Imeytymätön proteiini ja hiilihydraatti vaikuttavat päinvastoin terveyteen

Monet tietävät, että kuitu ei imeydy elimistössä. Vähemmän tunnettua on, että on olemassa ns. huonosti imeytyviä, paksusuolessa fermentoituvia hiilihydraatteja. Osa näistä hiilihydraateista on kuituja, mutta myös esim. laktoosi, sorbitoli ja ksylitoli kuuluvat niihin. Kaikkein huonoiten tunnettua on, että 10 % proteiinista jonka syömme jää imeytymättä ja päätyy paksusuolen bakteerien mutusteltavaksi.

Bakteerit, hiivat ja arkit eivät elele suolistossamme pyhällä hengellä vaan tarvitsevat ruokaa melko tasaisella syötöllä. Imeytymätön hiilihydraatti on kelpo ruokaa monelle bakteerilajille, erityisesti elimistön terveyttä edistäville bakteereille, kuten bifido- ja laktobasilli-bakteereille. Proteiini kelpaa toisentyyppisille bakteereille, aivan erityisesti sellaisille, joita ei pidetä terveyttä edistävinä. Rasva sen sijaan kelpaa huonosti suoliston bakteereille.

Tästä kirjoituksessa imeytymättömän hiilihydraatin ja proteiinin kohtalosta elimistössä ja niiden merkityksestä terveydelle.

Mitä enemmän liha tai muu eläinproteiini on ruskistunut, sitä enemmän sitä todennäköisesti päätyy paksusuolen bakteerien ruuaksi.

Imeytymätön proteiini

Proteiini hajoaa tavallisesti ruuansulatusentsyymien vaikutuksesta aminohapoiksi ja peptideiksi, jotka imeytyvät verenkiertoon elimistön rakennusaineiksi.

Noin 8 grammaa jää imeytymättä

Osa proteiinista ei kuitenkaan imeydy. Äskettäin ilmestyneen katsausartikkelin mukaan paksusuoleen päätyy n. 12-18 g proteiinia vuorokaudessa (Scott et al. 2013). Toinen puoli tästä on todellisuudessa peräisin ruuansulatusentsyymien aminohapoista, mutta toinen puoli on ruuan sulamattomasta proteiinista. Paksusuolen bakteerit pystyvät käyttämään tätä imeytymätöntä proteiinia ruuakseen, eli fermentoitavat (käyttävät) sitä aivan kuten imeytymättömiä hiilihydraattejakin.

Valikoituneet bakteerit fermentoivat proteiinia

Tyypillisiä bakteereita, jotka fermentoivat imeytymätöntä proteiinia ovat sakkarolyyttiset bakteerit, aivan erityisesti Bacteroides lajit (varskinkin B. fragilis) ja myös Clostridium perfringens, propionibakteerit, streptokokit, basillit ja stafylokokit. Nämä ovat aivan eri bakteeriryhmiä kuin ne jotka ovat vastuussa hiilihydraattien fermentoimisesta (bifidobakteerit, laktobasillit). (Scott et al. 2013)

Proteiinin fermentaatio tapahtuu paksusuolen loppu- eli distaalisessa osassa, kun bakteerit ovat käyttäneet loppuun imeytymättömän hiilihydraatin. Suoli näyttää siis suosivan hiilihydraattien fermentoimista, jos sitä on ruokavalion puolesta tarjolla. (Scott et al. 2013)

Imeytymättömän proteiinin lopputuotteet 

Imeytymättömän proteiinin vaikutuksesta paksusuoleen syntyy sulamattomasta proteiinista tai  siitä ”jää” hajoamistuotteena:

• Imeytymätöntä rautaa, erityisesti hemi-rautaa kun on kyse naudan lihasta
• Ammoniakkia
• Amiineja
• Sulfideja
• Haaraketjuisia rasvahappoja (branched chain fatty acids, BCFAs), erityisesti valeriaanahappoa, isovaleriaanahappoa ja isovoihappoa. Nämä syntyvät erityisesti haaraketjuisista aminohapoista leusiini, isoleusiini ja valiini (BCAA, brainched chain amino acids)
• Paksusuolen pH nousee eli suoli muuttuu emäksisemmäksi

Edellä mainittyjen haaraketjuisten rasvahappojen määrää ulosteessa pidetään lihan käytön merkkiaineena.

Sulamattoman proteiinin ”kohtalo” paksusuolessa. Lähde: Kim E, et al. Review of the association between meat consumption and risk of colorectal cancer. Nutr Res. 2013;33:983-94.

