Zdrowy układ pokarmowy jest ważny dla zapewnienia fizycznej i immunologicznej bariery dla potencjalnych patogenów w środowisku oraz dla pozyskiwania i wchłaniania składników odżywczych z pożywienia w celu zaspokojenia potrzeb żywieniowych zwierzęcia. W ostatnich latach staje się coraz bardziej oczywiste, że zdrowy mikrobiom odgrywa istotną rolę w zdrowiu układu pokarmowego i przyczynia się do utrzymania ogólnego zdrowia i dobrego samopoczucia. Termin „mikrobiom jelitowy” odnosi się w szczególności do bilionów mikroorganizmów żyjących w przewodzie pokarmowym. Podczas gdy niektóre mikroorganizmy są szkodliwe dla zdrowia zwierząt domowych, wiele z nich jest niezwykle korzystnych i niezbędnych dla zdrowego organizmu. Drobnoustroje mają zdolność odblokowywania i syntetyzowania składników odżywczych, które przynoszą zwierzętom bezpośrednie korzyści. Na populację mikrobiomu może wpływać wiele czynników, takich jak wiek, dieta, środowisko i antybiotyki. Mimo to diety są często uzupełniane składnikami wspomagającymi wzrost zdrowych bakterii jelitowych w celu wspierania najlepszego zdrowia jelit. Pre-, pro- i post-biotyki to tylko kilka składników, które mogą pomóc w utrzymaniu zdrowego mikrobiomu jelitowego i zdrowia układu pokarmowego.

Prebiotyki zostały zdefiniowane jako niestrawne oligosacharydy, które stymulują wzrost i aktywność ograniczonej liczby bakterii zamieszkujących okrężnicę (Gibson i Roberfroid, 1995), co może mieć korzystny wpływ na czynniki, w tym na zdrowie układu pokarmowego. Dwa przykłady prebiotyków to mannooligosacharydy (MOS) i fruktooligosacharydy (FOS). FOS, oligofruktoza i inulina to oligosacharydy występujące naturalnie w roślinach, w tym w burakach cukrowych, cebuli, czosnku, szparagach, bananach, karczochach i cykorii, które pomagają w utrzymaniu zdrowych bakterii jelitowych.

Mannanooligosacharydy (MOS) i beta-glukany to prebiotyki izolowane ze ścian komórkowych drożdży i wspólnie określane jako mannany. MOS są połączone z białkami, tworząc warstwę mannoproteinową zlokalizowaną na zewnętrznej powierzchni komórki. MOS nie jest trawiony przez enzymy trawienne w jelicie cienkim i dociera do jelita grubego w postaci niezmienionej strukturalnie. Lactobacilli i niektóre bifidobakterie metabolizują MOS i FOS, tworząc krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) – preferowane źródło paliwa dla enterocytów, odgrywające kluczową rolę we wspieraniu zdrowia przewodu pokarmowego. MOS jest mniej podatny na fermentację przez bakterie jelitowe niż fruktooligosacharydy (FOS). Zapewniają jednak korzystne efekty związane ze zdrowiem układu pokarmowego, co zostanie omówione bardziej szczegółowo w dalszej części tego artykułu.

Probiotyki to żywe mikroorganizmy przeznaczone do utrzymania lub zwiększenia liczby „dobrych” bakterii (normalnej mikroflory) w organizmie. Większość probiotyków nie lubi podwyższonej temperatury, wilgoci, ciśnienia i ekstremalnych wartości pH, co utrudnia włączenie ich do karmy dla zwierząt. Najczęściej ocenianymi gatunkami drobnoustrojów pod kątem probiotyków do stosowania w karmach dla zwierząt domowych są Enterococcus faecium i Lactobacillus acidophilus (oba bakterie kwasu mlekowego). Bakterie wykorzystują fermentację do produkcji kwasu mlekowego i octowego, które obniżają pH jelit i hamują wzrost niektórych potencjalnie szkodliwych bakterii. Probiotyki stanowią atrakcyjne podejście do leczenia i zapobiegania wielu schorzeniom ze względu na ich potencjał skuteczności i bezpieczeństwa oraz skutkujący zmniejszeniem zużycia leków.

