Immagine: Public Domain.
Gli acidi grassi a catena corta (SCFA), principalmente acetato, propionato e butirrato, sono acidi organici prodotti all’interno del lume intestinale dalla fermentazione batterica di carboidrati alimentari principalmente non digeriti, ma anche in piccola parte da proteine alimentari ed endogene, come mucose e cellule epiteliali desquamate.
La maggior parte dei microrganismi preferisce fermentare i carboidrati rispetto alle proteine e quindi la fermentazione batterica saccarolitica avviene prevalentemente nel colon prossimale, mentre la fermentazione proteolitica avviene principalmente nel colon distale, dove i carboidrati fermentabili sono esauriti. Quest’ultimo è considerato meno favorevole per l’ospite perché si formano metaboliti potenzialmente tossici come ammoniaca, composti contenenti zolfo, indoli e fenoli. Poiché questa parte distale del colon è la sede predominante di numerosi disturbi gastrointestinali, come la colite ulcerosa (UC) e il cancro del colon, si potrebbe ipotizzare che la produzione di questi metaboliti tossici e una minore disponibilità di SCFA siano coinvolti nelle patogenesi di queste malattie.
La produzione di SCFA consente il recupero di energia principalmente da fonti di carbonio come fibra alimentare che non viene digerita nell’intestino tenue. È stato stimato che gli SCFA possono contribuire a circa il 5-15% del fabbisogno calorico totale degli esseri umani. Un importante SCFA prodotto è il butirrato che oltre ad essere una fonte di energia per le cellule epiteliali, influenza anche un’ampia gamma di funzioni cellulari che influenzano la salute del colon. Il butirrato può avere un potenziale anticancerogeno e antinfiammatorio, influenzare la barriera intestinale e svolgere un ruolo nella sazietà e nello stress ossidativo.
A causa di questo ruolo importante del butirrato e del consumo piuttosto basso di fibre alimentari fermentabili nella dieta occidentale odierna, i produttori di alimenti sono interessati ad aggiungere fonti di fibre agli alimenti e alle bevande che si basano su una fermentazione batterica lenta per aumentare le concentrazioni di butirrato del colon distale. Nell’applicazione medica, il butirrato è stato anche proposto come potenziale agente terapeutico per l’infiammazione del colon. In un libro di Cummings et al. pubblicato nel 1995, gli effetti del butirrato sono stati ben rivisti, ma gli effetti riportati sono stati spesso basati su dati in vitro dagli animali. Durante l’ultimo decennio, sono stati pubblicati ulteriori studi sull’uomo (di intervento) e la conoscenza sui possibili meccanismi di azione del butirrato sta migliorando. Questa recensione riassume le attuali conoscenze sulla bioattività del butirrato, sottolineando gli effetti e i possibili meccanismi di azione in relazione alla funzione del colon umano.
Vedi anche: Cosa c’è nel colon che sembra attrarre il cancro?
Produzione e assorbimento di SCFA
Le concentrazioni molari totali e relative dei principali SCFA, acetato, propionato e butirrato prodotti nell’intestino umano, dipendono dal sito di fermentazione, dalla dieta e dalla composizione del microbiota intestinale. Tuttavia, la produzione in situ degli SCFA totali del colon è difficile da determinare perché più del 95% degli SCFA vengono rapidamente assorbiti e metabolizzati dall’ospite. Successivamente, le concentrazioni fecali di SCFA non sono necessariamente rappresentative di quelle nel colon più prossimale e possono anche essere influenzate dal tempo di transito intestinale. Probabilmente per questi motivi, vari studi non sono stati in grado di mostrare gli effetti di diversi substrati sulle concentrazioni fecali di SCFA.
A causa della difficile accessibilità del colon umano, le stime delle concentrazioni di SCFA luminale si basano sull’analisi del contenuto intestinale umano di vittime di morte improvvisa.
La maggior parte del butirrato assorbito viene metabolizzato dall’epitelio del colon, determinando basse concentrazioni di butirrato nel sangue portale.