Eri proteiinilaatujen vaikutus suoliston pintaan ja haitallisiin yhdisteisiin 

Koe-eläinkokeissa runsaasti joko eläin- tai kasviproteiinia sisältävä ruokavalio lisää kolonosyyttien (paksusuolen pintasolujen) vauroitumista. Tosin punainen liha lisää soluille myrkyllisten yhdisteiden syntyä, kun taas valkoinen liha aiheuttaa niitä vähemmän.  Heraproteiini ei edistä niiden syntyä lainkaan. (Windey et al. 2011)

Erityisesti lihan paistamisen yhteydessä Mailard-reaktiossa (ruskistumisessa) syntyy sokeroituneita proteiineja, jotka eivät imeydy ohutsuolessa, vaan kulkeutuvat paksusuolen bakteerien fermentoitavaksi (Tuohy et al. 2006).

Hemiraudan runsas saanti lisää koe-eläinten paksusuolen pintasolujen vauriota ja hyperplasiaa eli liikakasvua (IJssennagger et al 2012). Hemirauta aiheuttaa ihmisessä syövän riskiä lisäävien N-nitroso-yhdisteiden määrän yli 5-kertaistumisen lihattomaan ruokavalioon nähden (Lunn et al. 2007).

N-nitroso-yhdisteiden määrä (ATNC) ulosteessa prosessoitua ja punaista lihaa runsaasti (240 g/vrk) sisältävän ruokavalion jälkeen suhteessa lihattomaan ruokavalioon (control). 2 vrk:n syöttökoe ileostomia-potilailla. Lähde: Lunn et al. Carcinogenesis 2006; 28: 685-690

Suuri annos rasvaista kalaa (≥ 300 g) päivittäin näyttääkin vähentävän merkittävästi aiheuttavien N-nitroso-yhdisteiden syntyä ja eritystä ulosteeseen 3 vuorokauden syöttökokeessa, kun vertailukohteena iso annos (≥ 260 g) punaista lihaa (Joosen et al. 2010).  Siipikarja aiheuttaa myös selvästi vähemmän N-nitroso-yhdisteiden syntyä kuin punainen liha (Bingham et al. 2002, kuva alla).

≤ 60 g/pv punaista lihaa sisältävän ruokavalion (LM), runsaasti (600 g/pv) punaista lihaa (HRM) ja runsaasti siipikarjaa (600 g/pv) (HWM) sisältävien ruokavalioiden vaikutus N-nitroso-yhdisteiden (ATNC) määrään ulosteessa. Lähde: Bingham et al. J Nutr. 2002 Nov;132(11 Suppl):3522S-3525S.

Vähähiilihydraattisen ruokavalion vaikutus suoliston olosuhteisiin 

Vähäisesti fermentoituvia hiilihydraatteja mutta runsaasti proteiinia sisältävä ruokavalio lisää haaraketjuisten rasvahappojen, vähentää lyhytketjuisten rasvahappojen ja lisää N-nitroso-yhdisteiden määrää ulosteessa sekä tekee suolen vähemmän happamaksi (pH ↑) (Russell et al 2011 ja Brinkworth et al. ). Lisäksi bifidobakteerien määrää suolessa vähenee.

Juuri ilmestyneessä Nature-lehden tutkimuksessa havaittiin, että punaiseen ja prosessoituun lihaan sekä juustoon lähes yksinomaan painottuva vähähiilihydraattinen ruokavalio muuttaa suoliston bakteeristoa päivässä suolistoterveyttä heikentävään suuntaan lisäten mm. Bilophila wadsworthian ja muiden sappea sietävien mikrobien osuutta suolistossa (David et al. 2014). Nature-lehden toimittaja päättelee tutkimuksesta:

”The animal-based diet was associated with higher levels of bile-tolerant microorganisms, including the bacterium Bilophila wadsworthia, which has previously been linked to inflammatory bowel disease.”

Tutkimus, johon edellä Bilophila wadsworthian ja suolistotulehdusten osalta viitataan, osoitti runsaan maitorasvan saannin lisäävän suolistotulehdusten vaaraa koe-eläimillä (Devkota et al. 2012). Siis sekä äärimmäinen maitorasvan rasvahappoja että punaista lihaa sisältävä ruokavalio sisältävä muutoin hyvin suppea ruokavalio ajaa bakteeristoa Bilophila wadsworthiaa suosivaksi.

