Ruole delle fibre alimentari nelle malattie gastrointestinali - Edith Lahner Seminario 7 marzo 2017 Scuola di Specializzazione Malattie Apparato ...
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Ruole delle fibre alimentari
nelle malattie gastrointestinali
Edith Lahner
Seminario 7 marzo 2017
Scuola di Specializzazione Malattie Apparato Digerente
Università Sapienza
Fibre alimentari: Perché parlarne? L’abbondante o la scarsa assunzione di fibre alimentari viene messa in relazione rispettivamente con benefici o svantaggi per la salute dell’individuo. Il consumo di fibre, sia aggiunte alla dieta sotto forma di integratori oppure come parte integrale della struttura degli alimenti vegetali, sembra possedere la capacità di influenzare positivamente la salute dell’individuo. Le fibre alimentari sembrano ridurre il rischio di malattie cardiovascolari, obesità e diabete oltre ad avere un ruolo in diverse condizioni gastrointestinali. Hamaker BR, Tuncil YE. J Mol Biol 2014
Consumo di fibre alimentari Secondo l’US Academy of Nutrition and Dietetics, il consumo giornaliero adeguato di fibre alimentari è di 14 g/ 1000 kcal, equivalente a 28 g per le donne 36 g per i maschi in età adulta Secondo le linee guida per una sana alimentazione italiana: 30 g/die Nei paesi industrializzati, il consumo giornaliero di fibre alimentari varia da regione a regione ed è incostante nel tempo. Il consumo medio giornaliero di fibre alimentari negli USA è 17 g e
Consumo di fibre alimentari a confronto Uno studio spagnolo (2016) ha osservato un incremento significato del consumo di fibre alimentari (da frutta e ortaggi) durante un follow-up di 10 anni da 24.3±9 g/ die a 26±11 g/die. Perrot-Adam A. Resistant Starch and Starch-Derived Oligosaccharides as Prebiotics. Prebiotics and Probiotics Science and Technology, Volume 1, Chapter 9, Ed. Springer, 2009 De la Fuente-Arrillaga C. BMC Public Health 2016.
Fibre alimentari:
«Nutrient of Public Health Concern»
Per il consumo effettivo molto inferiore rispetto a
quello raccomandato, negli USA le fibre alimentari
vengono considerate un
«Nutrient of Public Health Concern»
perché il basso consumo è associato
a potenziali rischi di salute.
Food and Drug Association: http://www.fda.gov/nutritioneducation
Niente di nuovo …
Il medico greco Galeno di Pergamo (129–201 a.C.
circa) scrisse nel documento «De alimentorum
facultatibus» di «cibi in grado di stimolare
l’intestino ad evacuare ed altri a prevenire
l’evacuazione».
Osservò che «il pane bianco era più appiccicoso e
lento a passare e il pane scuro faceva bene
all’intestino».
Il termine «Fibra alimentare» viene
usato per la prima volta nel 1941.
Sacchetti G. Galeno: Della natura et vertu di cibi. Editore In Venetia, 1562.
Duckworth J, Godden WJ. Biochem J 1941.
Definizione di fibre alimentari Il termine “”Fibra alimentare” raggruppa uno spettro molto ampio di composti differenti con strutture molecolari e proprietà fisicochimiche molto differenti tra di loro. Rappresenta uno dei gruppi più eterogenei di molecole associate che si trovano in natura. Le definizioni più accreditate sono quelle di: Associazione Americana dei Chimici dei Cereali (AACC) del 2001 Codex Alimentarius Commission del 2009 Hamaker BR, Tuncil YE. J Mol Biol 2014 AACC. Ceral Foods World 2001 CODEX Alimentarius Commission. FAO; 2010.
Definizione di fibre alimentari
dell’American Association of Cereal Chemists
Le parti commestibili di piante o carboidrati analoghi resistenti
alla digestione e al assorbimento nell’intestino tenue che
vengono completamente o parzialmente fermentati del colon.