Postbiotyki to bioaktywne związki i korzystne metabolity powstające, gdy przyjazne bakterie jelitowe (probiotyki) trawią/metabolizują/fermentują substraty prebiotyczne. Na skalę komercyjną postbiotyki są wytwarzane w precyzyjnych procesach fermentacji przy użyciu określonych mikroorganizmów (np. drożdży) i substratów. Według Międzynarodowego Stowarzyszenia Naukowego Probiotyków i Prebiotyków (ISAPP) postbiotyk to „preparat z mikroorganizmów nieożywionych i/lub ich składników, który przynosi korzyści zdrowotne gospodarzowi”. Postbiotyki mogą zawierać nienaruszone komórki drobnoustrojów nieożywionych i/lub fragmenty z metabolitami/produktami końcowymi lub bez nich. Postbiotyki mają na celu naśladowanie korzystnych efektów terapeutycznych probiotyków przy jednoczesnym uniknięciu ryzyka i wyzwań związanych z podawaniem żywych mikroorganizmów. Zainteresowanie konsumentów postbiotykami odnotowało wzrost o 91% w latach 2018-2019 (Kerry, 2020). Wraz z rosnącą świadomością i koncentracją prawdopodobne jest, że twierdzenia dotyczące postbiotyków będą coraz częściej widoczne na rynku karmy i smakołyków dla zwierząt domowych.

FOS sprzyja rozwojowi przyjaznych bakterii jelitowych, takich jak bifidobakterie i pałeczki kwasu mlekowego, chociaż w różnych badaniach zaobserwowano pewne niespójne wyniki. Karmienie suchą karmą z 1% (w/w) oligofruktozą znacząco wpłynęło na profil bakteryjny kału u zdrowych psów, przy czym zaobserwowano wzrost liczby bifidobakterii, ale także gatunków potencjalnie patogennych, paciorkowców i Clostridium (Beynen i in., 2002). Swansona i in. (2002a) przedstawili wyniki 2 badań, każde przeprowadzone na 20 psach. W pierwszym badaniu suplementacja FOS nie spowodowała znaczących zmian w żadnej z ocenianych populacji drobnoustrojów kałowych. Natomiast w drugim badaniu zaobserwowano znaczny wzrost liczby bifidobakterii i nieistotny wzrost populacji pałeczek kwasu mlekowego. Przyczyna tych różnic jest niejasna, ponieważ jedyną różnicą między badaniami było to, że psy w pierwszym badaniu były nieco starsze i nieco cięższe niż psy w drugim badaniu.

W innym badaniu na psach zmiany liczby bifidobakterii w kale spowodowane suplementacją FOS w diecie były zależne od zawartości białka w diecie, ze spadkiem bifidobakterii obserwowanym u psów karmionych dietą „nisko” białkową i wzrostem bifidobakterii obserwowanym u psów karmionych dieta „wysokobiałkowa” (Pinna i in., 2018). Niezależnie od zawartości białka w diecie, suplementacja FOS zwiększyła pozorną strawność całego przewodu pokarmowego kilku minerałów (Ca, Mg, Na, Zn i Fe; Pinna i in., 2018). Podobnie Beynen i in. (2002) opisali znacząco zwiększone wchłanianie magnezu i wapnia u psów karmionych dietą wzbogaconą oligofruktozą. Możliwym mechanizmem działania zwiększonego wchłaniania składników mineralnych jest to, że spadek pH jelita krętego (tj. wzrost zakwaszenia) zwiększa rozpuszczalność składników mineralnych, czyniąc je bardziej dostępnymi do wchłaniania w jelicie cienkim.

Dietetyczne FOS nie mogą być trawione przez jelito cienkie i docierają do jelita grubego w niezmienionej strukturze, gdzie są metabolizowane przez mikroflorę jelitową do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe wytwarzane w tym procesie w przewodzie pokarmowym stymulują wzrost błony śluzowej i proliferację komórek nabłonka w jelicie cienkim (Thompson i wsp., 1996). Utrzymanie zdrowej błony śluzowej okrężnicy jest ważne, aby zapewnić prawidłowe wchłanianie składników odżywczych i utrzymanie zdrowej bariery jelitowej. Szereg badań wykazało, że suplementacja diety FOS/oligofruktozą powoduje wzrost poziomu krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych w kale (octanu, propionianu i maślanu) u psów (Swanson i wsp., 2002b; Propst i wsp., 2003) i zwiększony maślan kałowy u kotów (Barry et al., 2010).

