2020年11月，Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology發表一篇名為《Dietary fibre in gastrointestinal health and disease》的綜述，詳細剖析了膳食纖維的理化性質對其在胃腸道中作用的影響，重點闡述了膳食纖維可溶性、粘度和發酵性等特點，并回顧總結了膳食纖維在緩解胃腸疾病中的作用。
流行病學研究一直證明，通過食用未加工的天然食物，如全谷物、豆類、蔬菜和水果，膳食纖維對胃腸道健康有益。
對分離和提取的纖維進行的機理研究和臨床試驗已經證明了對腸道的調節作用（例如：消化和吸收、運輸時間和糞便形成）和微生物作用（例如：腸道微生物群組成和發酵代謝產物的改變）對胃腸疾病有重要的影響。
在這篇綜述中，詳細介紹了膳食纖維的主要理化性質和功能特點，膳食纖維的重要性以及目前它們在治療胃腸疾病中的應用證據。
不同膳食纖維的理化性質（例如：溶解度、粘度和可發酵性）因其來源和加工過程而有很大差異，這是決定其功能特征和臨床應用的重要因素。
盡管了解這些關系的進展已經發現了膳食纖維的潛在治療機會，但許多臨床問題仍未得到解答，例如在臨床癥狀管理和預防胃腸道疾病中所需的最佳劑量，纖維類型和來源的清晰度。新型纖維的使用和/或纖維的共同給藥是尚待廣泛研究的另一種治療方法。
關鍵知識點：
1、在流行病學和干預研究中，膳食纖維已被證明與多種疾病的發展和管理以及死亡率相關，具有許多重要的聯系。
2、膳食纖維具有決定其在胃腸道中功能的理化特性（例如：溶解度、粘度和發酵性），包括其對微量營養素的利用，腸道運輸時間，糞便形成和微生物特異性的影響。
3、當前的膳食纖維推薦常常是有限的且相互矛盾的，并且不能在治療包括腸易激綜合征、炎性腸病、憩室病和功能性便秘在內的胃腸道疾病中提供特定類型和劑量。
4、未來的研究將考慮不同的物理化學特性對功能性的影響，這將有可能最大限度地改善胃腸疾病的臨床癥狀。
膳食纖維的定義
世界衛生組織和食品法典（國際公認的標準、準則和操作規范的集合）所定義的膳食纖維包括在小腸中既不被消化也不被吸收并且聚合度（DP，Degree of Polymerization，衡量聚合物分子大小的指標）為十或十以上的所有碳水化合物。
歐洲食品安全局（EFSA）和FDA對膳食纖維進行了更寬泛的定義，以包括所有在小腸中既不被消化也不被吸收并且具有三個或三個以上單體單元DP的碳水化合物。
EFSA和FDA均規定，植物細胞非固有的合成纖維和提取纖維還必須在被證明成為膳食纖維之前對人類健康表現出生理作用。
法典定義的纖維包括非淀粉多糖（例如：纖維素、半纖維素和果膠），抗性淀粉和非消化性低聚糖（例如：菊粉和低聚果糖）以及木質素。因此，膳食纖維含量高的食物包括全麥，豆類，蔬菜，水果，堅果和種子。
膳食纖維的分析
定量膳食纖維的分析方法隨著更新的定義而發展。
官方分析化學家協會（AOAC）的方法（2011.25）被認為最能反映當前法典的定義，能夠捕獲和量化大多數膳食纖維實體，包括總膳食纖維及其不溶性和可溶性部分(通過酶-重量分析法)，以及分子量(通過尺寸排阻色譜法或高效液相色譜法)。
一些食品數據庫仍包含一些源自過時的AOAC方法的纖維值，這些值無法反映當前的食典纖維定義。
膳食纖維的來源
膳食纖維根據其來源可以分為谷物纖維、豆類纖維、水果纖維、蔬菜纖維、生化合成或轉化類纖維。
其中生化合成或轉化纖維由于成分明確、純度高，是廣泛使用的一種膳食纖維，具有功能突出、性能優越等特點。主要包括改性纖維素、抗性糊精、葡聚糖等。其他類纖維主要指真菌類纖維、海洋類纖維以及一些年制和樹膠等。
