Butyrat (maślan sodu) - krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy, jelita

Czym jest butyrat

Butyrat (kwas masłowy, maślan) - krótkołańcuchowy kwas tłuszczowy (SCFA - short-chain fatty acid) o 4 atomach węgla. Produkowany w jelicie grubym przez bakterie z rodzajów: Faecalibacterium prausnitzii, Roseburia, Eubacterium rectale, Anaerostipes, jako produkt fermentacji błonnika rozpuszczalnego i opornej skrobi.

Razem z octanem (C2) i propionianem (C3) tworzą trio SCFA - kluczowe metabolity mikrobiomu. Butyrat jest jednym z najczęściej badanych SCFA.

Choć w skali całego organizmu butyrat występuje w niewielkich ilościach, jego znaczenie biologiczne jest nieproporcjonalnie duże. Powstaje niemal wyłącznie lokalnie - w świetle jelita grubego - i tam też jest w większości zużywany, zanim trafi do krążenia. Z tego powodu o jego poziomie decyduje przede wszystkim to, co jemy oraz kondycja naszej flory bakteryjnej, a nie zawartość butyratu w samych produktach spożywczych.

Jak powstaje butyrat w jelicie

Butyrat jest produktem końcowym fermentacji bakteryjnej niestrawionych przez człowieka węglowodanów - głównie błonnika rozpuszczalnego i skrobi opornej. Enzymy trawienne w jelicie cienkim nie rozkładają tych składników, więc docierają one w niemal nienaruszonej formie do jelita grubego, gdzie stają się pożywką (substratem) dla bakterii.

Bakterie butyratoproducujące

Za syntezę butyratu odpowiadają wyspecjalizowane gatunki beztlenowe. Najważniejsze z nich to:

• Faecalibacterium prausnitzii - jeden z najliczniejszych i najważniejszych producentów butyratu u zdrowego człowieka; jego mniejszą liczebność obserwuje się m.in. w chorobie Leśniowskiego-Crohna (to korelacja, nie dowód przyczyny; Sokol 2008)
• Roseburia (np. Roseburia intestinalis) - silnie zależna od dostępności błonnika w diecie
• Eubacterium rectale oraz Anaerostipes - uzupełniają pulę produkowanego maślanu; Anaerostipes i Eubacterium hallii wykorzystują mleczan (Duncan 2004)

Cross-feeding - współpraca bakterii

Produkcja butyratu rzadko jest dziełem jednego gatunku. Często działa tu mechanizm tzw. cross-feedingu (krzyżowego odżywiania): w hodowlach mieszanych bakterie takie jak Bifidobacterium wytwarzają octan oraz mleczan, które dopiero gatunki butyratoproducujące przekształcają w butyrat. Dlatego zdrowy, różnorodny mikrobiom - a nie pojedynczy „dobry” szczep - sprzyja optymalnej produkcji tego kwasu. Zaburzenie tej równowagi opisuje pojęcie dysbiozy jelitowej.

Funkcje butyratu

1. Główne źródło energii dla kolonocytów - w badaniu na izolowanych komórkach ludzkiego jelita grubego odpowiadał za ok. 59–75% zużycia tlenu (zależnie od odcinka i obecności glukozy; Roediger 1980); w modelach zwierzęcych jego brak oznacza niedobór energii nabłonka (Donohoe 2011)
2. Wzmocnienie bariery jelitowej - w badaniach na komórkach i zwierzętach zwiększał ekspresję mucyny i wzmacniał połączenia ścisłe (claudin, occludin); dowodów u ludzi brak
3. Przeciwzapalne - u myszy sprzyja różnicowaniu limfocytów T regulatorowych (Treg; Furusawa 2013, Smith 2013); w małym badaniu bez grupy kontrolnej w chorobie Leśniowskiego-Crohna doustny maślan wiązał się ze spadkiem NF-κB w błonie śluzowej (Di Sabatino 2005)
4. Modulacja mikrobiomu - w badaniach laboratoryjnych i u zwierząt wpływa na skład mikrobioty i hamuje niektóre patogeny (np. Salmonella); potwierdzenia u ludzi brak
5. Inhibitor deacetylazy histonowej (HDAC) - hamuje deacetylazy histonowe, głównie w komórkach nowotworowych w hodowli; w zdrowych kolonocytach jest przede wszystkim paliwem
6. Oś jelitowo-mózgowa - jest badany jako cząsteczka sygnałowa; dowody pochodzą głównie z badań na zwierzętach, a u ludzi opisano jedynie powiązania mikrobioty (np. Faecalibacterium, Coprococcus) z jakością życia i depresją (Valles-Colomer 2019). Patrz oś jelitowo-mózgowa
7. Metabolizm - w pilotażowym badaniu 4 g maślanu sodu dziennie poprawiło wrażliwość na insulinę tylko u szczupłych mężczyzn, nie u osób z zespołem metabolicznym (Bouter 2018); nie zmieniło stężenia butyratu we krwi ani w kale
8. Rak jelita grubego - w badaniach na liniach komórkowych wywoływał apoptozę komórek nowotworowych; badań na ludziach pokazujących, że butyrat zmniejsza ryzyko raka jelita grubego, brak. Badania obserwacyjne dotyczą błonnika, nie butyratu: w kohorcie NIH-AARP związku nie wykazał błonnik ogółem, a produkty pełnoziarniste wiązały się z niższą zapadalnością (HR 0,84; Hullings 2020)

