膳食纤维对功能性便秘症状的影响
膳食纤维对功能性便秘症状的影响
功能性便秘（functional constipation，FC）是一种常见的功能性肠病，以排便困难、排便次数减少或排便不尽感为主要表现，且不符合肠易激综合征的诊断标准，其他症状还包括腹痛、腹胀等。目前认为FC的发生与生活方式、饮食习惯、肠道动力、精神心理状态等多种因素相关。FC的药物治疗以经验性应用缓泻剂为主，其他还包括促胃肠动力药物、纤维素补充、益生菌、益生元等。增加膳食纤维摄入是慢性便秘的基础治疗之一[1]。有研究指出，增加膳食纤维摄入可降低便秘发病率[2,3]，亦有研究不支持该结论[4,5]。多数研究支持膳食纤维可以改善FC的症状，但部分研究发现膳食纤维对便秘的某些症状无效甚至会加重症状。例如：Badiali等[6]的研究显示，麦麸有助于增加慢性便秘患者排便次数、加快结肠传输，但便秘的其他伴随症状的频度和程度均未得到显著改善；Loening-Baucke等[7]的研究显示，葡甘聚糖在改善排便次数和腹痛方面有效，而在Chmielewska等[8]的研究中，葡甘聚糖对于慢性便秘的症状及排便次数并无改善作用，葡甘聚糖组的腹痛甚至重于对照组。本讲座就膳食纤维对于FC症状的影响及相关机制做一总结，以期探究FC患者中更适合增加膳食纤维摄入的人群。
一、膳食纤维概述
膳食纤维是指在人体小肠不能被消化吸收，而在大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其类似物的总称。膳食纤维根据在水中的溶解能力分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）。SDF包括树胶、果胶、瓜尔胶、植物黏胶、欧车前、葡甘聚糖等；IDF包括纤维素、半纤维素、甲基纤维素、木质素以及合成纤维（多羧钙）等，食物中的小麦麸、玉米糠、芹菜、果皮和根茎蔬菜是IDF的主要来源。根据纤维素在结肠内的发酵程度，可分为部分发酵类纤维和完全发酵类纤维，前者包括纤维素、半纤维素、木质素等，后者包括果胶、欧车前、瓜尔胶、菊粉、葡甘聚糖等。部分发酵类纤维多属于IDF，完全发酵类纤维多属于SDF。SDF和IDF的主要代谢部位不同，SDF主要在回肠和升结肠由细菌发酵，而IDF则主要在远端结肠发酵[9]。发酵产物为短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）和一些气体，前者主要包括乙酸、丙酸、丁酸，后者包括一氧化碳、氢气、甲烷等[10]。
二、膳食纤维对于FC的有利影响
研究显示，膳食纤维对FC的多种症状有改善作用：欧车前与多库酯钠比较，可以更明显地改善患者粪便含水量、增加总的便量、增加排便次数[11]；菊粉与麦芽糖糊精复合物可以增加排便次数，减轻排便费力、肛门直肠阻塞感及排便不尽感[12]；黑麦面包与低纤维面包相比，可以明显增加患者的排便次数、改善粪便性状、减轻排便费力[13]。膳食纤维改善FC症状的机制主要包括以下几方面：
（一）膳食纤维的物理特性对排便的影响
膳食纤维对于粪便性状的改善已在大量研究中得到肯定，这与其物理特性密切相关。膳食纤维具有保留水分的特性，可以促进粪便膨胀并增加粪便黏滞性[14]。粪便性状改善后可显著增加结肠动力、缩短结肠传输时间[15]，从而增加排便次数。不少研究证实服用膳食纤维可以使肠道传输时间缩短[16,17,18]，高膳食纤维饮食者的肠道传输时间较高脂饮食者明显缩短[19]。IDF吸水能力低于SDF，但IDF保留在肠腔中可以增加粪便体积，并刺激肠黏膜的分泌和肠壁运动[6]，且肠道内容物的物理性状可以影响肠道动力，粗糙的片状物与精细的颗粒状物相比可以明显缩短全消化道传输时间、口-盲肠传输时间[20]，因此IDF对肠道动力的促进可能也与其未经消化且质地粗糙相关。
