Fysiologie van melkvet
De energiebehoefte van een baby is hoog. Een belangrijk bestanddeel van menselijke melk, evenals in melkformules, is vet, dat een belangrijke bron van energie vormt (ongeveer 50% van de energie-inhoud van menselijke melk en melkformules). Tot 98 % van de lipiden in menselijke melk bestaat uit triacylglycerolen, waarin verzadigde en onverzadigde vetzuren gebonden zijn aan het skelet van glycerol. Palmitinezuur, het belangrijkste verzadigde vetzuur in menselijke melk, vertegenwoordigt gewoonlijk ongeveer 20-25 % van de vetzuren in menselijke melk. Zestig procent (volgens sommige auteurs tot ongeveer 86%) van het palmitinezuur is veresterd op de sn-2-positie in de triacylglycerolen (de zogenaamde β-positie). De verkorte naam voor palmitinezuur dat op de β-positie (sn-2) aan glycerol gebonden is, is β-palmitaat. In de meeste aanvullende melkformules, met plantaardige oliën als gangbare vetbron, is palmitinezuur echter gebonden aan de 1e of 3e koolstof van glycerol (sn-1 en -3 posities). . Koemelk, evenals plantaardige vetten, hebben een lager gehalte aan β-palmitaat in vergelijking met menselijke melk (koemelk slechts ongeveer 40%, plantaardige oliën zelfs slechts 5-20%) . Naast verzadigde vetzuren bevat melk ook meervoudig onverzadigde vetzuren met een lange keten, alsmede essentiële vetzuren (linolzuur en α-linoleenzuur). Het evenwichtige gehalte aan deze vetzuren is noodzakelijk voor de juiste rijping van het zenuwstelsel en voor de visuele waarneming, alsmede voor de vorming van belangrijke biologische mediatoren, b.v. eicosanoïden.
Het belang van de sn-2 binding ligt in de regulering van de spijsvertering en de daaropvolgende vetopname. Het eerste enzym dat vetten verteert is maaglipase, dat bij pasgeborenen al goed ontwikkeld is. Vervolgens zet pancreaslipase de vetvertering in de darm voort, maar bij pasgeborenen wordt een zekere onrijpheid van de exocriene functie van de pancreas waargenomen. Door galzout gestimuleerd lipase uit menselijke melk speelt een belangrijke rol bij zuigelingen die borstvoeding krijgen. Maaglipase neemt ongeveer 10% voor zijn rekening en lipase gestimuleerd door galzouten 20-40% van de vetvertering. Alvleesklierlipase scheidt vetzuren in de sn-1 en sn-3 positie, terwijl de middelste positie relatief resistent is voor de lytische activiteit van dit enzym . Wanneer de activiteit van pancreaslipase in de darm adequaat is, bestaat het eindresultaat van de vertering van vetten uit vrije vetzuren en 2-monoacylglycerol, die vervolgens micellen vormen met galzuren en snel worden geabsorbeerd. Bij vrije verzadigde vetzuren met een lange keten (bijvoorbeeld palmitinezuur) en een voldoende hoeveelheid calcium in het darmlumen ontstaan echter niet-oplosbare calciumzepen, waardoor de totale beschikbaarheid van calcium voor het kind afneemt. Als palmitinezuur op de sn-2 positie aan glycerol gebonden is, vormt het geen verbindingen met calcium, maar wordt het geabsorbeerd . Als zuigelingen worden gevoed met vetten die voornamelijk palmitinezuur op de sn-1 en sn-3 positie bevatten, verhoogt de ontoereikende pancreaslipase-activiteit het risico op de vorming van slecht geabsorbeerde calciumzepen.