Paliwo dla kolonocytów

Z perspektywy fizjologii najistotniejsza jest pierwsza z wymienionych funkcji. Komórki nabłonka jelita grubego (kolonocyty) to jedna z nielicznych grup komórek w organizmie, która jako podstawowe źródło energii wykorzystuje nie glukozę, lecz właśnie butyrat. W modelach zwierzęcych brak butyratu prowadził do niedoboru energii w nabłonku jelita grubego (Donohoe 2011); u ludzi dane pochodzą z badań na wyizolowanych komórkach, nie z pomiarów in vivo.

Integralność bariery i działanie przeciwzapalne

Sprawna bariera jelitowa to ciasno połączone komórki nabłonka oraz pokrywająca je warstwa śluzu. W badaniach na komórkach i zwierzętach butyrat zwiększał ekspresję mucyny i wzmacniał połączenia ścisłe; u myszy sprzyjał też powstawaniu limfocytów T regulatorowych (Treg; Furusawa 2013, Smith 2013). Czy przekłada się to na mniejszy stan zapalny u ludzi, nie wykazano.

Oś jelitowo-mózgowa i metabolizm

Część efektów butyratu wykracza poza jelito. Jest badany jako cząsteczka sygnałowa wpływająca na oś jelitowo-mózgową, a w badaniach na zwierzętach łączony jest z modulacją neurozapalenia i nastroju. W obszarze metabolizmu opisano poprawę wrażliwości na insulinę u szczupłych mężczyzn w jednym badaniu pilotażowym - temat ten szerzej omawiamy w kontekście insulinooporności. Coraz częściej zwraca się też uwagę na związek między kondycją mikrobiomu a stłuszczeniem wątroby (NASH/MASH), opisywanym w przewodniku o NAFLD/MASLD. Należy jednak podkreślić, że większość tych obserwacji pochodzi z badań przedklinicznych i wczesnych badań klinicznych - nie są to potwierdzone metody leczenia.

Źródła naturalne

Produkcja endogenna z błonnika

• Oporna skrobia - często zwiększa produkcję butyratu, ale odpowiedź jest bardzo różna u różnych osób (Baxter 2019: największy efekt dała skrobia oporna z ziemniaka). Zielone banany, schłodzone ziemniaki i ryż
• Inulina i FOS - cykoria, czosnek, cebula, por, karczochy (w badaniu Baxter 2019 inulina nie zwiększyła istotnie butyratu w kale)
• Beta-glukany - owies, jęczmień (płatki owsiane to raczej źródło beta-glukanów niż skrobi opornej)
• Pektyny - jabłka, cytrusy (jabłka zawierają też fruktozę i sorbitol, więc nie każdy je dobrze toleruje)

Warto zwrócić uwagę na zjawisko retrogradacji skrobi: ugotowane, a następnie schłodzone produkty skrobiowe (ziemniaki, ryż, makaron) zawierają więcej skrobi opornej niż spożywane na ciepło. To prosty sposób, by zwiększyć ilość substratu dla bakterii butyratoproducujących bez zmiany jadłospisu. U osób z nietolerancjami warto jednak wprowadzać błonnik stopniowo - gwałtowne zwiększenie podaży fermentujących węglowodanów może nasilać wzdęcia, co bywa problemem m.in. przy IBS, wrażliwości na FODMAP i nietolerancji fruktozy.