（二）膳食纤维的代谢产物SCFA对肠道的影响
1．促进肠道动力：
SCFA具有促进肠道动力的作用，有研究显示粪便总SCFA含量与结肠传输时间呈负相关，与排便频率呈正相关[21]。首先，SCFA可以增加肠腔内渗透压，促进肠道蠕动。其次，SCFA可以影响肠道内分泌细胞的分泌功能，例如分泌5-羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）的肠嗜铬细胞、分泌YY肽（peptide Y，PYY）和胰高血糖素样肽1（glucagon-like peptide 1，GLP-1）的L细胞等。SCFA使肠腔内pH值降低、渗透压升高，刺激肠嗜铬细胞释放5-HT[22]，5-HT在肠神经系统的信号传导过程中有重要作用，可促进肠道运动、增加肠道黏膜分泌[23]。细胞实验显示丙酸盐可以刺激人结肠细胞分泌PYY和GLP-1，临床研究亦显示服用丙酸盐可以增加PYY和GLP-1的分泌，导致血浆PYY和GLP-1浓度上升[24]。PYY可以刺激水和电解质分泌，从而改善粪便性状、促进肠道动力。GLP-1虽对胃和小肠的动力有抑制作用，但对于结肠动力有促进作用[25]。SCFA还可能对肠神经元产生影响，一项研究显示丁酸盐可以提高胆碱乙酰转移酶表达阳性的肠神经元的比例，从而增加胆碱能介导的结肠环形肌收缩[26]。除结肠外，动物试验显示膳食纤维亦可增加回肠蠕动，主要与SCFA导致的酸性肠腔环境相关[27]。
2．保护肠道屏障：
SCFA，尤其乙酸、丙酸、丁酸，是肠黏膜上皮细胞的主要能量来源，提供正常结肠上皮细胞所需能量的60%~70%[26]。有研究显示，丁酸盐可以促进正常结肠上皮细胞的增殖，但却可以抑制结肠癌细胞的增殖，这与癌细胞的代谢途径转变有关，癌细胞由有氧代谢转变为糖酵解，从而使丁酸盐不能被代谢而累积在细胞中，抑制了组蛋白去乙酰化酶，故可抑制细胞生长[28]。肠道黏液层是肠道屏障的重要组成部分，其中发挥关键生理作用的成分为黏蛋白，黏液层对肠腔有润滑作用，同时对机械损伤、化学损伤和有害微生物有防御作用。洛哌丁胺诱导的便秘大鼠模型中，结肠黏液层较对照组变薄、黏蛋白减少、黏液层更新变慢[27,29]，而膳食纤维可以增加大鼠远端结肠黏液层厚度、增加隐窝细胞中的黏蛋白[27]。膳食纤维对黏蛋白合成的促进作用可能与SCFA相关，SCFA浓度在一定范围内可以促进黏蛋白合成，体外实验中用丁酸盐处理人结肠癌细胞系LS174T，丁酸盐浓度为1 mmol/L时可以促进黏蛋白2（mucin 2, MUC2）合成，但当浓度为5~15 mmol/L时MUC2则回到基线水平，丙酸盐浓度为5~15 mmol/L时亦可以促进MUC2合成[30]。SCFA是肠道菌群重要的能量来源之一，如果缺乏膳食纤维，肠道菌群会将宿主分泌的黏蛋白作为营养来源，导致结肠黏膜屏障的破坏[31]。
3．调节肠道菌群：
肠道菌群在FC发病机制中的作用逐渐受到关注。Zhu等[32]研究发现，便秘患者膳食纤维摄入显著少于对照组，且便秘患者存在肠道菌群多样性减低、菌群组成改变，Prevotellaceae（普雷沃菌科，属拟杆菌门）显著减少，其中以Prevotella(普雷沃菌属）减少为著，Lachnospiraceae（毛螺旋菌科，属厚壁菌门）、Ruminococcaceae（疣微菌科，属厚壁菌门）显著增加，推测菌群失调可能与膳食纤维摄入减少相关。Huang等[33]的研究亦证实FC患者存在Prevotella减少，且应用合生元治疗后Prevotella显著增加、埃希菌属和志贺菌属显著减少。Mancabelli等[34]研究发现，FC患者粪便菌群中与产生丁酸盐相关的粪球菌属和罗氏菌属明显减少，应用宏基因组检测发现，FC患者粪便菌群中与碳水化合物和脂肪酸代谢相关的菌群显著少于健康对照，而这些菌群与SCFA的产生相关。Bifidobacterium（双歧杆菌属）和Lactobacillus（乳杆菌属）是目前益生菌制剂中常采用的菌种，Kim等[35]的研究显示FC患者肠道菌群中亦存在Bifidobacterium减少，但Lactobacillus与对照组相比无明显差异。