Consegna di butirrato
Un’importante fonte di butirrato è la fermentazione del colon della fibra alimentare. La velocità e la quantità di butirrato prodotta lungo il lume del colon durante l’integrazione di fibre alimentari dipende dalla sua struttura chimica, come la solubilità e il grado di polimerizzazione. Le fibre insolubili (es. Cellulosa e lignina) hanno una fermentabilità piuttosto bassa, ma sono associate ad un aumento della massa fecale e ad una diminuzione del tempo di transito del colon. Le fibre solubili sono altamente fermentabili e quindi generano maggiori quantità di SCFA nel colon. Le fibre con un grado di polimerizzazione più elevato sono più resistenti alla fermentazione saccarolitica con conseguente fermentazione prolungata, espandendosi verso il colon distale. Esempi di fibre alimentari fermentabili e chimicamente modificate che sono associate a una maggiore produzione di SCFA sia in vitro che in vivo sono oligofruttosio, inulina, psillio, prodotti alimentari di orzo germinato, gomma di guar idrolizzata, crusca d’avena, amido di mais, isomalto, acido gluconico e amido butirilato. Sebbene gli effetti benefici di queste fibre siano spesso attribuiti all’aumentata produzione di butirrato, queste fibre solubili possono anche influenzare altre caratteristiche intestinali che influenzano la salute intestinale, come l’aumento della massa fecale, il tempo di transito del colon ridotto, i cambiamenti nella composizione del microbiota intestinale, la riduzione pH intraluminale e profili degli acidi biliari modificati.
Oltre alle fibre alimentari, anche altri substrati ingeriti possono contribuire all’aumento delle concentrazioni di butirrato nel colon con diversi meccanismi. Un esempio è l’oligosaccaride acarbosio che aumenta la quantità di amido che entra nel colon agendo come un inibitore dell’α ‐ glucosidasi. Inoltre, la tributirina, un trigliceride contenente tre molecole di butirrato esterificate a glicerolo, aumenta le concentrazioni di butirrato dopo l’idrolizzazione da parte delle lipasi pancreatiche e gastriche. E’ possibile utilizzare compresse di butirrato rivestite con un rivestimento a rilascio lento dipendente dal pH che rilascia butirrato nell’ileo distale e nel colon prossimale. Tuttavia, queste compresse potrebbero non sempre disintegrarsi e rilasciare il loro contenuto nella posizione prevista a causa delle differenze interindividuali nel pH intracolonico e nel tempo di transito. Infine, il consumo di diversi tipi di ceppi batterici probiotici produttori di butirrato, come Butyrivibrio fibrisolvens e Clostridium butyricum , è stato studiato su modelli animali.
Oltre a utilizzare substrati orali per aumentare le concentrazioni di butirrato nel colon, numerosi studi di intervento clinico in pazienti con infiammazione del colon distale hanno applicato clisteri rettali per rilasciare butirrato nel colon distale. Tuttavia, l’uso di clisteri è spesso ostacolato da un basso tasso di compliance e da un’esposizione breve e discontinua della mucosa del colon al butirrato. Questi studi saranno discussi in una sezione successiva.
Butirrato e carcinogenesi del colon
Uno degli effetti benefici proposti del butirrato sulla salute intestinale umana è la prevenzione e l’inibizione della carcinogenesi del colon. Sebbene gli studi epidemiologici siano ancora inconcludenti, la maggior parte di questi studi ha mostrato una relazione inversa tra l’assunzione di fibre alimentari e l’incidenza del cancro del colon-retto. Diversi studi hanno ipotizzato che l’aumento delle concentrazioni di butirrato nel colon sia un mediatore importante nell’effetto protettivo osservato della fibra alimentare fermentabile. In molti di questi studi, tuttavia, le proprietà fisiologiche delle fibre alimentari ingerite non sono state considerate. Un ruolo del butirrato nello sviluppo del cancro del colon è stato recentemente supportato dalla sottoregolazione dei trasportatori del butirrato (MCT1 e SMCT1) nel tessuto tumorale del colon umano che si traduce in un ridotto assorbimento e metabolismo del butirrato nei colonociti. Inoltre, l’attività SMTC1 era positivamente correlata con la sopravvivenza libera da malattia e un rapporto butirrato / acetato inferiore è stato trovato in campioni luminali di pazienti con polipi adenomatosi o cancro del colon rispetto ai controlli sani. Sebbene diversi modelli animali ben progettati hanno dimostrato un effetto protettivo del butirrato sulla carcinogenesi colorettale, mancano ancor prove dirette di un effetto protettivo del butirrato sulla cancerogenesi nell’uomo.
