягом 4 годин після споживання надлишку жиру активуються рецептори поверхні імунних клітин (TLR4) (34) і ініціюється запальна реакція, демонструючи, що ці системи знаходяться в динамічній взаємодії і на них можуть швидко впливати зовнішні подразники.

Особи, що страждають на астму, мають підвищену імунну реакцію на такі тригери, як алергени та віруси, що призводить до вербування та активації запальних клітин дихальних шляхів та вивільнення АФК (49). В результаті люди з астмою сприйнятливі до окислювального стресу, оскільки антиоксидантний захист господаря стає перевантаженим. Окислювальний стрес, як видається, відіграє важливу роль у патофізіології астми (49), оскільки клітинні компоненти пошкоджуються АФК. Це чинить багато шкідливого впливу на функцію дихальних шляхів, включаючи скорочення гладких м’язів дихальних шляхів (50), індукцію гіперреактивності дихальних шляхів (51), гіперсекрецію слизу (52), випадіння епітелію (53) та ексудацію судин (54). АФК також посилюють запальну реакцію, активуючи фактор транскрипції NF-κB, який посилює вироблення запальних цитокінів (55).

Західна дієта з низьким вмістом фруктів, овочів та цільних зерен має низький вміст антиоксидантів, що зменшує антиоксидантний захист господаря, збільшуючи тим самим сприйнятливість до окисних пошкоджень. Одним з найбільш добре описаних дієтичних антиоксидантів є вітамін С, потужний поглинач вільних радикалів, який, як було показано, пригнічує активність NF-κB (56). Показано, що добавки вітаміну С зменшують запалення, послаблюючи приплив і функцію нейтрофілів (57) та знижуючи рівень цитокінів у циркуляції (58). Вітамін Е є ключовим антиоксидантом, який захищає ліпіди від самоокислення та, як було показано, інгібує в пробірці Вироблення АФК та вивільнення цитокінів з імунних клітин (59). Подібним чином, випробування на добавці вітаміну Е показали покращення функції фагоцитарних клітин (60) та зменшення ex vivo вивільнення цитокінів з імунних клітин (59). Каротиноїди (включаючи α- та β-каротин, лікопін, β-криптоксантин та лютеїн) - це сімейство антиоксидантів, які мають сильні загартовуючі властивості АФК та є потужними інгібіторами активації NF-κB (61, 62). Клінічні дослідження добавок показали, що функція природних клітин-кілерів посилюється за допомогою β-каротину (63), а також спостерігається поліпшення функції фагоцитів за допомогою лікопіну та лютеїну (64).