Funkcionalna Hrana, Nutraceutici (3. Predavanje)

FUNKCIONALNA HRANA S PROBIOTICIMA,

PREBIOTICIMA, SIMBIOTICIMA

Istorijat PRO BIOS – grč. ZA ŽIVOT

Henry Tissier (1906): bifidobakterije u tretmanu dijareje

Elie Metchnikoff (1907): Lactobacillus bulgaricus (L. delbruckii subsp. bulgaricus)

Minoru Shirota (1930): L. acidophilis Shirota (L. casei Shirota) – od 1935. u komercijalnoj upotrebi

- 1950-te: uspostavljanje ravnoteže crijevne flore nakon primjene antibiotika i preventivno djelovanje (dijareja, konstipacija, dispepsija, kolitis, dermatitis)

Istorijat

Lilly i Stillwell (1965.): “probiotici” = supstance koje produciraju mikroorganizmi i koje pospješuju rast drugih mikroorganizama

Parker (1974.): “probiotici” = organizmi i supstance koje potpomažu održavanje ravnoteže crijevne mikroflore.

Fuller (1989): “probiotici” = živi mikroorganizmi koji imaju pozitivan učinak na životinje poboljšavajući ravnotežu crijevne flore”

Definicija

Živi mikroorganizmi koji, primijenjeni u adekvatnim

količinama imaju pozitivne efekte na zdravlje domaćina.

FAO/WHO (2001) Expert Consultation

Lactobacillus Bifidobacterium

Brzi razvitak nakon rađanja.

Faktori inicijalne kolonizacije :

– mikroflora majke,

– tip poroda,

– okoliš kod poroda

– rijetko genetski faktori.

Izvori probiotika nakon dojenačke dobi: sirova hrana, fermentirani proizvodi (jogurt, sir), suplementi

Porijeklo probiotika

Crijevna mikroflora

Promjena crijevne mikroflore u zavisnosti od dobi

Mikroflora GITMikroflora GIT

Usta 10Usta 1077--101088

ŽŽeludac 0eludac 0--101033

Debelo crijevo 10Debelo crijevo 101010--10101212

Tanko crijevo Tanko crijevo Duodenum <10Duodenum <1033

Jejunum <10Jejunum <1033--101055

Ileum <10Ileum <1055--101077

Feces 10Feces 101010--10101212

Sadržaj mikroorganizama (cfu/ mL ili cfu/g sadržaja)

IntestinalIntestinalnana mikroekologijamikroekologijaGI sokovi

Crijevni epitel

Intestinalna mikroflora

Hrana

Efekti disbalansa crijevne mikroflore

Loš nutricioni status neovisno o prehrani

Smanjena efikasnost lijekova (per os primjena)

Fiziološka disfunkcionalnost

Ubrzano starenje

Karcinom

Oslabljen imunološki odgovor organizma

Podložnost infekcijama

Fizička nelagoda

Mikroorganizmi s probiotičkim djelovanjemLactobacillus Bifidobacterium Ostali LAB Ostali

L. acidophilus B. animalis Enterococcus faecium

B. cereus var. toyoi

L. casei B. breve Enterococcus faecalis 

E. coli Nissle

L. johnsonii B. infantis Lactococcus lactis 

Propionibacterium freudenreichii

L. reuteri B. longum Leuconostoc mesenteroides 

Saccharomyces boulardii

L. rhamnosus B. adolescentis Sporolactobacillus inulinus 

Saccharomyces cerevisiae

L. amylovorus B. lactis  Streptococcus termophilus

L. plantarum B. bifidus    

L. delbruckii subsp. bulgaricus

L. Paracasei

L. Gasseri

L. Gallinarum

L. Crispatus

Kompleksne probiotičke formulacije

Efekat ovisan o soju probiotika

Najefikasnija kombinacija cijele porodice Lactobacillaceae

Individualna razlika crijevne flore

Veća sličnost sa prirodnom mikroflorom

Sinergijsko djelovanje različitim mehanizmima

Primjer: VSL #3 (8 različitih mikroorganizama: 3

Bifidobacterium, 1 Streptococcus, 4 Lactobacillus)

