Οι ετικέτες τροφίμων κάνουν τις θερμίδες να φαίνονται απλές. Δείχνουν τον αριθμό θερμίδων ανά μερίδα, ο οποίος υπολογίζεται με βάση την περιεκτικότητα του τροφίμου σε λίπος, υδατάνθρακες και πρωτεΐνη. Αλλά μέσα στο σώμα, η πέψη είναι πολύ πιο περίπλοκη. Η τροφή διέρχεται μέσα από ένα ζωντανό μικροβιακό οικοσύστημα που μπορεί να επηρεάσει πόσες από αυτές τις θερμίδες απορροφά τελικά ο άνθρωπος.
Ένα νέο μαθηματικό μοντέλο που αναπτύχθηκε από ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Αριζόνα εξετάζει πιο προσεκτικά αυτό το κρυφό κομμάτι της πέψης. Το μοντέλο, που ονομάζεται DAMM (από τα αρχικά των λέξεων digestion, absorption and microbial metabolism – πέψη, απορρόφηση και μικροβιακός μεταβολισμός), παρακολουθεί την τροφή μέσω του πεπτικού σωλήνα, εκτιμώντας τι απορροφά άμεσα το σώμα, τι φτάνει στο παχύ έντερο και πώς τα μικρόβια του εντέρου βοηθούν στην επεξεργασία του υπολειπόμενου υλικού μετατρέποντάς το σε προϊόντα που είτε απορροφώνται είτε απεκκρίνονται. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό PLOS One.
Το μοντέλο θα μπορούσε ενδεχομένως να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα την παχυσαρκία, τον διαβήτη και άλλες μεταβολικές διαταραχές, δείχνοντας πώς διαφορετικές δίαιτες επηρεάζουν τόσο το ανθρώπινο σώμα όσο και τη μικροβιακή κοινότητα εντός του παχέος εντέρου.
Με περαιτέρω έρευνα, θα μπορούσε να γίνει ένα εργαλείο για να βοηθήσει τους παρόχους υγειονομικής περίθαλψης να σχεδιάζουν πιο εξατομικευμένες δίαιτες για τους ασθενείς τους.
«Η πέψη δεν είναι αποκλειστικά ανθρώπινη διαδικασία -είναι μια συνεργασία μεταξύ του σώματός μας και των τρισεκατομμυρίων μικροβίων που ζουν στο έντερο», δήλωσε η καθηγήτρια Rosa Krajmalnik-Brown. «Το DAMM μας δίνει έναν ισχυρό νέο τρόπο να ποσοτικοποιήσουμε πώς αυτοί οι μικροβιακοί συνεργάτες συμβάλλουν στην ανθρώπινη υγεία και ενεργειακή ισορροπία, και επίσης να αναδείξουμε τη σημασία της σωστής διατροφής των μικροβίων του εντέρου μας».
Η Krajmalnik-Brown διευθύνει το Biodesign Center for Health Through Microbiomes. Είναι επίσης καθηγήτρια στη Σχολή Βιώσιμης Μηχανικής και του Δομημένου Περιβάλλοντος στο ASU.
Πέρα από την καταμέτρηση θερμίδων
Για περισσότερο από έναν αιώνα, οι επιστήμονες βασίζονται στις παραμέτρους Atwater για να εκτιμήσουν την ενέργεια που λαμβάνουν οι άνθρωποι από την τροφή, μετρούμενη σε θερμίδες. Η μέθοδος πολλαπλασιάζει την ποσότητα πρωτεΐνης, υδατανθράκων και λίπους στο τρόφιμο με τις μέσες μεταβολίσιμες θερμίδες ανά γραμμάριο του καθενός.
Το σύστημα είναι απλό και χρήσιμο, αλλά δεν αποτυπώνει τη μικροβιακή πλευρά της πέψης, συμπεριλαμβανομένου του πώς διαφορετικές δίαιτες τροφοδοτούν τα μικρόβια του εντέρου ή πώς αυτά τα μικρόβια παράγουν ενώσεις όπως τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου (SCFAs) από φυτικές ίνες και άλλες μη απορροφούμενες τροφές στο παχύ έντερο.
Η νέα έρευνα βασίζεται σε μια ελεγχόμενη διατροφική μελέτη που εξέτασε πώς το μικροβίωμα του εντέρου επηρεάζει την ενεργειακή ισορροπία του ανθρώπου. Το μικροβίωμα του εντέρου είναι η τεράστια κοινότητα βακτηρίων και άλλων μικροβίων που ζουν στο πεπτικό σύστημα.
Στη μελέτη, υγιείς ενήλικες κατανάλωσαν δύο προσεκτικά σχεδιασμένες δίαιτες: μια δίαιτα που ενισχύει το μικροβίωμα, πλούσια σε φυτικές ίνες και ανθεκτικό άμυλο (λιγότερο επεξεργασμένα τρόφιμα και τρόφιμα με μεγαλύτερο μέγεθος σωματιδίων) σε σύγκριση με μια πιο τυπική δυτική δίαιτα χαμηλότερη σε αυτά τα συστατικά (περισσότερο επεξεργασμένα τρόφιμα και μικρότερο μέγεθος σωματιδίων). Τα άτομα που ακολούθησαν τη δυτική δίαιτα απορρόφησαν περίπου 116 περισσότερες θερμίδες την ημέρα από εκείνα που ακολούθησαν τη δίαιτα πλούσια σε φυτικές ίνες. Ωστόσο, η ομάδα με την υψηλή περιεκτικότητα σε φυτικές ίνες δεν αισθάνθηκε μεγαλύτερη πείνα.
