Prebioticos/fibra y su impacto en la salud


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Efectos en la salud de la fibra dietética han sido ampliamente revisados ​​y aceptados en todo el mundo (Tabla 1). Por el contrario, los prebióticos se definieron por primera vez en 1995 y su definición ha seguido evolucionando a lo largo del tiempo (Tabla 2). Los efectos en la salud de las fibras dietéticas prebióticas no han sido tan bien definidos (8, 9) y el objetivo de esta revisión es definir la fibra dietética prebiótica y resumir las fibras para las cuales los ensayos clínicos apoyan su designación como fibras dietéticas prebióticas.

TABLA 1

Beneficios para la salud de las fibras dietéticas prebióticas

  1. Aumentos en bifidobacterias y lactobacilos
  2. Producción de metabolitos beneficiosos
  3. Aumentos en la absorción de calcio
  4. Disminuye la fermentación proteica
  5. Disminuye en poblaciones de bacterias patógenas
  6. Disminuye el riesgo de alergia
  7. Efectos sobre la permeabilidad de la barrera intestinal
  8. Mejora de la defensa del sistema inmune

Las fibras dietéticas prebióticas son compuestos específicos que modelan la microbiota y funcionan como una fuente de carbono para el crecimiento de bacterias beneficiosas, proporcionando así un cambio específico o selectivo que confiere salud al huésped y a su metabolismo.

La investigación sobre fibra dietética prebiótica ha encontrado que aunque los cambios en taxones gastrointestinales específicos (GI) a menudo se correlacionan con la salud, este efecto por sí solo no se considera un beneficio directo para la salud en la mayoría de las condiciones (10). Estos beneficios para la salud dependen de cambios más bien taxonómicos, muestran efectos de salud que son fisiológicamente beneficiosos para el huésped o el consumidor, y están relacionados con el metabolismo de las fibras dietéticas prebióticas.

Ha habido muchos enfoques sobre cómo se definen y comercializan los prebióticos. Con un mayor consumo de prebióticos y una mayor demanda de alimentos con estos ingredientes, es imprescindible comprender dónde, cómo y en qué medida se puede utilizar la frase “prebiótico”. En todo el mundo todavía existen obstáculos normativos para el uso y la publicidad de la frase “prebiótico”, que genera discrepancias y confusión entre los consumidores.

El objetivo de nuestra revisión es conectar la investigación sobre fibras dietéticas fermentables con la investigación en prebióticos. Dado que la fibra dietética tiene una mayor aceptación regulatoria en todo el mundo, creemos que una revisión que defina la fibra dietética prebiótica y presente las fibras que han demostrado ser prebióticas ayudará a reducir la brecha entre la fibra dietética y los prebióticos.

Definiciones de fibra prebiótica
Definiciones científicas de prebiótico

La primera definición publicada de la palabra “prebiótico”, en 1995, fue “ingredientes alimentarios no digeribles que afectan beneficiosamente al huésped estimulando selectivamente el crecimiento y / o actividad de una o un número limitado de bacterias en el colon, mejorando así la salud del huésped”. "(1); 8 y más tarde, esto cambió para incluir “un ingrediente selectivamente fermentado que permite cambios específicos, tanto en la composición y / o actividad en la microbiota gastrointestinal que confiere beneficios” (3). En 2010, la Asociación Científica Internacional de Prebióticos y Probióticos (ISAPP) amplió esa definición para incluir el enfoque en la funcionalidad de los prebióticos: "un ingrediente selectivamente fermentado que produce cambios específicos en la composición y / o actividad de la microbiota gastrointestinal, otorgando beneficios (s) sobre la salud del anfitrión "(6). Definiciones recientes han sugerido un enfoque más amplio: “un compuesto no digerible que, a través de su metabolización por microorganismos en el intestino, modula la composición y / o actividad de la microbiota intestinal, confiriendo así un efecto fisiológico beneficioso sobre el huésped” (7). A medida que las definiciones científicas evolucionan, el término “prebiótico” se está actualizando para reflejar los cambios científicos que profundizan nuestra comprensión y percepción de la importancia de la microbiota intestinal en su totalidad (Tabla 2).