Dit is de reden waarom, volgens het patroon van menselijke melk, een hoog gehalte aan palmitinezuur op de sn-2 positie in melkformules leidt tot een hogere absorptie en efficiëntie van palmitinezuur in vergelijking met aanvullende melkformules met triacylglycerolen afgeleid van plantaardige oliën die voornamelijk op de sn-1 en sn-3 positie zitten . Verscheidene studies hebben aangetoond dat vet uit menselijke melk beter wordt geabsorbeerd dan vet uit aanvullende melkformules, terwijl met de verhoging van het gehalte aan β-palmitaat in formules wordt beoogd het niveau van vetabsorptie uit formules op dat van menselijke melk te brengen. Het gehalte aan vetzuren die op de β-positie aan glycerol gebonden zijn, verschilt duidelijk in de verschillende melkvoedingformules. Voorts bleken er bij de analyse van de verschillende aanvullende melkformules significante verschillen te bestaan in de stereospecifieke structuur van de vetzuren, alsmede in het profiel van bepaalde vetzuren in vergelijking met menselijke melk . Wat palmitinezuur betreft, waren er, hoewel de verschillen in het gehalte niet zo groot waren, verschillen in het aandeel van de binding in de sn-2-positie. Evenzo verandert het gehalte aan vetzuren in menselijke melk afhankelijk van het dieet van de moeder. De geleidelijke identificatie van bepaalde bestanddelen van menselijke melk en de vaststelling van hun fysiologisch belang hebben geleid tot aanpassingen van aanvullende melkformules met het doel zuigelingen die om verschillende redenen geen borstvoeding kunnen krijgen, soortgelijke voordelen te bieden als die van menselijke melk. Naast de aanpassing van het gehalte aan bepaalde immunomodulerende (nucleotiden, prebiotica, oligosacchariden, probiotica, vitaminen) en andere essentiële bestanddelen met metabolische en andere fysiologische functies (meervoudig onverzadigde vetzuren, carnitine, choline, taurine, mineralen, vitaminen) gaat de aandacht steeds meer uit naar de vette bestanddelen van koemelk.
Onder fysiologische omstandigheden is palmitinezuur een belangrijk bestanddeel van menselijke melk. Op basis van beschikbare analyses is een belangrijk deel van palmitinezuur gebonden aan het skelet van glycerol in triacylglycerolen op de sn-2 positie (positie β), wat belangrijke fysiologische en metabolische implicaties heeft bij zuigelingen die borstvoeding krijgen in vergelijking met zuigelingen die aanvullende melkvoeding krijgen.
Daarnaast kunnen veranderingen in de positie van palmitaat op de glycerolmolecule invloed hebben op de presentatie van vetten in het plasma en hun metabolisme . Sommige auteurs hebben echter gesuggereerd dat verschillen in de fysieke kenmerken van vetten als gevolg van interverestering en veranderingen in de triacylglycerolstructuren de belangrijkste determinanten zijn van het niveau van postprandiale lipemie, en niet zozeer de positie van het vetzuur in triacylglycerolen .
Positieve effecten van β-palmitaat bij zuigelingen
De invloed van de binding van palmitinezuur op verschillende posities aan een molecuul glycerol in vetten is onderzocht bij dieren en ook in humane studies, met zuigelingen die te vroeg of op tijd geboren zijn. In de studies werd de invloed van een hoger gehalte aan β-palmitaat op het calciummetabolisme, de vertering en absorptie van vetten, de vorming van botmatrix, de consistentie van de ontlasting en andere parameters onderzocht. Wat betreft de beschikbaarheid van synthetisch β-palmitaat, alsook van formules met een verhoogd gehalte, neemt het bewijs voor een positief effect van dit unieke, van menselijke melk afgeleide vet, toe (tabel 1).