Bezpośrednio z diety (niewielkie)

• Masło zawiera kwas masłowy (ok. 3–4% kwasów tłuszczowych tłuszczu mlecznego), ale jest on związany w trójglicerydach i wchłania się głównie w jelicie cienkim, więc nie jest istotnym źródłem butyratu dla okrężnicy
• Ghee

Choć nazwa „kwas masłowy” sugeruje masło jako główne źródło, w praktyce ilości butyratu dostarczane z produktami mlecznymi (masło, sery, ghee) są śladowe w porównaniu z produkcją endogenną. Dla zaopatrzenia jelita w butyrat dużo ważniejsza jest podaż prebiotyków - błonnika i skrobi opornej - niż spożycie tłuszczu mlecznego.

Suplementacja maślanem sodu

Suplementy zawierają maślan sodu w postaci zabezpieczonej przed wchłonięciem w górnym odcinku przewodu pokarmowego (mikrokapsułki, matryca triglicerydowa lub otoczka dojelitowa). Stosuje się je pomocniczo; skuteczność opiera się na niewielkich badaniach, a w głównych wytycznych leczenia IBS i IBD nie znaleziono zalecenia maślanu sodu:

• IBS - w jednym małym badaniu z placebo (66 osób, 12 tygodni) mikrokapsułkowany maślan sodu jako dodatek do leczenia zmniejszał częstość bólu przy wypróżnianiu i poprawiał parcia i rytm wypróżnień; redukcja bólu brzucha i wzdęć nie była istotna statystycznie (Banasiewicz 2013)
• IBD (CU, ChL) - w jednym małym badaniu z placebo we wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego (30 osób, 6 tygodni) maślan sodu dodany do mesalazyny nie dał istotnej różnicy między grupami (Vernia 2000); w badaniu bez grupy kontrolnej w chorobie Leśniowskiego-Crohna (13 osób, 8 tygodni) część chorych miała remisję (Di Sabatino 2005); wymaga potwierdzenia w większych badaniach z grupą kontrolną
• Po antybiotyku - czy maślan sodu przyspiesza odbudowę mikrobiomu, nie wiadomo; podstawą pozostaje dieta bogata w błonnik

Dawkowanie: w badaniach nad IBS stosowano 300 mg dziennie (2 x 150 mg; Lewandowski 2022), a w badaniach nad IBD tabletki dojelitowe w dawce 4 g dziennie. Dawkę ustala się według ulotki produktu i z lekarzem.

Działania niepożądane: w małych badaniach trwających 6–8 tygodni nie zgłaszano poważnych działań niepożądanych, ale dane o bezpieczeństwie są ograniczone (Vernia 2000, Di Sabatino 2005).

Zabezpieczenie preparatu ma kluczowe znaczenie: butyrat w formie niezabezpieczonej wchłaniałby się już w górnym odcinku przewodu pokarmowego i nie dotarłby do jelita grubego, gdzie jest najbardziej potrzebny. Suplementacja maślanem sodu jest stosowana pomocniczo (adjuwantowo) i nie zastępuje leczenia zaleconego przez lekarza w chorobach takich jak nieswoiste zapalenia jelit. Przed jej rozpoczęciem, zwłaszcza w przypadku objawów przewlekłych, warto skonsultować się ze specjalistą - celem suplementacji jest wsparcie kondycji jelita, a nie samodzielne leczenie schorzeń.

Co warto wiedzieć

• Optymalna produkcja butyratu wymaga różnorodnej diety bogatej w błonnik (różne źródła > jeden suplement)
• Dieta uboga w błonnik wiąże się z mniejszą produkcją SCFA; związek przyczynowy z dysbiozą wymaga potwierdzenia
• W badaniu na 12 zdrowych mężczyznach po 4 dniach silnej kombinacji trzech antybiotyków skład mikrobioty wrócił do zbliżonego do wyjściowego w ciągu ok. 1,5 miesiąca, ale 9 gatunków pozostawało niewykrywalnych po 180 dniach (Palleja 2018)
• Probiotyki bezpośrednio butyratoprodukujące są trudne do wytworzenia, bo wiele z tych bakterii to ścisłe beztlenowce
• Pośrednio (w badaniach in vitro): bifidobakterie wytwarzają octan i mleczan, które inne bakterie jelitowe przekształcają w butyrat (Duncan 2002, 2004)

Najczęściej zadawane pytania

Czy lepiej suplementować maślan, czy jeść więcej błonnika?

Dla większości osób podstawą powinna być różnorodna dieta bogata w błonnik i skrobię oporną - to ona zapewnia stałe, naturalne zaopatrzenie jelita w butyrat oraz odżywia całą florę bakteryjną. Suplement maślanu sodu bywa rozważany jako uzupełnienie w określonych sytuacjach (np. przy objawach jelitowych, choć dowody są ograniczone), ale nie zastępuje dobrze zbilansowanego jadłospisu.