Pertanto sono inclusi:
• Polisaccaridi non amidacei: cellulosa, pectine, gomme
• Amido resistente e destrine
• Oligosaccaridi resistenti: frutto-oligosaccaridi, galatto-oligosaccharidi
Rientrano anche:
• la lignina, un polimero non carboidrato legato principalmente alla
cellulosa nella parete cellulare delle piante
• la chitina, l’ialuronano e il condroitin-solfato, carboidrati di origine animale
AACC (American Association of Cereal Chemists). The definition of dietary fiber. Ceral Foods
World 2001; 45: 112.
Definizione di fibre alimentari
della CODEX Alimentarius Commission 2009
Polimeri di carboidrati composta da 10 o più unità monomeriche 1) che non
vengono idrolizzati da enzimi endogeni dell’intestino tenue umano e
appartengono ad una delle seguenti categorie:
1. Polimeri di carboidrati commestibili naturalmente presenti negli
alimenti nella forma nella quale vengono consumati
2. Polimeri di carboidrati commestibili ottenuti da materie prime
alimentari mediante procedimenti fisici, enzimatici o chimici2)
3. Polimeri di carboidrati sintetici2)
1) Le autorità nazionali possono decidere se includere o meno polimeri di carboidrati con unità
monomeriche da 3 a 9 (direttiva UE 2008/100)
2) Le fibre isolate o sintetiche della categoria 2 e 3 devono possedere un effetto fisiologico
benefico dimostrato da dati scientifici generalmente accettati.
Includendo la nota 2, rientrano:
gli oligosaccaridi resistenti, l’amido resistente e le maltodestrine resistenti
Joint FAO/WHO Food Standards Prorammae. Secretariat of the CODEX Alimentarius Commission. FAO; 2010.
Etichettatura di alimenti con fibre alimentari Unione Europea (regolamento 1924/2006) • > 3 g di fibra per 100 g di prodotto = fonte di fibre • > 6 g di fibra per 100 g di prodotto = ricco in fibre USA • > 2.5 g di fibre per porzione = buona fonte di fibre • > 5 g di fibre per porzione = fonte eccellente di fibre
Tipi di fibre alimentari
Amido Polisaccaridi Oligosaccaridi
resistente non amidacei resistenti
Hamaker BR, Mol Biol 2014; Ötles S, Acta Sci Pol Technol Aliment 2014Polisaccaridi non amidacei
Non-starch polysaccharides (NSP)
Tutti i polisaccaridi vegetali diversi dall’amido.
Sono polisaccaridi complessi contenenti >100.000 unità di
monosaccaridi uniti tramite legami beta-glicosidici.
Non possono essere idrolizzati dagli enzimi endogeni
dell’uomo.
Non forniscono energia.
Sono componenti chiave della parete cellulare di diversi
cereali e coprono una grande varietà di funzioni biologiche e
strutture chimiche.
Kumas V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012.Polisaccaridi non amidacei
Non-starch polysaccharides (NSP)
Funzione strutturale Riserva di polisaccharidi Altre funzioni
Cellulosa Fruttani Mucillagini
Emicellulosa (mannani) Glucomannani Alginati
Pectine Galattomannani Gomme
Beta-glucani Xiloglucani
Kumas V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012.Polisaccaridi non amidacei: reazione con acqua
Fibre solubili Fibre insolubili
solubili in acqua insolubili in acqua
formano gel viscosi non formano gel (per l’insolubilità)
fermentate dalla microflora del colon poco fermentate nel colon
Beta-glucani Cellulosa
Arabinoxilani (plantago, psyllium), Lignine
Glucurono-arabinoxilani Alcune emicellulose (mannani lineari)
Xiloglucani
Galattomannani, glucomannani
Pectine
Gomme
Nelle piante è generalmente contenuta una miscela di ambedue i tipi.
Kumas V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012. Hamaker BR, Yunus ET. J Mol Biol 2014.Polisaccaridi non amidacei: dove li troviamo?