De invloed van β-palmitaat op het calciummetabolisme
Calcium is een essentieel mineraal, vooral in de periode van intensieve groei en skeletvorming. De ontlasting van zuigelingen die melkvoeding met een hoger gehalte aan β-palmitaat kregen, bevatte een vergelijkbare hoeveelheid calcium en ook vetzuren als die van zuigelingen die volledig borstvoeding kregen. Deze hoeveelheid was duidelijk lager in vergelijking met zuigelingen die een aanvullende melkvoeding met weinig β-palmitaat kregen. Vanuit praktisch oogpunt is het duidelijk dat β-palmitaat in de aanvullende melkvoeding, vergelijkbaar met de functie ervan in menselijke melk, het calciummetabolisme positief beïnvloedt door de absorptie ervan uit het darmlumen te verhogen en de mineralisatie van het groeiende skelet positief te beïnvloeden. In een diermodel verhoogde een β-palmitaatrijke formule de calciumabsorptie door de verhoging van de oplosbaarheid ervan in de dunne darminhoud . Het hoge gehalte aan β-palmitaat in aanvullende melkvoeding verlaagt de hoeveelheid calcium in de ontlasting en vervolgens is er een hogere uitscheiding in de urine . Er is een significant direct verband tussen de hoeveelheid β-palmitaat in aanvullende melkvoeding en de mate van calciumabsorptie, evenals een afname in de aanmaak van calciumzepen en de verhoogde mate van absorptie van vetzuren.
De invloed van β-palmitaat op de botmatrix
De vroege kindertijd is van cruciaal belang voor de optimale ontwikkeling van botmatrixmineralisatie en voeding beïnvloedt dit complexe proces aanzienlijk . Zoals reeds vermeld, heeft een hoger gehalte aan β-palmitaat een positieve invloed op de calciumabsorptie. In een studie met 100 zuigelingen die melkvoeding kregen met een aandeel van 50 % β-palmitaat, werd de massa van het botmineraal over het gehele lichaam vergeleken en densitometrisch geëvalueerd ten opzichte van zuigelingen die volledig borstvoeding kregen en zuigelingen die een standaardmelkvoeding met een laag gehalte aan β-palmitaat kregen. De formule met een hoog gehalte aan β-palmitaat leidde tot een significant hogere massa botmineraal in vergelijking met de groep die de standaardformule als controlevoeding kreeg. Daarentegen was er geen verschil tussen de groep met β-palmitaat en de volledig borstgevoede zuigelingen . In een recente dubbelblinde gecontroleerde studie werd het effect van aanvullende voeding met verschillende gehalten aan β-palmitaat op de antropometrische parameters en de botmassa geanalyseerd bij een groep ter wereld gekomen zuigelingen. Kwantitatieve echografiemetingen van de geluidssnelheid van de botten (SOS) zijn een belangrijk instrument voor de diagnose en de follow-up van de botsterkte bij zuigelingen. SOS is rechtstreeks evenredig met de kwaliteit, sterkte en dichtheid van de botmatrix. De resultaten toonden aan dat zuigelingen die borstvoeding kregen en zuigelingen die een formule met een hoog gehalte aan β-palmitaat kregen, een significant hogere botsnelheid hadden dan zuigelingen die een standaardmelkformule met een laag gehalte aan β-palmitaat kregen. Verdere studies zijn echter nodig om dit effect te bevestigen en om het effect van β-palmitaatsuppletie in aanvullende melkvoeding op de botmatrix op de lange termijn te analyseren.