Badanie przeprowadzone przez Barry'ego i współpracowników (2010) sugeruje, że zarówno FOS, jak i pektyny były skutecznymi źródłami błonnika w promowaniu zdrowia jelit u kotów. Co więcej, FOS miał większe korzyści w porównaniu z pektyną, ponieważ fruktany wydawały się wytwarzać bardziej korzystną populację drobnoustrojów niż pektyna. Badanie wykazało również, że suplementacja błonnika fermentującego w ilości 4% w diecie kota skutecznie modyfikuje katabolity białek w kale i stężenia drobnoustrojów.

Badanie przeprowadzone przez Griesshopa i współpracowników (2004) dotyczące reakcji żołądkowo-jelitowych i immunologicznych starszych psów na cykorię i mannooligosacharydy sugeruje, że MOS i cykoria zmieniają populacje drobnoustrojów kałowych i niektóre wskaźniki układu odpornościowego. Trzydziestu czterem starszym psom losowo przydzielono suplementy zawierające 1% cykorii, 1% MOS, 1% cykorii i 1% MOS lub nie podawano żadnej suplementacji przez 4-tygodniowy okres wyjściowy, po którym następował 4-tygodniowy okres leczenia. Zaobserwowano wzrost spożycia pokarmu w przypadku suplementacji diety MOS lub MOS i cykorią, co było spowodowane wzrostem błonnika fermentującego i spadkiem wartości energetycznej diety. Zaobserwowano, że suplementacja cykorii zwiększała strawność tłuszczu, a cykoria lub MOS zwiększały stężenie bifidobakterii w kale, podczas gdy MOS zmniejszał stężenie E. coli w kale.

Badanie opracowane przez Kore i współpracowników (2012) w celu oceny wpływu suplementacji diety MOS na strawność składników odżywczych, wskaźniki zdrowia jelita grubego i profil metaboliczny osocza wykazało, że suplementacja MOS w ilości 1% suchej masy diety pozytywnie wpłynęła na spożycie paszy, strawność włókna i markery zdrowia jelita grubego. W badaniu wykorzystano pięć dorosłych psów w kompletnym projekcie krzyżowym. Psy żywiono odpowiednio samą dietą domową lub z dodatkiem MOS (na poziomie 1%). Próba trawienia przeprowadzona pod koniec każdego okresu wykazała, że ​​spożycie suchej masy paszowej i innych składników odżywczych wzrosło po uzupełnieniu MOS. Strawność błonnika poprawiła się w grupie z suplementacją MOS, podczas gdy strawność innych składników odżywczych nie uległa zmianie. Stwierdzono również wyższe stężenie wszystkich SCFA w kale z powodu suplementacji MOS, a dodatek MOS miał tendencję do zmniejszania liczby bakterii grupy coli w kale z towarzyszącym wzrostem liczby pałeczek kwasu mlekowego w porównaniu z dietą kontrolną.

Podsumowując, składniki „biotyczne” stają się coraz popularniejszym dodatkiem do karmy dla zwierząt domowych. Widać duże możliwości marketingowe związane z ich włączeniem, co jest poparte badaniami naukowymi odzwierciedlającymi korzyści z ich stosowania.

Barry, KA, Wójcicki, BJ, Middlebos, IS, Vester, BM, Swanson, KS, Fahey, GC Jr. (2010) Celuloza pokarmowa, fruktooligosacharydy i pektyny modyfikują katabolity białek kałowych i populacje drobnoustrojów u dorosłych kotów. J Anim Sci 88, 2978-2987. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20495116/

Beynen, AC, Baas, JC, Hoekemeijer, PE, Kappert, HJ, Bakker, MH, Koopman, JP, Lemmens, AG (2002) Profil bakteryjny w kale, wydalanie azotu i wchłanianie minerałów u zdrowych psów karmionych suplementem oligofruktozy. J. Anim. Fizjol. a. Anim. Nutr. 86 (2002), 298-305.

