食物繊維

食物繊維は果物、野菜、全粒穀物に含まれています。一般的な食品に含まれる食物繊維の量は、次の表に示されています。^{[ 20 ]}

食物繊維は植物に含まれており、通常は丸ごと生で、または調理して食べられますが、食物繊維は栄養補助食品や食物繊維が豊富な加工食品を作るために添加されることもあります。穀物ふすま製品は食物繊維含有量が最も高く、例えば粗製トウモロコシふすま（ 100gあたり79g  ）や粗製小麦ふすま（ 100gあたり43g  ）は加工食品の原料として使われています。^{[ 20 ]}メイヨークリニックなどの医療機関は、標準的なアメリカの食事では加工食品や人工甘味料を多く含み、野菜や豆類の摂取量が少ないため食物繊維の摂取量が少なくなることから、食物繊維が豊富な製品を標準的なアメリカの食事に加えることを推奨しています。^{[ 23 ] [ 24 ]}

植物の中には、水溶性食物繊維と不溶性食物繊維を多く含むものがあります。例えば、プラムやプルーンは、ジューシーな果肉を厚い皮で覆っています。皮は不溶性食物繊維の供給源であり、果肉には水溶性食物繊維が含まれています。ブドウにもかなりの量の食物繊維が含まれています。^{[ 25 ]}

これらは、サプリメントや食品添加物として販売されている食物繊維の形態の例です。これらは、栄養補給、様々な消化器疾患の治療、コレステロール値の低下、大腸がんリスクの低減、減量といった健康上の利点を謳って消費者に販売されることがあります。

食物繊維は独特の物理化学的特性を持っています。ほとんどの半固形食品、繊維、脂肪は、微細構造要素、球状体、溶液、またはカプセル壁で水和または崩壊したゲルマトリックスの組み合わせです。新鮮な果物と野菜は細胞材料です。^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]}

• 調理済みのジャガイモや豆類の細胞は、糊化したデンプン顆粒で満たされたゲル状構造をしている。果物や野菜の細胞構造は、ゲルで満たされた閉鎖セル構造の泡状構造であり、複雑な炭水化物繊維によって強化された非晶質マトリックスからなる複合材料である細胞壁に囲まれている。
• 粒子サイズと隣接するマトリックスとの界面相互作用は、食品複合材料の機械的特性に影響を与える。
• 食品ポリマーは水に溶解したり、水によって可塑化されたりする可能性がある。
• 変数には、化学構造、ポリマー濃度、分子量、鎖分岐度、イオン化度（電解質の場合）、溶液のpH、イオン強度、温度などが含まれる。
• 異なるポリマー、タンパク質、多糖類の架橋は、化学的な共有結合、分子の絡み合い、水素結合、またはイオン結合による架橋によって行われる。
• 食物を調理したり噛んだりすると、これらの物理化学的特性が変化し、その結果、胃や腸を通る吸収と移動が変わります^{[ 68 ]。}

食後、胃と上部消化管の内容物は

• 食品化合物
• 複合脂質／ミセル／水相／ハイドロコロイド相および疎水性相
• 親水性相
• 固体、液体、コロイド、気泡の各相。^{[ 68 ]}

ミセルは、上記のような条件下で形成されるコロイドサイズの分子クラスターであり、洗剤の臨界ミセル濃度に類似している。^{[ 69 ]}上部消化管では、これらの化合物は胆汁酸とジアシルグリセロールおよびモノアシルグリセロールから構成され、トリアシルグリセロールとコレステロールを可溶化する。^{[ 69 ]}

栄養素を上皮細胞に接触させるメカニズムは2つあります。

1. 腸の収縮は乱流を生み出し、
2. 対流によって内容物が管腔から上皮表面に運ばれる。^{[ 70 ]}

腸管内における複数の物理的相は、懸濁液溶媒単独の場合と比較して吸収速度を遅くする。

1. 栄養素は、上皮に隣接する薄く比較的攪拌されていない体液層を通して拡散する。
2. 複雑な多糖類分子内に栄養素やその他の化学物質を固定化することは、小腸からのそれらの放出とその後の吸収に影響を与え、血糖指数に影響を与える。^{[ 70 ]}
3. 分子は濃度が増加するにつれて相互作用し始める。吸収中、水は溶質の吸収に見合った速度で吸収されなければならない。能動的および受動的に吸収された栄養素の上皮を介した輸送は、微絨毛膜を覆う攪拌されていない水層によって影響を受ける。^{[ 70 ]}
4. 撹拌されていない層に粘液や繊維（例えばペクチンやグアー）が存在すると、粘度や溶質拡散係数が変化する可能性がある。^{[ 68 ]}