Invloed van β-palmitaat op de absorptie van vetzuren en de consistentie van de ontlasting
Verhoogde absorptie van palmitaat bij de binding op de sn-2 positie aan het glycerolskelet zou een belangrijke bron van energie voor een kind kunnen vormen. Een verhoging van het gehalte aan β-palmitaat leidt tot een positieve invloed op de resorptie van vetzuren, en het spectrum daarvan in plasma komt meer overeen met waarnemingen bij zuigelingen die volledig borstvoeding krijgen. De vorming van onoplosbare calciumzepen is verantwoordelijk voor een hardere ontlasting . Bovendien is calcium in deze vorm niet beschikbaar voor een kind en wordt het via de ontlasting uit het lichaam uitgescheiden. Borstgevoede zuigelingen hebben een zachtere ontlasting in vergelijking met zuigelingen die standaardformules met een kleine hoeveelheid β-palmitaat krijgen toegediend. Met een toenemend gehalte aan β-palmitaat, als gevolg van een betere absorptie van vetzuren en een hoger aandeel absorbeerbare 2-monoacylglycerolen, neemt het risico van vorming van onoplosbare calciumzepen af, met als gevolg een verbetering van de consistentie van de ontlasting, die zachter was zonder toename van het totale volume van de ontlasting . In een klein dubbelblind gerandomiseerd cross-overonderzoek bij zuigelingen met constipatie resulteerde een nieuwe formule met een hoge concentratie β-palmitaat en een mengsel van prebiotische oligosacchariden en gedeeltelijk gehydrolyseerde wei-eiwitten in een sterke tendens naar zachtere ontlasting bij zuigelingen met constipatie, maar zonder verschil in defecatiefrequentie. Daarom kan deze formule worden aanbevolen voor zuigelingen met constipatie. Een beperking van deze studie is dat er veel variabelen zijn die de consistentie van de ontlasting beïnvloeden. Recente dubbelblinde studies bij gezonde termijn zuigelingen geven aan dat hoge β-palmitaat formule leidde tot verminderde vorming van ontlastingzeep en zachtere ontlasting, en dit effect was beter zichtbaar bij toevoeging van het prebioticum oligofructose .
Het kan gezegd worden dat het hoge gehalte aan β-palmitaat in aanvullende melkvoeding het metabolisme van vetzuren en hun absorptie uit het darmlumen positief beïnvloedt met een daaropvolgende energetische verbetering en mineraalbalans. Pasgeborenen en zuigelingen in de eerste levensweken hebben nog een onvolgroeid pancreaslipasesysteem en daarom wordt door toevoeging van β-palmitaat aan de aanvullende melkvoeding deze voorbijgaande fysiologische insufficiëntie omzeild door te zorgen voor voldoende absorptie van vetzuren, alsook van calcium. Vergelijkbare resultaten met verbeteringen in de absorptie van vetzuren, verlaging van calciumafval in de ontlasting door de verhoogde resorptie, en vervolgens verzachting van de ontlasting zijn waargenomen door andere auteurs. Verschillende studies hebben aangetoond dat palmitinezuur efficiënt kan worden geabsorbeerd, waardoor de vorming van vette zeep wordt vermeden, indien het aanwezig is in de sn-2 positie . Waarnemingen dat een verhoogd gehalte aan β-palmitaat leidt tot een lagere absorptie van essentiële meervoudig onverzadigde vetzuren zijn vervolgens niet bevestigd De formule met een hoger gehalte aan β-palmitaat werd goed verdragen en had geen negatieve gevolgen voor de groei .
Impact van β-palmitaat op de duur van het huilen en op de slaap
In een gerandomiseerd gecontroleerd onderzoek leidt het gebruik van een gedeeltelijk gehydrolyseerde wei-eiwitformule aangevuld met prebiotische oligosacchariden en met een hoog gehalte aan β-palmitinezuur tot een vermindering van huilepisodes bij zuigelingen met kolieken in vergelijking met een standaardformule en simethicone. Aangezien de controlevoeding naast β-palmitaat ook oligosacchariden en weihydrolysaat miste, zou dit waargenomen klinische effect gedeeltelijk aan deze andere bestanddelen kunnen worden toegeschreven. In een dubbelblind gerandomiseerd klinisch onderzoek werd een significante vermindering van de huilduur waargenomen in de groep zuigelingen die een formule met een hoog gehalte aan β-palmitaat kregen in vergelijking met zuigelingen die een controle-formule met een laag gehalte aan β-palmitaat kregen. Er was geen significant verschil in huilpatroon tussen zuigelingen die borstvoeding kregen en zuigelingen die een formule met een hoog gehalte aan β-palmitaat kregen. In een andere studie met formules waaraan een hoog gehalte aan β-palmitaat was toegevoegd, werd een significant lager aantal huilende zuigelingen waargenomen, evenals een kortere duur van de huilende episodes overdag en ’s nachts. Dit effect kan worden verklaard door een complex mechanisme van de werking van β-palmitaat, namelijk de instelling van het circadiane bioritme van een kind en de positieve invloed op het systeem van neuro-endocriene mediatoren en regulatoren. Er kan ook een effect zijn geweest als gevolg van het zachter worden van de ontlasting en dus een afname van het gastro-intestinale ongemak in relatie tot vaste ontlasting.