Postulirani mehanizmi djelovanja

Bakteriocini

Bioaktivni peptidi

Kratkolančane masne kiseline

Neutralizacija

karcinogena iz hrane

Slobodne masne kiseline

Organske kiseine

β-galaktozidazna aktivnost

Oligosaharidi

Asimilacija holesterola

Kompeticija sa

patogenim bakterijama

Antioksidativno

djelovanje

ImunostimulacijaProbiotici

1) inhibicija prijanjanja 1) inhibicija prijanjanja

patogena na epitelpatogena na epitel

2) produkcija antimikrobnih 2) produkcija antimikrobnih

agenasaagenasa

3) indukcija proizvodnje 3) indukcija proizvodnje

mucinamucina

4) jačanje mukozne barijere4) jačanje mukozne barijere

5) imunomodulacija putem 5) imunomodulacija putem

antigen-prezentirajućih antigen-prezentirajućih

stanica (makrofagi, stanica (makrofagi,

dendritske stanice)dendritske stanice)

6) indukcija produkcije 6) indukcija produkcije

proinflamatornih citokinaproinflamatornih citokina

7) porast proliferacije B 7) porast proliferacije B

limfocita (putem indukcije Th2 limfocita (putem indukcije Th2

citokina)citokina)

8) indukcija stvaranja 8) indukcija stvaranja

antitijela (sIgA)antitijela (sIgA)

Mehanizam djelovanja probiotika (1)

a) Mikrobiološki mehanizam (blokiranje djelovanja patogenih bakterija)

Lučenje antibakterijskih supstanci (bakteriocini, organske kiseline→bakterijski zid, enzimska aktivnost; nespecifičan efekat)

Kompetitivna inhibicija patogena i toksina (kompetitivna vezivanje za receptore ili kompeticija za nutrijente – soj specifičan efekat)

– npr. LGG 1010- 1011 CFU/dan rezultira porastom broja koliforma, laktobacila i bifidobakterija, uz smanjenje broja Clostridium spp; efekat značajno slabiji sa L. rhamnosus DR20

Mehanizam djelovanja probiotika (2)

b) Imunološki mehanizam

pojačan urođeni imunitet (selektivna aktivacija B limfocita na proizvodnju sIgA)

modulacija patogen-induciranog imunog odgovora (stimulacija dendritskih stanica na produkciju antiinflamatornih citokina - IL-10, IL-12; supresija produkcije proinflamatornih citokina – TNF-α, IL-6, INF-γ)

poticanje imunog odgovora protiv infekcije (produkcija Th1 citokina – IL-4, IL-12, IL-18, IFN-γ)

imunomodulacija putem probiotičke DNA (smanjenje produkcije IL-8, TNF-α, IFN-γ; odgođena aktivacija faktora transkripcije - NF-κB)

Aktivacija TLR sistema (bez poticanja imunološke kaskade!)

c) Regulacija funkcije crijevnog epitela

poticanje oporavka crijevne barijere (“uski spojevi”, mucin)

produkcija citoprotektivnih materija (heat shock proteini, β-

defenzini)

prevencija citokin-inducirane apoptoze (stimulacijom PI3K

puta i inhibicijom p38/MAPK)

Mehanizam djelovanja probiotika (3)

Ključni kriteriji selekcije probiotika

Humanog porijekla, ne-patogeni, netoksični, nealergeni

Otpornost na djelovanje kiselina i žuči (viabilni ?)

Koloniziraju crijevo (uglavnom privremeno)

Postojanost u tehnološkim procesima i čuvanju (tokom roka trajanja)

Dokazi pozitivnog djelovanja na zdravlje

Ostali kriteriji selekcije

Genska tipizacija (identifikacija soja)

Režim doziranja i dužina primjene

Geni rezistencije na antibiotike u kliničkoj primjeni

Problemi kod dokazivanja efikasnosti

Kvalitativne i kvantitativne promjene na nivou crijevne mikroflore (in situ?)