Fonte
Beta-glucani Orzo, avena, segale (grano, riso, mais)
Arabinoxilani Plantago, psyllium
Glucoronoarabinoxilani Crusca di grano, orzo e riso
Xiloglucani Legumi
Galattomannani Legumi, molti alberi, gomma di guar
Glucomannani tubero di Amorphophallus konjac
Pectine Mele, prugne, agrumi (albedo), mele cotogne, uva spina,
carote
Mannani lineari Aloe vera
Cellulosa Crusca , cereali, radicchio, lattuga, carote, finocchioFabbisogno di polisaccaridi non amidacei Kumas V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012.
Polisaccaridi non amidacei in cereali e ortaggi Kumas V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012.
Polisaccaridi non amidacei nella frutta Kumas V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012.
Tipi di fibre alimentari
Amido Polisaccaridi Oligosaccaridi
resistente non amidacei resistenti
Hamaker BR, Mol Biol 2014; Ötles S, Acta Sci Pol Technol Aliment 2014Amido digeribile: importante fonte di energia L’amido rappresenta uno delle fonti di carboidrati più importanti dell’alimentazione (l’altra sono gli zuccheri semplici). Alimenti ricchi in amido sono patate e derivati dai cereali (pane). L’amido è un polisaccaride composto da molecole di glucosio unite con legami alfa- glicosidici 1-4 o 1-6. Le due principali strutture di amido sono: Amilosio: una moleca lineare con legami 1-4 ( 15-20% dell’amido) Amilopectina: una molecola ramificata con legami 1-4 e 1-6 (80-85% dell’amido) L’amido digeribile viene idrolizzato mediante le amilasi nell’intestino tenue e il glucosio libero viene assorbito. Nugent AP. Br Nutr Bull 2005.
Amido resistente – Resistant starch (RS)
Definizione EURESTA (Gruppo di studio EU)
L’amido resistente è la quantità totale di amido e i prodotti
della degradazione dell’amido che resistono alla digestione
nell’intestino tenue di soggetti sani
Goldring JM. Resistant starch: safe intakes and legal status. Journal of the Association of Official Analytical
Chemists International 2004.Amido resistente – Resistant starch (RS) Nugent AP. Br Nutr Bull 2005. Asp NG. Eur J Clin Nutri 1992.
Amido resistente in alimenti e prodotti industriali Nugent AP. Br Nutr Bull 2005.
Tipi di fibre alimentari
Amido Polisaccaridi Oligosaccaridi
resistente non amidacei resistenti
Hamaker BR, Mol Biol 2014; Ötles S, Acta Sci Pol Technol Aliment 2014Oligosaccaridi resistenti
Oligosaccaridi sono carboidrati a catena corta (3-9 unità di monomeri)
Oligosaccaridi resistenti sono gli oligosaccaridi che non vengono idrolizzati
da enzimi endogeni dell’intestino tenue umano
Sono solubili in acqua
Frutto-oligosaccaridi: inulina, oligofruttosio, sc-FOS
Galatto-oligosaccaridi: latte materno, prodotto da lattosio con trattamento
enzimatico
Xilo-oligosaccaridi
Radici di cicoria e topinambur:
ricchi di inulina
Joint FAO/WHO Food Standards Prorammae. Secretariat of the CODEX Alimentarius Commission. FAO; 2010.