膳食纖維是植物性成分，因此植物性食物是膳食纖維的天然來源，在蔬菜水果、粗糧雜糧、都累及菌藻類食物中含量豐度，比如糙米、玉米、大麥、米糠、根菜類、海藻類、紅豆、四季豆、薯類等。
膳食纖維的理化特性
大多數膳食纖維是植物細胞壁的結構多糖成分。細胞壁含有多種多糖，闡明其功能的復雜性源于細胞內多種來源及其功能。
這一方面最明顯的是它們分子結構的變化，包括聚合物亞單元的組成，但也延伸到聚合物鍵和側鏈（酯化）。膳食纖維分子結構的這些差異可以極大地改變它們的物理化學性質及其在胃腸道中的行為。
例如，它們對腸道消化的抵抗力可能是由聚合物亞基的空間取向、分支或側鏈的存在造成的。
圖1 膳食纖維的物理化學特性及其在植物細胞中的位置。這有助于定義膳食纖維的多糖分為兩大類:非淀粉多糖(植物細胞壁的主要成分)和抗性淀粉(植物的能量儲存和人類飲食中的主要碳水化合物來源)。它們的化學結構、與其他細胞壁成分的相互作用、食品加工和消化都可以影響它們的溶解度、粘度和發酵性。
食品加工提供了更高的復雜性。
的確，碾磨和蒸煮也可以是決定膳食纖維理化特性，改善淀粉消化率和植物衍生化合物降解的重要決定因素。但是，由于某些易消化的多糖無法進入食物基質中的消化酶，因此也可以歸類為膳食纖維，例如：1型抗性淀粉（RS-1；如全谷物食品）或3型抗性淀粉（RS-3; 逆行），在烹飪和冷卻后可以賦予抵抗力。
這些結構上的微小變化的結果是，膳食纖維可能具有非常不同的理化特性（例如：粘度和發酵性），從而影響其在胃腸道中的功能作用（例如：腸道運輸時間或微生物群）。
膳食纖維的纖維溶解度
溶解度是指膳食纖維可溶于水的程度。
結構影響其溶解度的碳水化合物聚合物的實例是淀粉（直鏈淀粉和支鏈淀粉）和纖維素。
前者由α-葡萄糖單體組成，而后者由β-葡萄糖組成。相應的二級結構導致淀粉可溶（大部分在小腸中被消化）和纖維素不溶（因此被分類為膳食纖維）。
目前的大部分證據都集中在可溶性上，可溶性是纖維的一個特征，與纖維通過調節胃排空和營養吸收對上胃腸道的影響有關。
然而，2003年，聯合國糧食及農業組織提議，出于多種原因，這些與溶解度有關的傳統分類術語應逐步淘汰。
首先，體外纖維溶解度的測量和分類取決于方法。
其次，胃腸道內和個體之間不同的酸堿度條件可能會影響體內纖維的溶解度。
最后，溶解度本身不能預測纖維的生理效應，因此也不能預測其功能特性。例如，車前草（可溶的）和纖維素（不可溶的）都被證明可以改善血糖控制、轉運時間和糞便排出量，盡管通過不同的機制。
車前草通過增加腸內容物粘度的機制來改善人體的血糖控制，而在大鼠中，纖維素通過結合α-淀粉酶抑制淀粉消化從而減少葡萄糖吸收而影響血糖。使用纖維溶解度作為功能指標的另一個挑戰是，整個纖維食品實際上通常是可溶性和不溶性纖維（例如：抗性淀粉、半纖維素、纖維素和木質素）的復雜混合物，因此，同時在胃腸道中發揮不同的生理作用。
膳食纖維的纖維粘度
粘度是流動阻力的程度。增加腸腔的粘度被認為具有多種健康益處：
食用粘性膳食纖維會改變上消化道的運輸時間，包括降低胃排空率和調節小腸運輸。
增加管腔粘度被認為是膳食纖維消耗起的主要調節作用，包括延遲消化、降低餐后血糖和血脂以及增加人類的飽腹感。粘度中β-葡聚糖降低膽固醇的能力是公認的典型，同時有大量的流行病學證據表明：高纖維飲食對人類的結直腸癌有保護作用。
圖2 不同膳食纖維影響胃腸道的機制。膳食纖維的物理化學特性(溶解度、粘度和可發酵性)可能通過多種機制影響其在胃腸道中的功能特性，包括影響葡萄糖和脂質吸收、促進糞便排出(頻率、稠度和重量)以及刺激微生物組成和代謝物包括短鏈脂肪酸(SCFAs)的產生變化。