Lihavilla suppeampi mikrobiomi, johon voi vaikuttaa myönteisesti lihaakin sisältävällä laihdutusruokavaliolla 

Viime syksynä Nature-lehdessä julkaistuissa kahdessa tutkimuksessa havaittiin, että mitä monimuotoisempi paksusuolen mikrobiomin geenistö on, sitä epätodennäköisempää on lihavuuus ja kytevä matala-asteinen tulehdus (Cotillard et al. 2013, Le Chatelier et al. 2013). Cotillardin tutkimuksessa puolestaan havaittiin lisäksi, että myös kalorirajoitteinen sopivan proteiinipitoinen, lihaa (60 g/pv) ja maitotuotteita (230 g/pv) sisältävä ruokavalio lisää monimuotoisuutta ainakin, jos samaan aikaan saa runsaasti fermentoituvia hiilihydratteja hedelminä ja kasviksina (530 g/pv). Sokerin ja tärkkelyksen saanti puolittui samaisella jaksolla lähtötilanteeseen nähden. Asia ei siis ole ihan yksioikoinen, pelkkä lihan tai eläinproteiinin läsnäolo ei ole ongelma, vaan myös mm. fermentoituvien hiilihydraattien saanti vaikuttaa kokonaistilanteeseen suolistossa.

Vegaanien suoliston mikrobiotta ei kykene tuottamaan haitallista TMAO:ta lihasta tai muusta proteiinin lähteestä

New England Journal of Medicine – ja Nature Medicine -tiedelehdissä julkaistuissa tutkimuksissa puolestaan osoitettiin, että kasviruokavaliota noudattavien paksusuolen mikrobisto ei pysty tuottamaan ateroskleroosia potentiaalisesti kiihdyttävää ainetta TMAO:ta karnitiinista tai lesitiinistä kuten punaista lihaa syövien (Koeth et al 2013, Wang et al 2011 ja Tang et al. 2013 ). Tätä tutkimussarjaa on hiljattain referoitu Lääkärilehdessä (Koistinen Heikki 2013).

Punainen ja prosessoitu liha lisäävät paksusuolen tulehduksen ja -syövän vaaraa

Edellä kuvatut alkuvaiheiden tutkimustiedot ovat yhdensuuntaisia sen kanssa, mitä on havaittu väestötutkimuksien meta-analyyseissä. Ihmisillä punaisen lihan ja prosessoidun lihan runsas käyttö lisää sekä paksusuolen syöpäriskiä ja yleensä runsasproteiininen ruokavalio paksusuolen tulehduksen (colitis ulcerosa) riskiä etenevien väestötutkimusten mukaan (Chan et al. 2011 ja Hou et al. 2011). Syöpäyhteys on havaittu mm. puoli miljoona eurooppalaista kattaneessa EPIC-tutkimuksessa (Epic-syöpä diat).

Punaisen ja prosessoidun lihan yhteen laskettu vaikutus paksusuolen syöpäriskiin. Lähde: Red and processed meat and colorectal cancer incidence: meta-analysis of prospective studies.
Chan DS, Lau R, Aune D, Vieira R, Greenwood DC, Kampman E, Norat T.
PLoS One. 2011;6(6):e20456

Kaikki kasvikunnan tuotteet sisältävät erilaisia  huonosti imeytyviä hiilihydraatteja.

Imeytymätön hiilihydraatti

Nopeasti fermentoituvat hiilihydraatit

Imeytymättömiä ja paksusuolessa fermentoituvia hiilihydraatteja ovat erityisesti seuraavat: oligofruktoosi (FOS), oligogalaktoosi (GOS), inuliini, raffinoosi, beta-glukaani, pektiini, polydektroosi, resistentti (tai resistantti) tärkkelys, guarkumi, fruktoosi suurina annoksina suhteessa glukoosiin, laktoosi (varsinkin laktoosi-intoleranssissa), laktuloosi, sokerialkoholit eli ksylitoli, sorbitoli, mannitoli, isomalti jne.

Näistä FOS, GOS, raffinoosi, fruktoosi tietyin varauksin, laktoosi ja sokerialkoholit palavat (fermentoituvat) paksusuolessa vikkelästi ja täydellisesti sekä ovat omiaan aiheuttamaan oireita ärtyvän suolen oireyhtymässä. Nämä ovat ns. FODMAP-hiilihydraatteja.