炭水化物を含む食事に粘性のある多糖類を加えると、食後の血糖値を下げることができる。小麦とトウモロコシはグルコースの吸収を変化させるが、オート麦は変化させない。吸収速度は粒子の大きさに依存する。グアーガムによる吸収速度の低下は、粘性のある溶液が腸の収縮によって生じる対流に抵抗するためと考えられる。

食物繊維は膵臓および腸管酵素とその基質と相互作用します。ヒトの膵臓酵素活性は、ほとんどの食物繊維源とインキュベートすると低下します。食物繊維はアミラーゼ活性に影響を与え、したがってデンプンの加水分解速度に影響を与える可能性があります。粘性の高い多糖類は口から盲腸までの通過時間を延長します。グアー、トラガカント、ペクチンは小麦ふすまよりも遅いです。^{[ 71 ]}

結腸は2つの臓器とみなすことができる。

1. 右側（盲腸と上行結腸）は発酵器官である。^{[ 72 ]}結腸の右側は栄養素の再利用に関与しており、食物繊維、難消化性デンプン、脂肪、タンパク質は細菌によって利用され、最終産物は体内で利用するために吸収される。
2. 左側（横行結腸、下行結腸、S状結腸）に影響を及ぼし、便失禁を引き起こす。

大腸に細菌が存在すると、主に還元的な代謝活動が活発な「器官」が形成されますが、肝臓は酸化的な代謝活動が活発です。盲腸で利用される基質は、腸全体を通過したものか、胆汁排泄物です。大腸における食物繊維の効果は、

1. 一部の食物繊維の細菌発酵
2. それによって細菌量が増加する
3. 細菌酵素活性の増加
4. 発酵後の繊維残渣の保水能力の変化

食物繊維を摂取すると盲腸が肥大することがよく見られますが、これは現在では正常な生理的調整と考えられています。このような肥大は、食物繊維の盲腸内滞留時間の延長、細菌量の増加、または細菌の最終産物の増加など、多くの要因による可能性があります。ペクチン、アラビアゴム、オリゴ糖、難消化性デンプンなどの吸収されない炭水化物は、短鎖脂肪酸（主に酢酸、プロピオン酸、n-酪酸）、二酸化炭素、水素、メタンに発酵されます。これらの短鎖脂肪酸のほぼすべては結腸から吸収されます。つまり、糞便中の短鎖脂肪酸の推定値は、盲腸および結腸での発酵を反映するものではなく、吸収効率、食物繊維残渣による短鎖脂肪酸の隔離能力、および基質が枯渇するまで続くと考えられる結腸周辺の食物繊維の継続的な発酵のみを反映しているということです。短鎖脂肪酸の産生は、腸粘膜に様々な作用を及ぼす可能性がある。短鎖脂肪酸はすべて大腸粘膜に容易に吸収されるが、全身循環に相当量到達するのは酢酸のみである。酪酸は、大腸細胞にとって好ましいエネルギー源として、大腸粘膜の燃料として利用されていると考えられる。

食物繊維は、摂取、消化、吸収、排泄の各段階に作用してコレステロール代謝に影響を与える可能性がある^{[ 73 ]}。例えば、以下のようなものである。

1. 膨張効果による食品のカロリーエネルギー
2. 胃内容排出時間の遅延
3. 吸収に対する血糖指数タイプの作用
4. 回腸での胆汁酸吸収が遅くなり、胆汁酸が盲腸に漏れ出す。
5. 盲腸における胆汁酸代謝の変化または増加
6. 食物繊維の発酵によって生じる短鎖脂肪酸、特にプロピオン酸が吸収され、肝臓におけるコレステロール代謝に影響を与えることによって間接的に作用する。
7. 盲腸内で胆汁酸が食物繊維や細菌に結合し、腸肝循環からの糞便排出量が増加する。

一部の食物繊維の作用の一つは、回腸における胆汁酸の再吸収を減少させ、それによって結腸に到達する胆汁酸と脂肪の量と種類を減少させることである。回腸からの胆汁酸の再吸収の減少は、いくつかの直接的な効果をもたらす。