Diferenciranje probiotskih od endogenih sojeva (molekularna tehnologija)

Inter-individualne razlike crijevne mikroflore u ljudi

Preporuke za kliničku primjenu probiotika

Floch MH, et al. J Clin Gastroenterol 2008;42:S104-8

Tretman dijareje (1) Akutna dijareja izazvana rotavirusima:

– terapijski: LGG, L. reuteri, L. acidophilus ili S. boulardii u dozi ≥1010 CFU 1-2x na dan tokom prvih 5 dana

– preventivno: LGG, L. reuteri, S. boulardii po uputi ljekara (min. 107 CFU/dan)

Antibioticima izazvana dijareja

– Saccharomyces boulardii , Lactobacillus acidophilus + L. bulgaricus, L. rhamnosus GG i Enterococcus faecium SF68

Tretman dijareje (2) IBD/IBS

Miješani probiotici VSL#3 (3 x 1011 CFU L. bulgaricus, L. casei, L. plantarum, L. acidophilus, Bifidobacterium longum, B. breve, B. infantis, i S. thermophilus) sami ili kao adjuvantna terapija

– Bifidobacterium fermentirano mlijeko

Prevencija dijareje u dječjim kolektivima

– Miješani probiotici (B. lactis Bb12 i Lactobacillus reuteri (ATCC 55730) 1 x 107 CFU/g mliječne formule)

Tretman dijareje (3)

Tretman dijareje (4)

Tretman atopijske bolesti

LGG u prenatalnoj prevenciji (109 CFU/dan 2-4 mjeseca prije

poroda majci, prvih 6 mjeseci majci i djetetu)

B. bifidum, B. lactis i L. lactis (majci i djetetu prvih 12 mjeseci)

LGG i B. lactisBB12 ublažava simptome atopijskog dermatitisa u

djece alergične na kravlje mlijeko

L rhamnosus GG i LC705, B. breve Bb99, P. freudenreichii (4

sedmice prije poroda majci, prvih 6 mjeseci majci i djetetu ± GOS)

Intolerancija laktoze

Neke Lactobacillus sp. (npr. Lactobacillus

bulgaricus) i Streptococcus thermophilus

proizvode laktazu

Dojenačke kolike

L. reuteri značajno bolji od simetikona

Potencijal primjene kod karcinoma

Enzimi (glikozidaza, β-glukuronidaza, azoreduktaza, nitroreduktaza) crijevne flore prevode prekarcinogene u aktivne karcinogene

Probiotici: smanjuju koncentraciju bakterijskih enzima u fecesu smanjuju resorpciju mutagena koji mogu doprinijeti

karcinogenezi. imunostimulacija

L. acidophilus i L. casei suplementi smanjili nivo enzima

LGG značajno reducira dijareju kod hemoterapije (5-FU) karcinoma kolona

Potencijalna primjena kod bolesti jetre

Hepatička encefalopatija, NASH:

Smanjena koncentracija amonijaka u portalnom krvotoku (smanjena aktivnost bakterijske ureaze)

Snižen pH usljed manje apsorpcije amonijaka

Smanjena upala i oksidativni stres (zbog smanjenja amonijaka)

Manja permeabilnost crijeva

Smanjeno preuzimanje drugih toksina

S. fecalis + C. butyricum + B. mesenticus + Lactobacillus sp.

Potencijalna primjena kod Helicobacter pylori infekcija

In vitro LAB djeluje kao baktericid za H. pylori

Bifidobacteria , L. salivarius, L. johnsoniiLa1 mogu

inhibirati rast ili adherenciju H. pylori

Moguće bolji efekat antibiotske terapije uz dodatak

probiotika

Potencijalna primjena kod hiperholesterolemije

SCFA hidroliza žučnih kiselina

Potencijalna primjena kod urogenitalnih infekcija

Bakterijski vaginitis: L. rhamnosus GR-1 i L. reuteri RC14 uz metronidazol; L. rhamnosus i L. fermentum

Gljivični vaginitis: L. acidophilus peroralno i intavaginalno

Urinarna infekcija E. coli: L. rhamnosus GR-1 i B-54 (vaginalna kapsula 1x sedmično) + L. rhamnosus GR-1 i RC-14 (oralna kapsula 1x dnevno)

Način primjene

Nakon obroka (najmanja koncentracija kiseline).

– Kiselina želuca uništava do 99.9% probiotika uzetih prije jela, a oko 90% probiotika uzetih nakon jela.