Hitaasti mutta lähes täydellisesti fermentoituvat hiilihydraatit

Paksusuolessa fermentoituvia hiilihydraatteja on siis muitakin kuin FODMAP-hiilihydraatit. Nämä muut ovat hitaasti ja epätäydellisesti fermentoituvia, yleensä pitkäketjuisempia tai haaroittuvia molekyylejä, joita bakteerit eivät pysty kovin tehokkkaasti fermentoimaan. Siksi ne aiheuttavat myös vähemmän kaasun muodostusta ja muita vatsavaivoja. Tähän ryhmään kuuluu hedelmien ja marjojen pektiini, kauran beta-glukaani, viljojen ja perunan resistentti tärkkelys ja keinotekoinen polydekstroosi. (FAO, Slavin 2013)

Vajavaisesti fermentoituvat hiilihydraati

Sellaisetkin hiilihydraatit, joita ei pidetä fermentoituvina fermentoituvat ainakin osittain. Tähän listaan kuuluut psyllium (isphagula), hemiselluloosa ja selluloosa (FAO). Ilmeisesti ligniini ei kuitenkaan fermentoidu (Slavin 2013).

On esitetty länsimainen ihminen saisi keskimäärin 40 grammaa fermentoituvia hiilihydraatteja (Scott et al. 2013). Arvio on kuitenkin hatara, koska mm. fermenoituvien hiilihydraattien määritelmä vaihtelee.

Nopeita ja ehkä muitakin fermentoituvia hiilihydraatteja voi kutsua myös prebiooteiksi

Prebioottiekspertti Marcel Roberfroidin on määritellyt prebiootit hiilihydraateiksi, jotka:

Tästä seuraa, että juuri fermentoituvat hiilihydraatit ovat prebiootteja.

Teoreettiset edut  

Ainakin teoriassa fermentoituvat hiilihydraatit parantavat vastustuskykyä, vähentävät suolistotulehdusten vaaraa, lisäävät kylläisyyttä, vähentävät painoa, ehkäisevät suolistosyöpää ja vaikuttavat suotuisasti sydän- ja verisuonitautien riskitekijöihin. Näiden vaikutusten ajatellaan välittyvän pitkälti lyhytketjuisten rasvahappojen, erityisesti butyraatin sekä terveyttä edistävien suolistobakteerien kasvun välityksellä. Prebiootit lisäävät myös sekä kalsiumin ja magnesiumin imeytymistä. (Slavin 2013, Roberfroid 2007)

On alustavaa näyttöä siitä, että myös polyfenolit vaikuttavat myönteisesti suoliston mikrobiomiin. Ne edesauttavat edullisten suolistobakteerien kasvua, mm. bifidobakteerien  (Queipo-Ortuño et al. 2012) ja vaikuttavat mm. lihavuuteen liittyvien Firmicutes-bakteerien osuuteen suolistossa (Rastmanesh et al. 2011). 

Koe-eläintutkimuksessa on havaittu, että punainen liha pahentaa keinotekoista suolistotulehdusta. Resistentin tärkkelyksen syöttäminen yhtä aika  kuitenkin vähentää hemiraudan pahentamaa tulehdusta (Leu et al. 2013).

Fermentoituvat hiilihydraatit vähentävät suolistotulehduksen ja suolistosyövän riskiä

Väestötutkimuksien meta-analyysien mukaan runsaasti kuitua, erityisesti viljan kuitua, sisältävä ruokavalio vähentää suolistosyövän riskiä (Aune et al. 2011). Runsaasti kasviksia, hedelmiä ja marjoja sisältävä ruokavalio vähentää puolestaan suolistotulehduksien riskiä systemoidun kirjallisuuskatsauksen mukaan (Hou et al. 2011).

Runsas kuidun saanti vähentää suolistosyövän riskiä. Lähde: Aune et al. BMJ 2011;343:d6617

Useissa väestötutkimuksien meta-analyyseissä on havaittu, että runsas kuitupitoisten ja polyfenolirikkaiden rikkaiden kasvisten, marjojen, hedelmien, palkokasvien ja täysjyväviljan saanti vähentää lisäksi mm. lihomisen riskiä, sydän- ja verisuonitautienriskiä, sekä yleensä syöpien riskiä väestötutkimuksien meta-analyysien mukaan (Fogelholm et al. 2012, Ye et al. 2012, WCFR 2007). Näitä raaka-aineita runsaasti sisältävä perinteinen Välimerellinen ruokavalio vähentää tuntuvasti sydän- ja verisuonisairauksia myös satunnaistettujen tutkimuksien mukaan (Dalen & Devries 2013).