膳食纖維的纖維發酵性
工業化人口和農村人口之間的糞便微生物群組成存在差異，歸因于典型的西式飲食的差異，包括高度精制和低膳食纖維的食物，特別是其中的可發酵纖維。
與哺乳動物細胞不同，某些種類的腸道微生物群擁有能夠水解植物性食物中某些膳食纖維化學鍵的酶。這些物種具有降解某些膳食纖維和釋放其他細菌群落所依賴的能量的優越能力。
膳食纖維的攝入量增加，特別是來自可發酵纖維含量高的食物的攝入，與成人糞便中SCFA濃度升高有關。SCFA在胃腸道中具有許多關鍵作用。
動物研究表明，SCFA通過增加興奮性膽堿能神經元的數量來刺激結腸的收縮活動，從而影響胃腸蠕動。SCFAs也起中介作用，橋接粘膜微生物群和粘膜免疫系統之間的交流，臨床前證據表明，與腸道的炎癥相關的有抗炎和免疫調節作用。
例如，SCFA可以通過直接調節調節性T細胞池的大小和功能（包括小鼠中的增殖能力和基因表達）來影響腸道適應性免疫反應。
在動物研究中，SCFA還通過多種機制參與維持腸道屏障的完整性和調節食欲，包括刺激肝臟糖異生。此外，SCFA通過降低腔內pH70間接維持胃腸道穩態，這對于預防定植和抑制酸敏感性腸病原菌的生長可能很重要。
此外，可發酵纖維的減少可導致粘液層變薄，這反過來可能損害腸上皮的完整性并增加病原體的易感性。可發酵纖維的減少也導致從穩定的微生物腸道環境向暫時或永久改變的環境轉變，其特征通常是細菌多樣性和豐富度降低，這種狀態通常被稱為生物失調。
膳食纖維的食物基質
輸送膳食纖維的食物基質的性質將顯著影響其生理功能的程度。更具體地說，植物細胞壁的粒徑和完整性會影響可溶性纖維的溶解。該過程有可能實質上影響管腔粘度并降低發酵速率。
此外，細胞壁的完整性還可以包裹細胞內淀粉，因此減少了內源酶的消化并增加了微生物發酵可用的底物。在人糞便接種物的體外發酵系統中，纖維粒徑的減小與SCFA濃度的升高有關，這表明細菌的發酵程度更高。
同樣，在人體研究中，大和/或粗大的不溶性纖維顆粒對結腸粘膜的物理和機械作用已顯示出能刺激水和粘液分泌到內腔中，從而促進了糞便的排出（即稠度和體重）。
膳食纖維中的孔隙率決定了酶或細菌可以擴散到顆粒中的程度，這可以實質上影響纖維的發酵能力。
纖維的功能特性
微生物多樣性：膳食纖維不僅可以限制食物基質中微量營養素的可及性，還可以影響營養素的生物利用度。
例如，微研磨破壞被細胞壁（主要是膳食纖維）包裹的小麥糊粉，可增加體外礦物質的生物利用度，而特定纖維（例如：果聚糖100和低聚半乳糖101）可增加飲食中鈣的吸收。
有研究表明，某些纖維能提高某些水溶性和脂溶性維生素的吸收。
腸道運輸時間：在某些胃腸疾病中發現異常的全腸轉運時間，某些類型的纖維可以使其正常化。
大便成型：膳食纖維要對糞便排出量(即頻率、稠度和重量)產生影響，必須具備某些物理特性。
已有研究表明，補充麥麩可以使排便頻率從每天1次增加到每天1.5次。具有高保水能力的可溶性粘稠纖維（例如：洋車前草），具有抗發酵性，并在胃腸道中形成粘彈性物質，有助于軟化硬糞和增加糞便體積，使其更容易通過。這些特性還可以通過緊縮大便并減慢轉運時間來幫助腹瀉。
相比之下，不溶性、非粘性纖維（例如：粗麥麩）可以通過腸粘膜的機械刺激來改善糞便的稠度和糞便的重量。
一項對健康人類糞便進行調查的干預性試驗結果總結得出結論，可發酵性決定了纖維在糞便總重量中的作用，而谷物中可發酵的纖維較少，對糞便重量的貢獻最大。