Kod istovremene primjene antibiotika – razmak od najmanje 3 sata

Kontinuirana ili ponovljena primjena

– zadržavanje u GIT do par sedmica (prolazno), a efekti mogu trajati i nekoliko mjeseci nakon primjene.

Sigurnost primjene probiotika

1) Rizik od sepse

Adherencija Lactobacillus spp. izolata iz krvi veća u poređenju s

izolatima iz humanog fecesa ili prehrambenih proizvoda. Eksperimenti na miševima: humani izolati L. reuterii i LGG

uzrokovali uginuće određenog broja neonatalnih atimičnih miševa, iako u odraslih jedinki nisu zapaženi neželjeni efekti.

Probiotska LGG sepsa u odraslih, uglavnom starijih ljudi, kao i u djece nakon S. boulardi fungemija

Opšti zaključak: rizik minimalan, jednak riziku od infekcije

vlastitom crijevnom florom, uglavnom samo u imuno-

kompromitovanih pacijenata.

2) Štetni efekti na metaboličku funkciju GIT– za sada samo teorijski

3) Poremećaj imuniteta ili prenaglašena imunostimulacija

– teorijski, rizične grupe novorođenčad i trudnice (Lactobacillus spp. suprimiraju Th2 citokine, povećavaju produkciju Th1 citokina)

– empirijske studije ne potvrđuju postojanje rizika.

4) Mikrobna rezistencija– mnogi sojevi Lactobacillus spp. prirodno rezistentni na

vankomicin (hromozomski geni)

– vankomicin-rezistentni Enterococcus često povezani s nozokomijalnim infekcijama

Označavanje probiotičkog proizvoda

Pored roda i vrste deklarisati soj probiotika (ako je selekcija izvedena na tom nivou)

Tačno numeričko izražavanje sadržaja probiotika (viabilna koncentracija na isteku roka trajanja proizvoda)

Izjava o nutricionističkom efektu – mora biti istinita, da ne zavarava potrošača – zasnovana na kliničkim studijama

Hrana s probioticima

Proizvod Probiotik

Jogurt Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus

Kefir Streptococcus lactis, Lactobacillus bulgaricus, kvasci

Sirutka Streptococcus sp., Leuconostoc sp.

Kisela pavlaka Streptococcus sp., Leuconostoc sp.

Acidofilno mlijeko Lactobacillus acidophilus

AB kultura Lactobacillus sp, Bifidobacterium sp

LGG jogurt Lactobacillus rhamnosus GG

Actimel Lactobacillus casei DN-114 001 (108/g) + Lactobacillus bulgaricus i Streptococcus thermophillus

Activia Bifidobacterium lactis DN-173 010

SenSia Bifidobacterium bifidum

Probiotički suplementi (1)

HOWARUHOWARU® ® restore:restore:••Lactobacillus acidophilus Lactobacillus acidophilus NCFMNCFM®®

••Lactobacillus paracaseiLactobacillus paracasei Lpc-37 Lpc-37••Bifidobacterium lactis Bifidobacterium lactis Bl-04Bl-04••Bifidobacterium lactis Bifidobacterium lactis Bi-07Bi-07••Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium bifidum Bb-02.Bb-02.

““više od 20 milijardi živih bakterija u jednoj kapsuli, više od 20 milijardi živih bakterija u jednoj kapsuli, u u trenutku proizvodnje”trenutku proizvodnje”

Probiotički suplementi (2)

• Lactobacillus acidophilus Lactobacillus acidophilus La-14La-14• Lactobacillus rhamnosus Lactobacillus rhamnosus Lr-32Lr-32• Bifidobacterium lactis Bifidobacterium lactis Bi-07Bi-07

““više od 10 milijardi živih bakterija u jednoj kapsuli, više od 10 milijardi živih bakterija u jednoj kapsuli, u u trenutku proizvodnje”trenutku proizvodnje”

Probiotički suplementi (3)

• Lactobacillus acidophilusLactobacillus acidophilus

• Bifidobacterium animalis subsp. LactisBifidobacterium animalis subsp. Lactis

• + prebiotike inulin i oligofruktozu+ prebiotike inulin i oligofruktozu

““najmanje 2 x 10najmanje 2 x 1099 živih liofiliziranih mliječno kiselih bakterija živih liofiliziranih mliječno kiselih bakterija

u kapsuli”u kapsuli”