Consumo de prebióticos en todo el mundo

El consumo de prebióticos es difícil de medir, ya que se encuentran en grupos de alimentos muy diversos, en amplias gamas de suplementos, y no existe una prueba analítica ni un método universalmente acordado. La inulina es un prebiótico que se produce naturalmente en puerros, espárragos, cebollas, trigo, ajo, achicoria, avena, soja y alcachofas de Jerusalén. El consumo estimado en las dietas de EE. UU. Y Europa es de varios gramos al día para los prebióticos naturales [inulina y fructooligosacáridos (FOSs)] (11, 12). Sin definiciones universales de prebióticos y listas inclusivas de ingredientes incluidos, será difícil obtener un seguimiento epidemiológico de los patrones de consumo prebiótico. Aunque es difícil de medir con el análisis epidemiológico, el aumento en el mercado de alimentos funcionales, específicamente en lo que respecta a los alimentos que contienen prebióticos, ha sido tremendo en las últimas 2 décadas. A nivel mundial, se espera que el mercado prebiótico continúe creciendo, superando los $ 7.5 mil millones para 2023 (13).

TABLA 2

La evolución de los cambios en las definiciones científicas de “prebiótico” 1
Año Definición Referencia


IDF, Federación Internacional de Lechería; ISAPP, Asociación Científica Internacional de Prebióticos y Probióticos.

¿Por qué nos importa nuestro microbioma?

El microbioma intestinal coevolves dentro de las bacterias del huésped comen lo que consumen los consumidores. A corto plazo, la dieta altera rápidamente la composición de la microbiota intestinal, a menudo depende de la duración de la dieta y su composición de macronutrientes (14). Las diferencias en las bacterias intestinales existen entre individuos de varios países; sin embargo, la similitud de los microbiomas fecales entre los miembros de la familia se extiende a través de países y culturas (15). Los factores externos también tienen una influencia significativa en la composición y / o actividad de la microbiota intestinal, incluidos antibióticos, estrés, clima, infección, enfermedad, cáncer, organismos exógenos y muchos otros factores (16-18).

Todas las definiciones regulatorias y científicas enfatizan la importancia de los prebióticos que demuestran “beneficios para la salud”. Actuar como fuente principal de carbono para la fermentación sigue siendo el componente más crítico para los prebióticos. La investigación futura tendrá que abordar las vías casuales y mecanicistas de los beneficios de salud sugeridos para un amplio espectro de compuestos dietéticos con efectos beneficiosos y terapéuticos, no limitados solo a los cambios en los taxa IG.

La literatura, el mercadeo y la regulación han producido más consumidores conscientes de la salud que desean consumir una dieta que respalde sus intestinos y su salud digestiva. El propósito de este documento es resumir los 8 beneficios de salud más prominentes de las fibras dietéticas prebióticas que se deben a su fermentabilidad por microbiota colónica, así como resumir las 8 categorías de fibras dietéticas prebióticas que respaldan estos beneficios para la salud.

Definiciones regulatorias de prebióticos y fibra en todo el mundo

Las agencias reguladoras de todo el mundo están cambiando sus definiciones de fibra dietética para adaptarse a la función fisiológica y no solo a la composición química. Casi todas las definiciones científicas y reglamentarias incluyen los prebióticos como fibra dietética, aunque hay muchos prebióticos emergentes que no entran dentro de ninguna definición de fibra dietética. Las agencias regulatorias tienen definiciones similares de fibra dietética (Tabla 3), mientras que la frase “prebiótico” se ha definido de manera muy diferente en todo el mundo (Tabla 4). A nivel mundial, existe una amplia variación en los beneficios de salud alegados de los prebióticos, y muchas brechas dentro y entre las agencias reguladoras globales.

TABLA 3

Definiciones regulatorias de fibra en todo el mundo

Impactos en la salud de las fibras dietéticas prebióticas
Efecto en la composición de las bacterias intestinales traseras