微生物特異性(益生元)：一些可發酵的纖維也被歸類為益生元，其定義已更新為“一種基質，被宿主微生物選擇性地利用，從而賦予健康益處”。
益生元纖維的實例包括菊粉型纖維和低聚半乳糖。益生元纖維以其快速的發酵能力和隨后釋放的SCFA（特別是乙酸鹽）而著稱，但選擇性地僅刺激特定范圍的屬和/或種（即雙歧桿菌和乳桿菌）的生長。
這種選擇性是由于細菌基因組中的特定基因簇決定了它們產生的糖酵解酶及其選擇性代謝益生元底物的表型能力。同時，研究表明遵循習慣性高纖維飲食的人比習慣性低纖維飲食的人更有可能受益于菊粉型果聚糖益生元。
圖3 膳食纖維的理化特性譜。纖維的物理化學特性(溶解性、粘性和可發酵性)形成一個連續體，共同決定其在胃腸道中的功能特性。這三種理化特性的結合決定了纖維在腸道中的功能作用。例如，左側、底部、近角（不溶性、非粘性、不可發酵）的纖維具有與腸道運輸時間相關的功能；右側、底部、遠角（可溶性、非粘性、可發酵）的纖維具有與微生物和發酵相關的功能；右側、頂部、遠角（可溶、粘稠、可發酵）的纖維具有與微生物群、發酵和營養生物利用度相關的功能。處于中間位置的纖維被預測為具有中間功能特性。GOS，低聚半乳糖；SCFA，短鏈脂肪酸。
腸道疾病中的膳食纖維
膳食纖維已在許多流行病學和干預研究中顯示出與各種疾病的發生、治療以及死亡率之間有重要聯系，比如II型糖尿病（TIID）、肥胖、結直腸癌（CRC）、心血管疾病等。
膳食纖維攝入量與健康之間這些公認的關聯，促使很多國家建議成人每天攝入25-35克膳食纖維。盡管有此建議，但全世界成年人的平均膳食纖維攝入量仍然很低，通常每天不足20克。
2015年，英國營養科學咨詢委員會（Scientific Advisory Committee on Nutrition，SACN）對膳食纖維在疾病預防中的流行病學研究進行了詳細的調查和分析，結果表明，食物中膳食纖維攝入量每增加7克，心血管疾病的發生風險降低為0.91，出血和缺血性中風發生風險降低為0.93，結腸直腸癌（CRC）（又稱大腸癌）發生風險降低為0.92，直腸癌發生風險降低為0.91，糖尿病發生風險降低為0.94。
2019年發表的一項大規模人群研究通過對公共數據庫中185項流行病學隊列和58項臨床試驗研究（4635位參與者）進行的分析，表明當食物中膳食纖維的攝入量介于每天25 g至每天29 g之間時，腸道疾病風險降低最大。
與較低的膳食纖維攝入相比，較高的膳食纖維可以使死亡率的風險降低為0.85，冠心病發生風險降低為0.69，癌癥發生風險降低為0.87，中風發生風險降低為0.78，II型糖尿病發生風險降低為0.84，結直腸癌（CRC）發生風險降低為0.84。
飲食條件的改善導致肥胖人群的增加，肥胖會嚴重影響人體的健康，可導致高血壓、冠心病、糖尿病等疾病。已經有研究證明膳食纖維可有效控制體重的增加，有助于減肥。
膳食纖維的功效主要體現在三個方面：膳食纖維具有很強的吸水膨脹性，可以通過產生飽腹感，減少食欲和進食量；膳食纖維具有很低的熱能；膳食纖維可減緩營養吸收。
除了預防疾病外，膳食纖維還可能被用作治療干預手段，特別是對于胃腸道疾病，比如腸易激綜合癥（IBS）、炎性腸病（IBD）、憩室病以及特定胃腸道癥狀的治療，例如：便秘。
已有研究表明，食用可溶性膳食纖維能夠顯著改善腸易激綜合癥并將持續出現癥狀的風險降低為0.83，而麥麩等其他膳食纖維僅降低為0.90。
常見腸道疾病的膳食纖維消耗
腸易激綜合征
對于腸易激綜合征患者的纖維消耗指南各不相同。英國國家健康與保健研究所建議減少抗性淀粉的攝入，而世界胃腸病學組織的全球指南建議應鼓勵富含纖維的食物或纖維補充劑(例如：車前草)，并限制可能加劇癥狀的不溶性纖維。