1. 胆汁酸は、回腸内腔の粘度が高いか、食物繊維と結合するため、回腸内腔内に閉じ込められることがある。^{[ 74 ]}
2. 食物繊維中のリグニンは胆汁酸を吸着するが、抱合型胆汁酸よりも非抱合型胆汁酸の方が多く吸着される。胆汁酸が主に吸収される回腸では、胆汁酸は主に抱合型である。
3. 胆汁酸の腸肝循環が変化し、盲腸への胆汁酸の流れが増加し、そこで胆汁酸は脱抱合および7α-脱水酸化される。
4. これらの水溶性形態の胆汁酸、例えばデオキシコール酸やリトコール酸は食物繊維に吸着され、ステロールの糞便排泄量が増加しますが、これは食物繊維の量と種類に部分的に依存します。
5. さらに、ペクチンなどの一部の食物繊維が細菌によって消化されることで、回腸内の細菌量と細菌活動が増加するという要因もある。細菌量が増加し、盲腸内の細菌活動が活発化する。
6. 胆汁酸の腸管からの喪失は、コレステロールからの胆汁酸合成の増加をもたらし、結果として体内のコレステロール値を低下させる。

ステロール代謝に最も効果的な食物繊維（例えばペクチン）は、大腸で発酵される。したがって、体内のコレステロール減少は、大腸で発酵した食物繊維への吸着によるものではないと考えられる。

1. 胆汁酸の細菌代謝の最終産物に変化が生じたり、結腸から吸収され、門脈を通って肝臓に戻り、コレステロールの合成または胆汁酸への異化を調節する短鎖脂肪酸が放出されたりする可能性がある。
2. 食物繊維がコレステロール代謝に影響を与える主なメカニズムは、最初の脱抱合と脱水酸化の後、結腸で細菌が胆汁酸に結合することによるものです。隔離された胆汁酸はその後、糞便中に排泄されます。^{[ 75 ]}
3. ペクチンなどの発酵性食物繊維は、細菌の増殖のための培地を提供することにより、大腸内の細菌量を増加させる。
4. アラビアゴムなどの他の食物繊維は安定剤として働き、糞便中の胆汁酸排泄量を増加させることなく、血清コレステロールを大幅に低下させる。

糞便は、水、細菌、脂質、ステロール、粘液、繊維からなる粘土状の物質で構成されている。

1. 糞便の75％は水分であり、細菌は乾燥重量の大部分を占め、残りは未発酵の繊維と排泄された化合物である。
2. 24時間あたりの便の排出量は、20～280gの範囲で変動する可能性があります。1日に排出される便の量は、同じ個人でも時期によって変化します。
3. 食事成分のうち、糞便重量を増加させるのは食物繊維のみである。

結腸内では、水は3つの方法で分配されます。

1. 結腸から吸収される自由水。
2. 細菌塊に取り込まれた水。
3. 繊維によって結合された水。

便の重量は以下によって決まります。

1. 発酵後に残存する食物繊維による水分保持。
2. 細菌塊。
3. 細菌発酵産物が糞便量に及ぼす浸透圧効果も加わる可能性がある。

2019年現在、高繊維食を定期的に摂取することによる潜在的な健康効果に関する予備的な臨床研究には、いくつかの癌、心血管疾患、および2型糖尿病のリスクに関する研究が含まれていました。^{[ 1 ] [ 4 ]}

食物繊維の摂取量が多いと、乳がん、大腸がんのリスクが低下し、死亡率も低下することがわかっています。^{[ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]}

オーストラリア政府は、いくつかの慢性疾患のリスクを軽減するために、食物繊維の「適切な摂取量」を摂取することを推奨しています。^{[ 89 ]}

炭水化物と食物繊維の食事摂取基準値の設定を扱う欧州食品安全機関（EFSA）の栄養、新規食品、食物アレルゲンに関するパネルによると、「腸機能に関する入手可能な証拠に基づき、パネルは成人の正常な排便には1日あたり25gの食物繊維摂取量が十分であると考えている」。^{[ 90 ] [ 91 ]}

米国国立医学アカデミー（NAM）（旧医学研究所）の現在の推奨事項では、適切な摂取量として、19～50歳の成人男性は1日あたり38グラムの食物繊維、51歳以上の男性は30グラム、19～50歳の女性は1日あたり25グラム、51歳以上の女性は21グラムの食物繊維を摂取することになっています。これは、食物繊維摂取量が最も多い五分位に属する人々が1,000カロリーあたり平均14グラムの食物繊維を摂取し、特に穀物由来の食物繊維を多く摂取した人々において、冠状動脈性心疾患のリスクが最も低いことを観察した3つの研究に基づいています。^{[ 1 ] [ 92 ] [ 3 ]}