Debido a las muchas propiedades promotoras de la salud de estos géneros de bacterias, se utilizan comúnmente como marcadores de la salud de la microbiota y como objetivos comunes para la estimulación dietética. Se ha demostrado que los lactobacilos regulan negativamente la inflamación de la mucosa en el tracto gastrointestinal (21). Los lactobacilos desempeñan un papel en ayudar a digerir la lactosa en individuos intolerantes a la lactosa, aliviar el estreñimiento, mejorar los síntomas del síndrome del intestino irritable (SII) y ayudar a prevenir la diarrea del viajero (22). Las bifidobacterias residen de forma natural en el tracto gastrointestinal de adultos humanos sanos y tienen una gran afinidad por fermentar oligosacáridos selectos, convirtiéndolos en un marcador común de capacidad prebiótica. Al igual que los Lactobacillus, estas bacterias son sacarolíticas, un marcador de bacterias beneficiosas que se usa con frecuencia (23). Las bifidobacterias tampoco producen sustancias cancerígenas conocidas in vivo. Las concentraciones de bifidobacterias se han asociado negativamente con la obesidad y el aumento de peso (24-27). Las especies específicas pueden jugar un papel crítico en esta asociación, ya que no todas las especies de Bifidobacterias pueden tener una influencia idéntica (28). Las disminuciones en Bifidobacteria, junto con disminuciones en la diversidad bacteriana, se han asociado con una mayor inflamación y SII (29, 30). Los mecanismos detrás de los estados de enfermedad y Lactobacilli y Bifidobacteria no están claros, pero suficientes estudios muestran que estas bacterias están altamente asociadas con la salud.

Producción de metabolitos

Los metabolitos primarios y secundarios que se forman debido a la fermentación directa o indirecta de compuestos selectivos se han correlacionado con muchos beneficios para la salud en humanos. Los SCFA son producidos por la microbiota intestinal debido a la fermentación de carbohidratos, aminoácidos y otros nutrientes que no se absorben en el intestino delgado proximal. El acetato, el propionato y el butirato representan el 90-95% de todos los AGCC producidos en el colon. El acetato se asemeja a más de la mitad de los AGCC detectados en las heces humanas (31) y es una fuente preferida de energía metabolizable para los músculos (32). El propionato y el butirato se asocian negativamente con algunos trastornos gastrointestinales que se deben a vías de respuesta inflamatoria, incluida la colitis ulcerosa (33). Aunque la producción de AGCC tiene muchos resultados positivos, existe un amplio rango de respuesta entre individuos para la misma fibra dietética, incluso en sistemas controlados (34). Los efectos beneficiosos de los AGCC han sido ampliamente revisados ​​en otros lugares (35).

Se ha demostrado que la fermentación de los fructanos de tipo inulina aumenta las concentraciones de hipurato urinario en estudios clínicos (36). El hipurato es un co-metabolito microbiano de mamífero, y se ha encontrado en concentraciones reducidas en individuos obesos en comparación con individuos delgados, y también en diabéticos en comparación con no diabéticos (37-39). El aumento de las concentraciones de hipurato urinario se considera un efecto beneficioso del consumo de inulina debido a su fermentación (36).
Efecto en la absorción mineral

La disminución del riesgo de osteoporosis y fracturas óseas es un problema crítico en todo el mundo; 28 millones de personas con osteoporosis o baja masa ósea, y 1 de cada 8 ciudadanos de la UE mayores 50 años se fracturan la columna cada año (40). Aumentar la biodisponibilidad y la absorción de calcio con la ingesta de prebióticos es un objetivo crítico para una estructura ósea sana en poblaciones adolescentes y ancianas (41). El intestino distal es uno de los sitios principales de absorción de calcio, y la absorción se estimula por los cambios químicos y aumenta la fermentación ácida de las fibras dietéticas prebióticas por diversas bacterias.

Los estudios clínicos que miden la absorción de minerales en poblaciones diferentes han informado resultados mixtos. La inulina, la oligofructosa, los galactooligosacáridos (GOS) y los FOS de cadena corta se han demostrado en 4 estudios que no tienen un impacto significativo en la absorción de calcio cuando los participantes consumieron 1-17 g / día (42-45). Seis estudios clínicos con los mismos tratamientos, más un tratamiento con lactulosa y dosis similares (8-40 g / d) mostraron incrementos significativos en la absorción de calcio (46-51). Los resultados en los estudios pueden depender de la edad y la fisiología de los participantes, ya que los sujetos durante la pubertad y después de la menopausia pueden tener una mayor afinidad y demanda de captación de calcio, y podrían depender de la variación y el desarrollo de la microbiota de los participantes. Se han llevado a cabo extensas revisiones de estudios con animales y humanos y su impacto sobre la estructura ósea (52).