Po jakim czasie odbudowuje się produkcja butyratu po antybiotyku?

Antybiotyki redukują liczebność bakterii butyratoproducujących, a w badaniu na 12 zdrowych mężczyznach po 4 dniach silnej kombinacji trzech antybiotyków skład mikrobioty wrócił do zbliżonego do wyjściowego w ciągu ok. 1,5 miesiąca, choć 9 gatunków pozostawało niewykrywalnych po 180 dniach (Palleja 2018). Proces ten wspiera dieta bogata w błonnik i prebiotyki (skrobia oporna, inulina, pektyny), które dostarczają substratu do odbudowy populacji tych bakterii.

Czy butyrat z masła wystarczy, żeby zadbać o jelita?

Nie. Masło i inne produkty mleczne zawierają jedynie śladowe ilości butyratu. Zdecydowanie większy wpływ na jego poziom w jelicie ma podaż błonnika i skrobi opornej, które bakterie fermentują na miejscu, w jelicie grubym.

Czy maślan sodu jest bezpieczny?

W małych badaniach trwających 6–8 tygodni nie zgłaszano poważnych działań niepożądanych, ale dane o bezpieczeństwie są ograniczone. Mimo to przy chorobach przewlekłych przewodu pokarmowego decyzję o suplementacji najlepiej skonsultować z lekarzem lub dietetykiem.

Patrz też: Błonnik, Dysbioza, Probiotyki vs prebiotyki, SIBO, Oś jelitowo-mózgowa.

Literatura

1. Roediger WE. Role of anaerobic bacteria in the metabolic welfare of the colonic mucosa in man. Gut. 1980;21(9):793-798 (PMID 7429343).
2. Donohoe DR i wsp. The microbiome and butyrate regulate energy metabolism and autophagy in the mammalian colon. Cell Metab. 2011;13(5):517-526 (PMID 21531334).
3. Duncan SH i wsp. Lactate-utilizing bacteria, isolated from human feces, that produce butyrate as a major fermentation product. Appl Environ Microbiol. 2004;70(10):5810-5817 (PMID 15466518).
4. Duncan SH i wsp. Acetate utilization and butyryl coenzyme A (CoA):acetate-CoA transferase in butyrate-producing bacteria from the human large intestine. Appl Environ Microbiol. 2002;68(10):5186-5190 (PMID 12324374).
5. Sokol H i wsp. Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105(43):16731-16736 (PMID 18936492).
6. Furusawa Y i wsp. Commensal microbe-derived butyrate induces the differentiation of colonic regulatory T cells. Nature. 2013;504(7480):446-450 (PMID 24226770).
7. Smith PM i wsp. The microbial metabolites, short-chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis. Science. 2013;341(6145):569-573 (PMID 23828891).
8. Valles-Colomer M i wsp. The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression. Nat Microbiol. 2019;4(4):623-632 (PMID 30718848).
9. Bouter K i wsp. Differential metabolic effects of oral butyrate treatment in lean versus metabolic syndrome subjects. Clin Transl Gastroenterol. 2018;9(5):155 (PMID 29799027).
10. Hullings AG i wsp. Whole grain and dietary fiber intake and risk of colorectal cancer in the NIH-AARP Diet and Health Study cohort. Am J Clin Nutr. 2020;112(3):603-612 (PMID 32619213).
11. Baxter NT i wsp. Dynamics of human gut microbiota and short-chain fatty acids in response to dietary interventions with three fermentable fibers. mBio. 2019;10(1):e02566-18 (PMID 30696735).
12. Banasiewicz T i wsp. Microencapsulated sodium butyrate reduces the frequency of abdominal pain in patients with irritable bowel syndrome. Colorectal Dis. 2013;15(2):204-209 (PMID 22738315).
13. Lewandowski K i wsp. The effectiveness of microencapsulated sodium butyrate at reducing symptoms in patients with irritable bowel syndrome. Prz Gastroenterol. 2022;17(1):28-34 (PMID 35371361).
14. Vernia P i wsp. Combined oral sodium butyrate and mesalazine treatment compared to oral mesalazine alone in ulcerative colitis: randomized, double-blind, placebo-controlled pilot study. Dig Dis Sci. 2000;45(5):976-981 (PMID 10795763).
15. Di Sabatino A i wsp. Oral butyrate for mildly to moderately active Crohn’s disease. Aliment Pharmacol Ther. 2005;22(9):789-794 (PMID 16225487).
16. Palleja A i wsp. Recovery of gut microbiota of healthy adults following antibiotic exposure. Nat Microbiol. 2018;3(11):1255-1265 (PMID 30349083).