米国栄養士会（AND）は、NAMの勧告を改めて表明している。^{[ 93 ]} 1995年の研究チームの子供に対する勧告は、摂取量が年齢（歳）＋5g  /日であるべきだというものである（例：4歳児は9g  /日摂取すべきである）。^{[ 94 ] [ 95 ]} NAMの現在の子供に対する勧告は、1～3歳児は19g/日、4～8歳児は25g/日である。^{[ 1 ]}高齢者や重篤な疾患のある人に対するガイドラインはまだ確立されていない。便秘、嘔吐、腹痛のある患者は医師の診察を受けるべきである。特定の膨張性下剤は、オピオイドの処方と併用すると、通過時間が遅くなり、便が大きくなるため、重度の便秘、痛み、または閉塞を引き起こす可能性があるため、一般的には推奨されない。

平均して、北米人は健康のために推奨される食物繊維摂取量の50%未満しか摂取していません。今日の若者が好む食品では、この値は20%程度にまで低下する可能性があり、専門家はこれを多くの先進国で見られる肥満レベルの一因とみなしています。^{[ 96 ]}食物繊維摂取量の増加による生理学的利点に関する科学的証拠が増えていることを認識し、米国食品医薬品局（FDA）などの規制機関は、食物繊維に関する健康強調表示を行う食品を承認しています。FDAは、「食物繊維」として適格な成分を分類し、製品ラベルに食物繊維成分の添加によって生理学的利点が得られることを要求しています。^{[ 97 ]} 2008年現在、FDAは適格な食物繊維製品について、定期的な摂取により血中コレステロール値が低下し、冠状動脈性心疾患のリスクが低減する可能性がある^{[ 98 ]}、また一部のがんのリスクも低減する可能性があるというラベル表示を承認しています。^{[ 99 ]}  

FDAの承認を得ている粘性繊維源は次のとおりです。^{[ 1 ]}

• サイリウム種皮（7g  /日）
• オートブラン、全粒オーツ麦、またはロールドオーツ由来のベータグルカン、あるいは全粒大麦または乾燥粉砕大麦（1 日3g）

機能性食品やサプリメントに使用される増量用食物繊維源のその他の例としては、セルロース、グアーガム、キサンタンガムなどがあります。機能性食品やサプリメントに使用される発酵性食物繊維源（植物性食品またはバイオテクノロジー由来）のその他の例としては、難消化性デンプン、イヌリン、フルクタン、フラクトオリゴ糖、オリゴ糖または多糖類、難消化性デキストリンなどがあり、これらは部分的にまたは完全に発酵させることができます。

発酵性食物繊維を継続的に摂取すると、慢性疾患のリスクが軽減される可能性がある。^{[ 100 ] [ 101 ] [ 102 ]}食事中の食物繊維が不足すると、便秘につながる可能性がある。^{[ 103 ]}

2018年、英国栄養財団は、食物繊維をより簡潔に定義し、これまでに確立された潜在的な健康上の利点を列挙するとともに、健康な成人の1日あたりの推奨摂取量を30グラムに引き上げる声明を発表した。^{[ 104 ] [ 2 ]}

食物繊維の消化されにくさを利用して定量化する特定の分析方法を用いると、食物繊維の炭水化物成分とともに、他の多くの消化されない成分も分離されてしまう。これらの成分には、難消化性デンプンやオリゴ糖のほか、植物細胞構造内に存在し、消化管を通過する物質を構成する他の物質が含まれる。こうした成分は、生理的な影響を及ぼす可能性がある。

食物繊維が豊富な食事は、いくつかの主要な生理学的結果をもたらすと考えられます。^{[ 2 ]}

• 便の量を増やし、大腸内での便の通過時間を短縮することで便秘を予防する。
• 胃腸の健康を改善する
• 食後の血糖耐性とインスリン反応を改善する
• 大腸発酵と短鎖脂肪酸産生を増加させる
• 大腸内細菌叢を良好に調節する
• 高脂血症、高血圧、その他の冠状動脈性心疾患のリスク因子を軽減する
• 満腹感を高め、体重管理に役立つ可能性がある。

食物繊維は生理学的影響によって定義され、多くの異質な種類の食物繊維があります。一部の食物繊維は主にこれらの利点の 1 つに影響を与える可能性があります (例えば、セルロースは便のかさを増やし、便秘を予防します) が、多くの食物繊維はこれらの利点の 1 つ以上に影響します (例えば、難消化性デンプンは便のかさを増やし、大腸の発酵を促進し、大腸の微生物叢を良好に調節し、満腹感とインスリン感受性を高めます)。^{[ 16 ] [ 11 ]}高繊維食の有益な効果は、食事中に存在するさまざまな種類の食物繊維の効果と、そのような食事の他の成分の効果の総和です。

食物繊維を生理学的に定義することで、天然の食物繊維と同様の構造と生理学的特性を持つ消化されない炭水化物を認識することができる。^{[ 2 ]}