Efecto en la fermentación proteica
La fermentación proteica, proveniente de fuentes proteicas endógenas o no digeridas, se produce en ausencia de carbohidratos fermentables, lo que potencialmente puede conducir a la formación y acumulación de metabolitos potencialmente dañinos como sulfuros, aminas, amoníaco y varios fenoles (53). En ausencia de carbohidratos fermentables, la concentración de SCFA disminuye y el pH del ambiente aumenta, lo que resulta en un ambiente favorable (colon distal) para la fermentación proteica eficiente, lo que lleva a la producción de ácidos grasos de cadena ramificada y varios fenoles e indoles, que son únicos para el metabolismo bacteriano. Los aumentos en la fermentación sacarolítica, en lugar de la fermentación proteolítica, tienen muchos beneficios potenciales para la salud.

Los estudios clínicos en los que los sujetos consumieron lactulosa han mostrado consistentemente disminuciones en los principales marcadores proteolíticos. Ballongue et al. (54) encontraron que la alimentación de lactulosa (2 × 10 g / d) conducía a una disminución del fenol fecal, p-cresol, indol fecal y skatol. De Preter et al. (55) encontraron disminuciones en el amoníaco urinario, mientras que el amoníaco fecal no se vio afectado después de que los sujetos fueron alimentados con 15 g / d o 2 × 10 g / d. Los mismos tratamientos también han demostrado disminuir el p-cresol urinario (56). Los tratamientos de inulina de cuatro semanas (3 × 5 g / d) produjeron disminuciones en el amoníaco tanto urinario como fecal (57). Estudios similares (n = 11) mostraron una mezcla de almidón resistente (RS) (39 g / d) para disminuir el amoníaco fecal (58) mientras que el amoníaco no se vio afectado, mientras que otros estudios encontraron que RS2 no afectó al amoníaco fecal (n = 23 ; 32 g / d) pero RS3 disminuyó significativamente las concentraciones de amoníaco fecal (59). Se ha demostrado que los arabinooligosacáridos (n = 10; 2 × 5 g / d) disminuyen el p-cresol urinario (60).
Cambio en poblaciones de bacterias patógenas

La mucosa intestinal y la microbiota son componentes clave que actúan contra la invasión patógena dentro del tracto GI, inhibiendo patógenos como E. coli, Salmonella spp, Campylobacter y otras bacterias patógenas (61). Cinco posibles mecanismos incluyen: productos finales ácidos (ácidos) metabólicos que bajan el pH colónico por debajo de umbrales bacterianos patógenos, efectos competitivos debido a limitaciones en el número de sitios de colonización, antagonismo a través de péptidos inhibidores (producidos por bacterias ácido lácticas), competencia por nutrientes limitados, y mejora del sistema inmune (62).
Efecto sobre el riesgo de alergia

La diversidad microbiana en el intestino juega un papel influyente en el desarrollo de muchas enfermedades y afecciones inflamatorias, incluidas las enfermedades alérgicas, que pueden verse influidas por la colonización alterada del intestino o por una diversidad microbiana generalmente reducida (63). La disminución de los niveles de Bifidobacteria y Lactobacilli se ha asociado con el desarrollo de enfermedades alérgicas en los primeros 5 años de vida (64, 65). Se han identificado muchos mecanismos que muestran la importancia de los oligosacáridos dietéticos y sus efectos inmunomoduladores (66). FOS / GOS (fórmula hipoalergénica 8 g / L) ha mostrado efectos protectores contra la alergia, específicamente contra el desarrollo de eczema y rinoconjuntivitis. El estudio Cochrane también mostró una reducción significativa del eczema en 1218 recién nacidos analizados en las primeras etapas de la vida cuando se suplementó con GOS / FOS (proporción 9: 1; 8 g / L agregados a la fórmula basada en leche de vaca) (67). Aunque la evidencia es limitada para los posibles mecanismos, recientemente se han llevado a cabo estudios en humanos y animales para explorar más a fondo estas vías de prevención de la alergia (68-71).