Probiotički suplementi (4)

• Lactobacillus rhamnosus Lactobacillus rhamnosus GGGG

• BifidobacteriumBifidobacterium BB-12 BB-12

• Bacillus coagulansBacillus coagulans

• prebiotik GOS prebiotik GOS

• vitamini B-kompleksavitamini B-kompleksa

Kvalitet probiotičkih proizvoda na tržištu

Samo 2 od 13 britanskih brendova sadržavali deklarisanu količinu CFU probiotika (Hamilton-Miller JM, 1996, BMJ)

Nijedan od 10 testiranih brendova nije odgovarao mikrobiološkoj specifikaciji na deklaraciji; tipično 0-10% deklarisane količine, često bez ijedne deklarisane vrste (Huff BA, 2004, Can Fam Physician)

Od 25 testiranih proizvoda (19 za opštu populaciju, 3 za djecu, 3 jogurta)– 8 daje sadržaj CFU po porciji (7 odgovara deklarisanom

sadržaju)

– 13 daje CFU u vrijeme proizvodnje

– 8/25 sadrži <1% deklarisane ili očekivane količine (107) probiotika (ConsumerLab.com)

Rezime Dokazano djelovanje:

– Infektivna dijareja– AAD– prevencija atopijske

bolesti

Snažni dokazi za:– CDAC– IBS

Budućnost: – primjena umjesto

antibiotika (određeni soj za određena stanja)?

Propisivanje– LGG najbolje ispitan– 1010 CFU/dan– Čuvati u frižideru– Davati u hladnoj

hrani/napicima– 2% rizik od nadimanja

PREBIOTICI Identificirani 1995 (Gibson Gibson ii Roberfroid Roberfroid).

Neprobavljivi sastojci hrane koji stimulišu rast i/ili

aktivnost probiotika

Tipično oligosaharidi

Izvori: majčino mlijeko, korijen radiča, praziluk, luk,

češnjak, šparoga, cjelovite žitarice, grah, banana

Dodatak probioticima povećava produkciju SCFA u

crijevu.

Oligosaharidi u prehrambenim proizvodima

Laktuloza

Galakto-oligosaharidi (GOS)

Frukto-oligosaharidi (FOS) i inulin

Izomalto-oligosaharidi

Malto-oligosaharidi

Glikozil saharoza i ciklodekstrini

Sojini oligosaharidi

Laktosaharoza

Ksilo-oligosaharidi

Djelovanja probiotika

Selektivna stimulacija rasta mikroorganizama

Osjećaj sitosti (kontrola tjelesne težine)

FOS i inulin (najbolje istraženi):

– Povećana apsorpcija Ca

– Kontrola glikemije

– Smanjenje koncentracije lipida i holesterola u

plazmi

Poželjan profil prebiotika

Ne hidrolizira se i ne apsorbuje u gornjim partijama GIT

Selektivan supstrat za jedan ili ograničeni broj korisnih

mikroorganizama u GIT

Može mijenjati mikrofloru GIT, selektivno stimulisati rast

i/ili aktivnost poželjnih crijevnih bakterija

Potpomaže apsorpciju određenih minerala (Ca, Mg)

Može imati poželjne efekte na imunološki sistem i povećati

otpornost na infekcije.

PREBIOTIKPROBIOTIK

SIMBIOTIK• Bolja održivost probiotika

• Kontrolisano mjesto otpuštanja probiotika

u GIT

•Simbiotičko djelovanje u GIT

Glavni zdravstveni efekti simbiotika:

Poboljšana održivost živih bakterija u hrani, produžen rok trajanja

Veći broj ingestiranih bakterija koje u viabilnom stanju dosežu kolon

Stimulacija rasta i implantacije egzogenih i endogenih bakterija u

kolonu

Aktivacija metabolizma korisnih bakterija, antagonizam za patogene

bakterije

Produkcija antimikrobnih supstanci (bakteriocini , vodikperoksid,

organske kiseline itd.)

Imunostimulacija

Protuupalno, antimutageno, antikarcinogeno djelovanje, produkcija

bioaktivnih komponenata (enzimi, peptidi…)