迄今為止，許多系統評價和薈萃分析得出的結論是，盡管結果與反應的巨大差異相矛盾，但某些纖維有益于減輕IBS癥狀并改善大便次數和稠度。
炎癥性腸病（IBD）
炎癥性腸病（IBD）病包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎。大量研究發現，克羅恩病患者的腸道菌群發生了變化（例如：雙歧桿菌和法氏桿菌的豐度降低），可能需要補充益生元纖維。
可以想象到纖維（飲食或補充形式）可能會阻止IBD，維持或恢復IBD的腸上皮完整性，盡管在人類中預防、維持和治療IBD的纖維研究非常有限。
憩室
憩室病是指粘膜和粘膜下層穿過結腸壁肌層的疝出。西方飲食模式中更多的紅肉和更少的膳食纖維與憩室炎風險增加之間存在正相關。纖維降低憩室疾病風險的機制包括增加糞便體積，降低結腸壓力，從而減少疝出。
2018年發表的一項基于低質量研究的系統評價建議，應將沒有并發癥的憩室炎患者放寬飲食（例如：固體食物、無腸休息或經口零食），而不是飲食限制，以及符合個體化的高纖維飲食營養要求，添加或不添加纖維。
但在憩室病患者中，纖維在預防急性憩室炎方面的作用證據有限。
功能性便秘
功能性便秘是最常見的功能性腸病之一，其特征是排便困難或不頻繁，或排便不完全，無結構性原因。
許多大型隊列研究表明，高膳食纖維攝入量與大便頻率之間存在正相關。對七個RCT的系統評價和薈萃分析得出的結論是，與安慰劑相比，纖維可以有效治療成人慢性便秘。
胃腸疾病中纖維的應用指南和建議
胃腸疾病 | 膳食纖維推薦 | 證據水平 |
IBS-C | 補充可溶性纖維的形式（如：車前草、甲基纖維素、部分水解瓜爾膠） | RCT的薈萃分析 |
根據癥狀調整纖維攝入量，包括添加天然來源的膳食纖維（如：燕麥或亞麻子） | 專家共識 | |
磨碎的亞麻子（6-24克/天）；在3個月之內逐漸加量 | 少量RCT | |
IBS-D | 減少不溶性纖維的攝入，如全麥、高纖維面粉、面包、富含麩皮的谷物以及糙米等全谷物 | RCT的系統評價 |
補充可溶性纖維的形式（如：車前子） | RCT的薈萃分析 | |
根據癥狀調整纖維攝入量 | 專家共識 | |
IBD | 鼓勵多樣化的飲食，以滿足能量和營養需求，包括膳食纖維，包括各種水果和蔬菜、谷物、谷物、堅果和種子 | 專家共識 |
考慮對狹窄患者限制使用纖維和纖維食物 | 專家共識 | |
膳食纖維不應被限制，腸梗阻除外 | 專家共識 | |
潰瘍性結腸炎可能比克羅恩病更適合纖維補充干預 | RCT的系統綜述 | |
憩室病 | 活動性憩室炎期間的低纖維飲食可最大程度地減少刺激 | 專家共識 |
多種來源的高纖維飲食可預防憩室炎 | 觀察研究和專家共識 | |
功能性便秘 | 鼓勵逐漸增加纖維或增加纖維補充劑（數周而不是數天），以最大程度地減少胃腸道不適，包括腹脹和腸胃氣脹，20-30克/天 | RCT的薈萃分析 |
鼓勵添加其他具有通便作用的成分（例如：山梨糖醇等）的全纖維食品，例如梅子或杏子 | 少量的RCT和 專家共識 | |
高劑量車前(>15克/天) | RCT的薈萃分析 |
注：
1、指導方針是基于研究和專家共識，但通常證據并非來自高質量的臨床試驗。
2、IBS-C：腸易激綜合征伴便秘；IBS-D：腸易激綜合征伴腹瀉；IBD炎癥性腸病；RCT的隨機對照試驗。
專委會小秘書
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