Efectos sobre la permeabilidad de la barrera intestinal

Las células epiteliales son las barreras celulares que recubren las superficies de la mucosa en el cuerpo que proporcionan protección contra el medio ambiente. Las células intestinales intestinales producen mucinas, que forman un gel hidratado que evita que las partículas grandes (la mayoría de las bacterias) entren en contacto con la capa de células epiteliales. La frase “leaky gut” proviene de los fenómenos en los que las uniones estrechas que promueven los mecanismos de barrera del revestimiento epitelial GI (el espacio paracelular entre las células epiteliales) se ven comprometidas. Esta ocurrencia típicamente se asocia con la inflamación (72, 73). Claudins, zonula occludens-1 y occludin son proteínas responsables de uniones estrechas, que pueden ser moduladas y suprimidas por las dietas altas en grasas en ratones (74, 75). Los AGCC, producidos por la fermentación de fibra dietética prebiótica, también pueden contribuir a mejorar la función de barrera intestinal. La investigación ha demostrado que la aplicación de mezclas SCFA individuales y combinadas aumentó la resistencia eléctrica transepitelial y disminuyó los marcadores de transporte paracelular en las paredes cecales de la rata (76). La oligofructosa se ha demostrado para promover el cambio microbiota selectiva (Bifidobacterium spp), dando lugar a aumentos de péptido-2 producción endógena de tipo glucagón (GLP-2), mejorando así las funciones de barrera intestinal y proporcionar uniones más estrictas y menos inflamación (77).

La integridad mejorada de la barrera GI puede ayudar a reducir el LPS en plasma. Los LPS son una endotoxina derivada de bacterias, son un reactivo inflamatorio que desempeña un papel en el desarrollo de trastornos y afecciones metabólicas inflamatorias, y se encuentran principalmente en bacterias gramnegativas (78). Los LPS inducen la activación del receptor Toll-like 4, que conduce a la inflamación debido a la liberación de citoquinas y quimiocinas proinflamatorias (79). Se ha demostrado que la inulina enriquecida con oligofructosa (10 g / día) disminuye significativamente los LPS en plasma, en comparación con la maltodextrina, para las mujeres con diabetes tipo 2 (80).

Efectos sobre la defensa del sistema inmune

Muchos tipos de células que se encuentran en el tracto GI del huésped juegan un papel crítico en la respuesta y señalización del sistema inmune. Las células TREG, las células T efectoras, las células asesinas naturales y las células B están todas influenciadas por los prebióticos y los metabolitos que se forman por su fermentación (81, 82). Aunque se desconocen los mecanismos exactos que influyen en el sistema inmune, es probable que se deba a que los metabolitos, incluidos los AGCC, se producen a partir de la fermentación de los prebióticos. Se ha demostrado que el butirato en particular influye en los macrófagos, las células T y las células dendríticas (81).

Fuentes de fibra dietética prebiótica

Varias categorías de fibras dietéticas prebióticas muestran diferentes beneficios para la salud. Los FOS, la inulina y el GOS se han considerado durante mucho tiempo prebióticos. Sin embargo, muchas otras categorías y compuestos ofrecen beneficios de salud a los consumidores, aunque en diversos rangos de eficacia. Las siguientes 8 categorías de fibra dietética prebiótica tienen suficiente evidencia de que promueven la salud digestiva para los consumidores.

Beta glucano

Los beta-glucanos son compuestos solubles situados en las paredes celulares del endosperma de granos de cereales, compuestos de unidades de D-glucopiranosilo lineales con una mezcla de β- (1,3) y ácido beta- (1,4) enlaces glicosídicos, y también se encuentran en alimentos como hongos, algas y otras plantas marinas. La avena y la cebada son las 2 fuentes más altas de betaglucanos hoy en día en la dieta (83). Debido a su variación en términos de ramificación y longitud, los beta-glucanos pueden tener una amplia gama de impactos en la salud GI del huésped (84).

FOSs, oligofructosa e inulina

Los compuestos de fructano (β [2,1] -fructanos) se encuentran en una amplia gama de estructuras y alimentos. La inulina típicamente tiene un grado de polimerización (DP) de entre 3 y 60 monómeros de fructano. La oligofructosa se produce a partir de la degradación química de estos productos con enzimas endoglicosidasa, produciendo un producto con un DP de 2-20. Los FOS se producen típicamente a partir de la transfructosilación de sacarosa y contienen 2 y 4 unidades de fructosilo unidas por enlaces β (2,1). Todos estos compuestos ejercen fuertes efectos bifidogénicos, aunque la duración de la polimerización influye en estos efectos (85).