Paksusuolen mikrobit (bakteerit, hiivat ja arkit) odottelevat imeytymätöntä hiilihydraattia sinne saapuvaksi. Myös proteiini kelpaa.

Lopuksi

Ruokavaliolla on ratkaiseva vaikutus siihen millainen mikrobisto paksusuolessamme majailee. ”Värikkäät” ja kuitupitoisimmat kasvikunnan tuotteet luovat terveyttä edistävät olosuhteet paksusuoleen imeytymättömän hiilihydraatin avulla . Runsaasti hemirautaa ja ruskeaksi paistunutta proteiinia sisältävä ruokavalio tuottaa suolistolle epäedulliset olosiuhteet, jotka voivat heijastua koko elimistön terveyteen suoliston lisäksi. Käytännön tasolla suoliston olosuhteille terveellinen ruokavalio, jonka kuvasin täällä, tai jota uudet suomalaiset ravitsemussuositukset suosittavat.

Suoliston bakteereille huonoa tekee vähäinen kasvisten, marjojen, hedelmien, palkokasvien, siemenien, pähkinöiden ja täysjyväviljan sekä runsas lihan käyttö. Maitotaloustuotteiden ja kananmunan vaikutuksista on melko vähän tietoa. Valkoinen liha ja kala vaikuttavat olevan lempeämpiä paksusuolelle ja sen bakteereille kuin nauta. Runsaan lihan käytön suolistovaikutuksia voi torjua jossain määrin kuitupitoisten kasvikunnan tuotteiden runsaalla käytöllä.

IBS-potilaan ruokavaliossa rajoitetaan vain FODMAP-hiilihydraattien ryhmää, ja pyritään lisäämään hitaita ja vain osittain fermentoituvia hiilihydraatteja.

Yhteenveto elintappojen vaikutuksesta paksu- ja peräsuolen syövän riskiin (=CRC). Lähde: Kim et al. Nutr Res 2013;33:983-94.

Keskeistä sanastoa

Arkki= Arkkieliöt (Archaea), yksisoluisia mikro-organismeja

Bakteerifloora=bakteerikannat suolistossa, iholla ja limakalvoilla. Väistyvä termi, koska jättää käsitteenä ulos hiivat ja arkit jotka kuuluvat varsinkin suolistoon mikrobikirjoon.

SCFA=short chain fatty acids, lyhytketjuiset rasvahapot (asetaatti, propionaatti, butyraatti)

BCFA= branch chain fatty acids, haaraketjuiset rasvahapot (valeriaanahappo, isovaleriaanahappo, isovoihappo)

BCAA= branch chain amino acids, haaraketjuiset aminohapot (leusiini, isoleusiin, valiini). Tyypilllisiä aminohappoja, eli proteiinin osia on runsaasti esimerkiksi punaisessa lihassa ja kanassa.

Fermentaatio= hapettomissa olosuhteissa tapahtuva käymisreaktio, jossa bakteerit, arkit ja hiivat käyttävät ravinnokseen erityisesti hiilihydraattifraktioita ja toissijaisesti proteiinia

Laktuloosi=galaktoksiin ja fruktoosin disakkaridi, jota muodostuu luontaisesti maitoon esim. hyvin korkeissa lämpötiloissa (mm. UHT-prosesissa). Käytetään nestemäisenä ummetuslääkkeenä.

Mikrobi= bakteeri, hiiva, virus tai arkki

Mikrobiomi=suolistossa, iholla ja muualla ruumiin onteloissa tavanomaisesti elelevät ja sinne kuuluvat bakteerit, hiivat ja arkit. Ennen puhuttiin bakteerifloorasta tai normaalifloorasta, mutta tämä nimitykset ovat väistymässä mikrobiomin ja mikrobiotan edestä.

TMAO=Trimethylamine N-oxide, trimetyyliamiini-N-oksidi. Lesitiinin (tarkemmin koliinin) ja L-karnitiinin aineenvaihdunnassa syntyy suoliston mikrobeissa trimetylamiinia (TMA), joka imeytyy verenkiertoon ja muuttuu maksassa mono-oksidaasin (FMO) vaikutuksesta TMAO:ksi. TMAO on eläinkokeissa ja alustavissa väestötutkimuksissa lisännyt ateroskleroosia.

Lukemista

Windey K;,DePreter V, Verbeke A. Relevance of protein fermentation to gut health. Molecular Nutrition & Food Research 2012;56:184-196.

Scott KP, Gratz SW, Sheridan PO, ym. The influence of diet on the gut microbiota. Pharmacological Research 2013;69:52–60.