Belorkar SA, Gupta AK. AMP Expr 2016Oligosaccaridi resistenti negli alimenti
Orzo
Miele
Banana
Aglio
Segale
Belorkar SA, Gupta AK. AMP Expr 2016 Inulina = radici di cicoriaFibre alimentari
Amido Polisaccaridi Oligosaccaridi
resistente non amidacei resistenti
AR1: amido inaccessibile Frutto-oligosaccharidi (inulina)
AR2: amido granulare Galatto-oligosaccharidi
AR3: amido retrogradato Xilo-oligosaccharidi
AR4: amido modificato Beta-glucani
Arabinoxilani
Cellulosa
Xiloglucani
Lignine
Galattomannani
Mannani lineari
Glucomannani
Pectine,Gomme
Fibre solubili Fibre insolubiliProprietà delle fibre alimentari
Viscosità
Capacità di
Ritarda svuotamento gastrico trattenere acqua
Riduce tempo transito intestinale
Riduce assorbimenti nutrienti Fermentabilità
(colesterolo, glucosio) La capacità di trattenere l’acqua
Aumenta assorbimento acqua è indirettamente proporzionale
Il microbiota del colon fermenta
Stimolazione crescita microbica alla fermentabilità
le fibre alimentari con
nel colon Diminuisce lungo il transito
formazione di:
Aumento il tempo di contatto per quando le fibre vengono
SFCA (ac. acetico, butirrico e
la degradazione batterica dei fermentate
propionico)
carboidrati complessi Fibre insolubili per la scarsa
Gas (metano, idrogeno, CO2)
(produzione di acidi grassi a fermentabilità aumentano la
Aumento della massa batterica
catena corta, SCFA) massa fecale e accelerano il
transito intestinale
La fermentazione è completa
nelle fibre solubili
La fermentazione è incompleta
nelle fibre insolubili
Ötles S. Acta Sci Pl Technol Aliment 2014; Kumar V. Crit Rev Food Sci Nutr 2012;
Scott KP. Pharmacological Research 2013.Destino della fibra alimentare non digerita ….
CHO carboidrati
RS amido resistente
NSP polisaccaridi non amidacei
OS oligosaccaridi
SCFA acidi grassi a catena corta
BCFA acidi grassi ramificati
Scott KP. Pharmacological Research 2013.Effetti prebiotici delle fibre alimentari Binns N, ILSI Europe, 2015.
Relazione tra fibre alimentari e prebiotici
Criteri per la classificazione di una sostanza quale prebiotico:
1. deve resistere all’acidità gastrica, all’idrolisi da parte degli enzimi umani e
all’assorbimento gastrointestinale;
2. deve essere prontamente fermentata dal microbiota intestinale;
3. deve selettivamente stimolare la crescita e l’attività di batteri intestinali
associati ad effetti salutari.
• Qualsiasi componente
dell’alimentazione che raggiunga
in modo intatto il colon è un
potenziale prebiotico.
• Il terzo criterio quello più critico
da adempiere.
• I prebiotici che possiedono
questi criteri comprendono in
larga parte le fibre alimentari
solubili: FOS, GOS, inulina,
Solubile amido resistente, pectine e
Insolubile
gomme.
Gibson GR. Dietary prebiotics: Current status and new classification. IFIS Funct Foods Bull 2011
Holmes E. Therapeutic modulation of microbiota-host metabolic interactions. Sci Trans Med 2012.Dieta e microbiota del colon
Il colon umano contiene una densa popolazione di batteri che supera
numericamente di ben 10 volte le stesse cellule umane: Bacteroidetes, Firmicutes
e Actinobacteria sono i tre phyla maggiori
Possiedono una immensa quantità di enzimi in grado di degradare substrati
alimentari complessi, quali le fibre alimentari
Il tipo di alimentazione può influenzare in maniera significativa la composizione
del microbiota.
Impatto della dieta ricca in polisaccaridi non amidacei (NSP, crusca di grano) o ricca in amido
resistente (RS) sul microbiota fecale umano (espresso in valori medi totali dei geni batterici 16S-rRNA
misurati con PCR quantitativa) NSP = polisaccaridi non amidacei, RS = amido resistente * pFibre alimentari, SCFA e ospite: interazione complessa
Belcheva A. Bioessay 2015Fibre alimentari e malattie gastrointestinali
Malattia diverticolare
Disturbi funzionali
Stipsi gastrointestinali
Fibre alimentari
Sindrome metabolica
Cancro del colon
Malattia celiacaFibre alimentari e malattia diverticolare
La malattia diverticolare è considerata una “malattia da deficit di fibre”
Confermato da uno studio recente che trovato un rischio più basso di
malattia diverticolare con l’aumento del consumo di fibre alimentari, in
particolare con fibre dalla frutta e dai cereali
Messo in dubbio da un altro studio in cui una dieta ricca di fibre è stata
associata con una più alta prevalenza di diverticoli nel colon
La stipsi non sembra essere un fattore di rischio per la diverticolosi:
Soggetti con alvo regolare (7 evacuazioni/settimana) avevano un rischio
del 34% più alto di diverticolosi rispetto ai soggetti con meno evacuazioni
(Fibre alimentari e malattia diverticolare
Un’alimentazione ad alto contenuto di fibre viene ampiamente consigliata
ai soggetti affetti da malattia diverticolare sintomatica non complicata.