GOSs

Los GOS son mezclas de oligosacáridos derivados de la glucosilación enzimática de la lactosa primaria, que utilizan principalmente β-galactosidasas para catalizar diversas reacciones de transgalactosilación (86). Los GOS típicos están compuestos por 2-10 moléculas de galactosa y 1 molécula de glucosa, principalmente sintetizadas a partir de la actividad enzimática (87). La pureza, el grado de polimerización, el tipo y la dosificación de GOSs influyen en la capacidad prebiótica en muchos estudios clínicos (86).

Isomaltooligosacáridos

Los isomaltooligosacáridos son monómeros de glucosa unidos por enlaces α (1,6) -glucosídicos preparados a partir del tratamiento enzimático del almidón de maíz con α-amilasa, pululanasa y α-glucosidasa (88), y sus componentes principales son isomaltosa, isomaltotriosa y panose. Dependiendo del DP final, las dosis efectivas oscilan entre 5-10 g / d para la mayoría de los individuos (89). También se ha demostrado que se toleran dosis de hasta 30 g / d en adultos, con solo efectos secundarios gastrointestinales leves notados (90).

Goma de guar

La goma guar, en su estado intacto, es un galactomanano formador de geles fabricado a partir del endosperma de la planta Cyamopsis tetragonolobus, y está compuesto principalmente por polisacáridos de alto peso molecular ([1,4] unidades de β-D-manopiranosilo enlazadas con [1] , Restos de cadena lateral de \ alpha - D - galactopiranosilo enlazados en 6) (91). El guar se usa comúnmente en productos lácteos, panadería, cereales y productos cárnicos.

Lactulosa

La lactulosa es un disacárido compuesto por galactosil β (1,4) fructosa derivada de la isomerización primaria y secundaria de la lactosa, no digerible por las enzimas de los mamíferos, ni hidrolizada o absorbida en el intestino delgado. Aunque no se encuentran de forma natural en los alimentos, los estudios clínicos limitados han mostrado consistentemente efectos beneficiosos debido a la fermentación de estos compuestos.
RS y maltodextrina

Los RS son una amplia categorización de muchas clases de almidones formados bajo una variedad de condiciones, pero todos escapan de la digestión en el tracto gastrointestinal superior. La maltodextrina resistente es una dextrina de baja viscosidad y altamente soluble en agua que se produce al tratar almidón de maíz con numerosos procesos ácidos, enzimáticos y de calentamiento, y se usa en una variedad de aplicaciones. Algunos RS se encuentran naturalmente en los alimentos, mientras que otros son puramente sintéticos (92).

Xilooligosacáridos y arabinooligosacáridos

Los xilooligosacáridos (XOS) se componen de entre 2 y 10 monómeros de xilosa unidos a enlaces β 1,4 con DP ≤ 20 (93, 94). Los XOS se encuentran comúnmente en productos lácteos, cereales, barras, bebidas deportivas y bebidas isotónicas (95). Se ha demostrado que las dosis de ≤ 12 g / d son bien toleradas en estudios de intervención humana. Japón es responsable de casi la mitad de la producción y el consumo de XOS en todo el mundo, y se han aprobado como ingrediente para “Alimentos para uso específico de la salud” desde 1991, y de acuerdo con la regulación, se espera que tengan un efecto específico sobre la salud (96 )

Conclusión

Las fibras dietéticas prebióticas son categorías amplias de compuestos, que muestran beneficios de salud para mejorar la salud digestiva de los consumidores. Al igual que con otros compuestos dietéticos, la moderación y la variedad constituyen aún la parte más importante de la recomendación y el uso. Las 8 clases de fibras dietéticas prebióticas muestran ≥1 de los 8 beneficios para la salud directamente debido a la fermentación de los compuestos. Los prebióticos tradicionales de FOSs, inulina y GOSs aún proporcionan la mayor evidencia de efectos beneficiosos para la salud debido a su fermentación, pero muchas otras categorías de compuestos pueden ser tan efectivas o más efectivas que los prebióticos tradicionales. Cuando se toman en las dosis apropiadas, las 8 de estas categorías de compuestos respaldan la salud digestiva debido a su fermentación.