De invloed van β-palmitaat op de intestinale microflora
Een belangrijk onderdeel van de darm is het intestinale microbioom (microflora), dat een belangrijk “orgaan” is met veel functies, niet alleen op het niveau van de darm, maar ook op het niveau van het hele organisme, bijv.b.v. modulatie van de ontstekings- en immuunrespons, preventie van kolonisatie door invasieve pathogenen, aanmaak van voor het organisme essentiële verbindingen (b.v. vitaminen, vetzuren met een korte keten), deelname aan de vertering van sommige voedingsstoffen, alsmede regulering van de darmrijping en de proliferatie van de darmepitheelcellen . Na de geboorte heeft het kind een steriel darmlumen, dat snel wordt gekoloniseerd door bepaalde micro-organismen, en het karakter van het darmmicrobioom kan belangrijke gevolgen hebben voor de preventie of het ontstaan van bepaalde pathologische ziekten, waaronder gastro-intestinale ziekten, maar ook extra-intestinale ziekten (bijvoorbeeld allergische ziekten, neuropsychiatrische ziekten en inflammatoire darmziekten) . Een belangrijke factor die de vorming van het darmmicrobioom moduleert, is de voeding van het kind, en vanuit dit oogpunt beschouwen wij menselijke melk als een ideale schepper en regulator van het fysiologisch darmmicrobioom. In een recente klinische studie werd een positieve invloed vastgesteld van een hoog gehalte aan β-palmitaat in aanvullende melkvoeding, aangezien dit leidde tot een toename van Lactobacillus en bifidobacteriën met vervolgens een correcte darmrijping met antagonisme van pathogene bacteriën en positieve immunomodulerende effecten . De meest recente dubbelblinde studie bij 300 gezonde zuigelingen toonde eveneens aan dat een hoog gehalte aan β-palmitaat in flesvoeding resulteerde in een hogere concentratie fecale bifidobacteriën en een betere consistentie van de ontlasting, en dat er geen verschil was met zuigelingen die moedermelk kregen toegediend. Deze studies toonden ook een immunomodulerend effect van β-palmitaat aan via een positieve invloed van het intestinale microbioom. Verdere studies zijn nodig.
De invloed van β-palmitaat op ontstekingsprocessen in de darm
Interessante resultaten werden aangetoond door een experimentele studie met een diermodel waarin het mogelijk beschermend effect van β-palmitaat op de ontwikkeling van darmontsteking werd bestudeerd. Als model werd een muis gebruikt die deficiënt was in de aanmaak van mucine-2, dat een belangrijke fysiologische beschermende barrière vormt voor het darmslijmvlies met ontstekingsremmende effecten. In de groep deficiënte muizen die gevoed werden met een formule met een hoog gehalte aan β-palmitaat, werd een lagere graad van darmerosie waargenomen, evenals andere morfologische veranderingen in vergelijking met de groep die gevoed werd met een formule die plantaardige olie met een laag gehalte aan β-palmitaat bevatte. Het verantwoordelijke mechanisme zou kunnen worden vertegenwoordigd door de activering van de expressie van antioxidant-enzymen (superoxide dismutase, glutathion peroxidase) en de stimulatie van T-regulerende lymfocyten (verhoogde expressie van de transcriptiefactor Foxp3), samen met een toename van de genexpressie voor PPAR-γ (peroxisome proliferator-activated receptors) en voor het cytokine TGF-β, die belangrijke functies hebben in de homoeostase van het darmslijmvlies en de regulering van de ontstekingsreactie op verschillende stimuli . Deze recente waarnemingen openen nieuwe inzichten en perspectieven voor het gebruik van β-palmitaat in aanvullende melkformules. Het ontstekingsremmend potentieel van β-palmitaat moet verder onderzocht worden bij de mens.