A tutt’oggi, gli esatti meccanismi che sottostanno al beneficio terapeutico
ottenuto con la fibra alimentare non sono pienamente chiariti, benché sia
stata ipotizzata una relazione con il volume fecale e il tempo di transito del
materiale fecale.
Una revisione sistematica su pazienti con malattia diverticolare
sintomatica non complicata ha individuato
• 9 studi con terapia a base di fibre alimentari e
• 10 studi a base di supplementi di fibra.
Carabotti M. Nutrients 2017.Carabotti M. Nutrients 2017.
• In pazienti con malattia diverticolare sintomatica non complicata, singoli studi di
bassa qualità suggeriscono un beneficio terapeutico delle fibre alimentari e di
supplementi di fibra.
• I limiti metodologici, l’eterogeneità dei trattamento e la mancanza di studi
designati ad hoc non permettono una stima complessiva dell’efficacia.
Carabotti M. Nutrients 2017.Fibre alimentari e stipsi: evidenza? Ford AC, Am J Gastroenterology 2014
Rao SCC, Aliment Pharmacol Ther 2015
Fibre alimentari nell’anziano Nei pazienti anziani, il microbiota intestinale ha una biodiversità più bassa di diverse specie microbiche, una più bassa abbondanza di bifidobatteri, un aumento di aerobi facoltativi opportunisti (Staphylococcus, Streptococcus e Enterobacteriaceae) ed un aumento in anaerobi (gruppi di Clostridium e Bacteriodes spp). L’aumentato uso di antibiotici nelle persone anziane risulta in alterazioni del microbiota intestinale. Siccome la prevalenza di malattia diverticolare e stipsi aumenta con l’età, l’uso delle fibre alimentari prebiotiche può giocare un ruolo di particolare importanza nei pazienti anziani. Nicholson JK, Science 2012. Tilhonen K. Ageing Research Reviews 2010.
Fibre alimentari e sindrome dell’intestino irritabile
Diversi fattori possono avere un ruolo nella sindrome dell’intestino irritabile (SII):
alterata composizione del microbiota, aumentata permeabilità intestinale,
squilibrio del sistema enteroendocrino, sistema immunitaria sregolato)
Nella SII viene descritta una disbiosi del microbiota del colon, frequentemente
caratterizzata da una riduzione di bifidobatteri.
Öhmman L. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology 2015Fibre alimentari e sindrome dell’intestino irritabile
Nella SII, la
supplementazione di fibre
alimentari solubili sembra
migliorare lo score
sintomatologico globale
Moayyedi P. The Effect of Fiber Supplementation on IBS. Am J Gastroenterol 2014Fibre alimentari e sindrome dell’intestino irritabile Ford AC, Am J Gastroenterology 2014
Sindrome dell’intestino irritabile:
Il paradosso di fibre alimentari e FODMAPs
Nella sindrome dell’intestino irritabile (SII)
è descritta una disbiosi del microbiota del
colon, frequentemente una riduzione di
bifidobatteri
Nella SII alcuni trial hanno mostrato
l’efficacia dell’aumento di bifidobatteri.
Le fibre solubili (inulina, FOS, GOS)
stimolano selettivamente la crescita dei
bifidobatteri.
Gli oligosaccaridi fanno parte delle
FODMAPs!
Staudacher H, Proc Nutr Soc 2016Sindrome dell’intestino irritabile:
Il paradosso di fibre alimentari e FODMAPs
La restrizione di alimenti ad alto contenuto di
FODMAPs è un trattamento proposto nella SII.
Una dieta con FODMAPs ridotti riduce la
concentrazione dei bifidobatteri nel colon.
Da questo nasce un paradosso interessante:
l’aumento dei bifidobatteri nel colon con
probiotici si associa ad una riduzione di sintomi
da IBS, mentre la dieta a basso contenuto di
FODMAPs ha un’efficacia clinica riducendo i
bifidobatteri.