膳食纤维对于肠道菌群的影响与SCFA密切相关，SCFA通过降低肠腔的pH值直接或间接地改变肠道菌群，促进有益菌群生长并抑制有害菌群，在SCFA发酵最为旺盛的近端结肠，肠腔pH值为5.5~6.5，可抑制革兰阴性肠杆菌的生长，包括沙门菌和大肠杆菌等，而在远端结肠肠腔pH值为6.5~7.0[14]。一项关于饮食对肠道菌群影响的研究对比了非洲农村儿童及欧洲儿童的饮食，前者饮食以植物性食物为主，富含水果和豆类纤维，脂肪和动物蛋白含量低，后者饮食中动物脂肪含量高、水果和豆类纤维含量低，在肠道菌群方面，前者的菌群多样性较后者更高，且前者菌群中含有丰富的可产生纤维素酶和木聚糖水解酶的Prevotella菌和Xylanibacter菌，而后者菌群中完全缺乏这些菌；前者粪便中SCFA含量更高，尤其是丙酸盐和丁酸盐含量显著高于后者[36]。长期的饮食习惯会影响肠道中的优势菌群，高膳食纤维饮食者肠道中以厚壁菌门及变形菌门为主，高脂饮食者肠道中以放线菌门和拟杆菌门为主[19]。饮食习惯的短期调整即可影响肠道菌群，服用高脂饮食或高膳食纤维饮食5 d可引起肠道菌群组成发生显著变化，但在恢复原有饮食习惯后菌群即恢复基线水平[37]。在大鼠饮食中添加低聚果糖后，肠道内乳酸菌及双歧杆菌数量增加[38]，说明部分膳食纤维还具有益生元作用。
三、膳食纤维对于FC的不利影响
膳食纤维治疗FC时的一些副作用已引起研究者们的注意，在应用IDF和SDF的研究中均有报道。研究显示，服用麦麸制品可使受试者胃肠胀气加重[39]，与低纤维面包相比，黑麦面包更多引起腹痛、腹胀、胃肠胀气、肠鸣[13]。SDF亦可能加重腹胀症状，例如，在一项研究中菊粉服用组与对照组相比腹胀出现的频率和程度都明显升高[40]。一篇Meta分析中指出，膳食纤维引起的副作用主要为胃肠胀气和腹胀[41]，这与膳食纤维经细菌发酵后产生大量气体有关[42,43]，且FC患者的肠道菌群中与产甲烷和氢气相关的菌群显著高于健康对照[34]，在此基础上如果肠腔内产生更多气体，则可导致腹胀和胃肠胀气加重。但随着服用时间延长，膳食纤维的副作用可能会逐渐减轻，推测可能与肠道菌群改变并重新达到肠腔内气体的稳态相关[13]。此外，膳食纤维可能因降低胰淀粉酶、脂肪酶活性而影响消化功能[44,45]，但长期补充膳食纤维后胰酶分泌会增加，可能为一种机体代偿的表现[46]。高膳食纤维饮食还被认为是结肠扭转的一个危险因素，这与其导致肠腔扩张从而对于肠道扭转更为敏感有关[47]。
总之，增加膳食纤维摄入对于FC的治疗可以起到辅助作用，在改善粪便性状、增加排便次数方面效果较明确，作用机制的核心为膳食纤维吸收水分的特性以及其分解产物SCFA的相关生理作用。SCFA为膳食纤维经肠道菌群的代谢产物，SDF比IDF酵解得更充分，因此SDF可能比IDF更好地改善FC症状，但还需更多临床研究系统比较SDF和IDF在肠道中的作用。增加膳食纤维摄入的主要副作用为腹胀、胃肠胀气，主要与其酵解后产生气体相关，伴明显腹胀的FC患者和有结肠扭转风险或病史的患者应慎重增加膳食纤维摄入。
引用: 魏薇, 李晓青, 费贵军. 膳食纤维对功能性便秘症状的影响 [J] . 中华内科杂志,2019,58 (11): 845-848.
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