Gibson, GR, Roberfroid, MB (1995) Modulacja dietetyczna ludzkiej mikroflory okrężnicy: Wprowadzenie koncepcji prebiotyków. J Nutr 125, 1401-1412.

Griesshop, C., Flickinger, E., Bruce, K., Patil, AR, Czarnecki-Maulden, GL, Fahey, GC Jr. (2004) Reakcje żołądkowo-jelitowe i immunologiczne starszych psów na cykorię i mannanooligosacharydy. Arch Anim Nutr 58:483-494.

Howard, MD, Gordon, DT, Garleb, KA & Kerley, MS (1995) Dietetyczny fruktooligosacharyd, ksylooligosacharyd i guma arabska mają zmienny wpływ na mikrobiotę jelita ślepego i okrężnicy oraz proliferację komórek nabłonka u myszy i szczurów. J. Nutr. 125: 2604–2609.

Jenkins, DJA, Kendall, CWC, Vuksan, V. (1999) Inulina, oligofruktoza i funkcja jelit. JNutr 129, 1431S-1433S.

Kerry (2020) Wzrasta wymagania dotyczące zdrowia trawiennego dla zwierząt domowych. Czy Twoje produkty są gotowe? https://www.kerry.com/products/animal-applications/pet-food-nutrition/pet-digestive-health-ingredients utm_source=petfoodindustry&utm_medium=topic_page&utm_campaign=functional_nutrition&utm_content=digestive_health

Kore, KB, Pattanaik, AK, Das, A., Sharma, K. (2012) Ocena mannanoligosacharydu jako prebiotycznej żywności funkcjonalnej dla psów: Wpływ na strawność składników odżywczych, zdrowie jelit i profil metaboliczny osocza. Ind J Anim Sci 82 (1): 81-86.

Pinna, C., Giuditta Vecchiato, C., Bolduan, C., Grandi, M., Stefanelli, C., Windisch, W., Zaghini, G., Biagi, G., (2018) Wpływ białka pokarmowego i fruktooligosacharydów na produkty końcowe fermentacji kałowej, populacje bakterii kałowych i pozorną całkowitą strawność przewodu pokarmowego u psów. Badania weterynaryjne BMC. 14, 106-115.

Propst, EL, Flickinger, EA, Bauer, LL, Merchen, NR, Fahey, GCJr., (2003) Eksperyment dawka-odpowiedź oceniający wpływ oligofruktozy i inuliny na strawność składników odżywczych, jakość stolca i katabolity białek w kale u zdrowych dorosłych psy. Wydział Nauk o Zwierzętach. 81:3057–3066.

Swanson, KS, Griesshop, CM, Flickinger, EA, Bauer, LL, Healy, HP., Dawson, KA, Merchen, NR, Fahey, GC Jr. (2002a) Uzupełniające fruktooligosacharydy i mannanoligosacharydy wpływają na układ odpornościowy, strawność jelitową i całkowitą , populacje drobnoustrojów i stężenia katabolitów białkowych w jelicie grubym psów. J Nutr 132, 980-989.

Swanson, KS, Griesshop, CM, Flickinger, EA, Bauer, LL, Chow, J., Wolf, BW, Garleb KA, Fahey, GCJr. (2002a) Fruktooligosacharydy i Lactobacillus acidopilus modyfikują populacje drobnoustrojów jelitowych, całkowitą strawność składników pokarmowych w przewodzie pokarmowym i stężenie katabolitu białka w kale u zdrowych dorosłych psów. J Nutr 132, 3721-3731.

Swanson, KS, Griesshop, CM, Flickinger, EA, Healy, HP., Dawson, KA, Merchen, NR, Fahey, GC Jr. (2002b) Wpływ uzupełniających fruktooligosacharydów oraz mannanooligosacharydów na funkcje odpornościowe oraz populacje drobnoustrojów jelitowych i kałowych u dorosłych psy. Arch Anim Nutr 56, 309-318.

Thompson, JS, Quigley, EM, Palmer, JM, West, WW, Adrian, TE (1996) Luminalne krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe i poresekcyjna adaptacja jelitowa. JPEN 20, 338-343.