«Αυτό που είναι πραγματικά μοναδικό στο μοντέλο DAMM είναι ότι συνδέει ποσοτικά τον ανθρώπινο μεταβολισμό με τον μεταβολισμό των μικροοργανισμών στο παχύ έντερο με τρόπο που ταιριάζει με τα αποτελέσματα της κλινικής μελέτης και παρέχει θεμελιώδη γνώση για το πώς η μικροβιακή κοινότητα λειτουργεί σε συνεργασία με τον ανθρώπινο ξενιστή», δήλωσε ο Rittmann.
Παρακολουθώντας την κρυμμένη ενέργεια
Το DAMM ξεκινά διαχωρίζοντας μια δίαιτα στα θρεπτικά συστατικά που αποτελούν την πρωτεΐνη, τους υδατάνθρακες και το λίπος. Στη συνέχεια, εκτιμά πόση χρησιμοποιήσιμη ενέργεια από αυτά τα συστατικά απορροφάται στην ανώτερη πεπτική οδό.
Έπειτα, παρακολουθεί το υλικό στο παχύ έντερο, όπου τα μικρόβια του εντέρου διασπούν τα υπόλοιπα συστατικά της τροφής που διέφυγαν της νωρίτερης πέψης. Κατά τη διαδικασία, παράγουν λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου, τα οποία μπορούν να απορροφηθούν μέσω του παχέος εντέρου και να χρησιμοποιηθούν από το σώμα ως πρόσθετες θερμίδες. Το μοντέλο λαμβάνει επίσης υπόψη την παραγωγή μεθανίου από ορισμένα μικρόβια γνωστά ως μεθανογόνα.
Αυτή η μικροβιακή συμβολή είναι σημαντική. Το μοντέλο εκτίμησε ότι τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου που απορροφώνται από το παχύ έντερο συνεισφέρουν κατά μέσο όρο περίπου 140 θερμίδες την ημέρα, ή περίπου 7,4% της συνολικής χρησιμοποιήσιμης ενέργειας. Περίπου το 85% της χρησιμοποιήσιμης ενέργειας προήλθε από την ανώτερη γαστρεντερική οδό, ενώ περίπου το 15% προήλθε από την κατώτερη γαστρεντερική οδό, όπου η μικροβιακή δραστηριότητα παίζει κεντρικό ρόλο.
Όταν οι ερευνητές δοκίμασαν το DAMM έναντι των αποτελεσμάτων από την ελεγχόμενη διατροφική μελέτη, το μοντέλο προσέγγισε καλύτερα από την τυπική μέθοδο Atwater την εκτίμηση του πόσες θερμίδες απορρόφησαν πραγματικά οι άνθρωποι από την τροφή. Η τυπική μέθοδος τείνει να υποεκτιμά τις απορροφούμενες θερμίδες, ενώ το DAMM παρήγαγε εκτιμήσεις που ταίριαζαν περισσότερο με τις μετρήσεις της μελέτης.
Ένα μοντέλο ευαίσθητο στη διατροφή
Το μοντέλο επίσης κατέγραψε σημαντικές διαφορές μεταξύ της δίαιτας υψηλής και χαμηλής περιεκτικότητας σε φυτικές ίνες. Η δίαιτα που ενισχύει το μικροβίωμα παρέδωσε περισσότερο ζυμώσιμο υλικό στο παχύ έντερο, όπου τα μικρόβια μπόρεσαν να το μετατρέψουν σε λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου.
Το DAMM προέβλεψε υψηλότερη παραγωγή λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου σε αυτή τη δίαιτα, αντανακλώντας το γενικό πρότυπο που παρατηρήθηκε στην κλινική δοκιμή, όπου υψηλότερα επίπεδα λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου μετρήθηκαν σε δείγματα ορού και κοπράνων.
Τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου είναι κάτι περισσότερο από υποπροϊόντα της πέψης. Παράγονται όταν τα μικρόβια του εντέρου ζυμώνουν φυτικές ίνες και άλλα συστατικά της τροφής που δεν απορροφήθηκαν νωρίτερα στην πέψη, και ορισμένα από τα λιπαρά οξέα μπορούν να απορροφηθούν από το σώμα και να χρησιμοποιηθούν ως θερμίδες. Αλλά αυτό είναι μόνο ένα μέρος της συνολικής ενεργειακής ισορροπίας. Η δίαιτα που ενισχύει το μικροβίωμα οδήγησε σε λιγότερες καθαρές θερμίδες που απορροφήθηκαν συνολικά, ακόμη και καθώς αύξησε τη μικροβιακή δραστηριότητα και την παραγωγή λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου.
Το DAMM βοηθά τους ερευνητές να διαχωρίσουν αυτά τα κομμάτια της διαδικασίας, δείχνοντας τι απορροφά άμεσα το σώμα, τι παράγουν τα μικρόβια και τι τελικά απορροφάται ή απεκκρίνεται.
«Το μοντέλο DAMM είναι κάτι περισσότερο από ένα εργαλείο για τον χαρακτηρισμό της δίαιτας», δήλωσε η Davis. «Είναι ένα πλαίσιο σχεδιασμένο να εξελίσσεται. Καθώς ανακαλύπτουμε περισσότερα για το πώς η διατροφή, ο μεταβολισμός και τα μικρόβια αλληλεπιδρούν, οι νέες γνώσεις μπορούν να ενσωματωθούν στο μοντέλο, επιτρέποντάς του να αναπτύσσεται μαζί μας καθώς μαθαίνουμε».
Περισσότερες πληροφορίες: Taylor L. Davis et al, Modeling the microbial contribution to human energy balance using the Digestion, Absorption, and Microbial Metabolism (DAMM) model, PLOS One (2026). DOI: 10.1371/journal.pone.0347668.