Molto probabilmente ambedue i trattamenti
possono essere utili in sottogruppi diversi di
pazienti con SII oppure combinati tra di loro.
Staudacher H, Proc Nutr Soc 2016L’utilizzo delle fibre alimentari da parte del microbiota
intestinale è influenzata da molti fattori
Le fibre alimentari possiedono la capacità di modificare almeno in parte la
composizione del microbiota intestinale
Le fibre alimentari rappresentano la principale fonte di energia per il microbiota
del colon.
Molti fattori nutrizionali, microbiologi e dell’ospite influenzano le reazioni
fermentative del colon, in particolare tempo di transito intestinale, età, sistema
neuroendocrino, forma e quantità del substrato, specie batteriche presenti, stress
Le fibre alimentari possono potenzialmente essere utili per manipolare il
microbiota intestinale
Si sa ancora poco su come questo possa avvenire in modo predittibile !!!
Hamaker BR, Tunis YE. J Mol Biol 2014.Macfarlane GT, J Appl Microbiol 2007.Considerazioni conclusive Le fibre alimentari costituiscono una componente importante dell’alimentazione umana. Nei paesi occidentali il consumo è inferiore ai livelli raccomandati. L’alimentazione sana e equilibrata che include tutti i tipi di fibra, alimenti ricchi di fibra ed eventualmente alimenti addizionati con fibra alimentare, può portare a multipli benefici per la salute. Le fibre alimentari possono portare a effetti benefici nella stipsi, nella sindrome dell’intestino irritabile e nella malattia diverticolare. L’evidenza clinica sulla possibile modulazione intenzionale del microbiota intestinale con l’uso di fibre alimentari è scarsa.
Grazie per l’attenzione
Fibre alimentari e cancro del colon
Studi epidemiologi e sperimentali hanno osservato effetti anticancerogeni di
amido resistente inulina, e altri oligo-fruttani (FOS, XOS).
Gli effetti anticancerogeni dei prebiotici potrebbero essere attribuiti a:
effetti bifidogenici e la produzione fermentative di acidi grassi a catena
corta (SFCA), in particolare il butirrato sembra avere effetti protettivi
sull’epitelio del colon
manipolazione del microbiota intestinale e inibizione della proliferazione
di patogeni
down-regolazione dell’espressione di COX-2, NF-kB, iNOS e glutatione
perossidasi, nonché l’induzione di protein-chinasi C-delta, heat shock
protein 25
immunomodulazione
effetti pro-apoptotico
Prebiotici e simbiotici potrebbero rappresentare
dei potenziali anticancerogeni
Ambalam P. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2016Fibre alimentari e cancro del colon Nugent AP. Nutr Bull 2005; Hamaker BR, J Mol Biol 2014.
Fibre alimentari e cancro del colon
RCT doppio cieco di 12 settimane
37 pazienti con cancro del colon e 43 pazienti polipectomizzati
Trattamento con simbiotici: bifidobacterium lactis, lactobacillus rhamnosus GG e
inulina
Nei pazienti trattati con simbiotici:
Riduzione significativa di di Bifidobacterium
Riduzione del danno DNA a livello della mucosa del colon, della proliferazione
cellulare e di altri biomarker tumorali
Rafter J. Dietary synbiotcs reduce cancer risk factors in polypectomized and colon cancer patients. Am J Nutri 2007.Disbiosi e malattia celiaca Il microbiota intestinale potrebbe contribuire alla eziopatogenesi della malattia celiaca tramite tre meccanismi proposti: (2) Attività proteolitica con produzione di peptici tossici e immunogenici dal glutine e interazioni tra ospite-microbiota che possono influenzare (1) La barriera intestinale e (3) funzione immunitaria (mediante la regolazione dell’equilibrio tra citochine pro- e anti- infiammatorie) Olivares M, Sanz Y. Intestinal Microbiota and Celiac Disease. OmniaScience; 2015. p. 193-221. Verdu EF. Nature Rev Gastro Hep 2015
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