Metabolity polarne

Zawarte w HBM metabolity drobnocząsteczkowe syntetyzowane są de novo w gruczołach mlekowych lub pochodzą z krwi matki. Jedną z najliczniejszych grup związków w HBM (po laktozie i lipidach) są oligosacharydy (ang. Human Milk Oligosaccharides, HMOs), które stanowią ok. 20% wszystkich węglowodanów HBM. Grupa ta wykazuje duże zróżnicowanie strukturalne. HMO nie ulegają trawieniu w jelicie cienkim, stąd uważa się, że nie mają wartości odżywczej. Większość HMO z pokarmu wydalana jest w kale, jednak część z nich przenika do osocza (prawdopodobnie na drodze pasywnego lub aktywnego transportu w jelitach) w stężeniu proporcjonalnym do zawartości w HBM. Rola oligosacharydów w rozwoju dziecka nie jest jak dotąd jasna.

Niebiałkowe związki zawierające azot

Wśród nich wyróżnia się kreatynę, która jest niezbędnym elementem prawidłowego rozwoju neuronów i mózgu. HBM pokrywa ok. 9% zapotrzebowania dziecka na kreatynę w diecie, zaś pozostała ilość syntetyzowana jest de novo. Inny związek, karnityna, pełni istotną funkcję w wielu procesach fizjologicznych i, podobnie jak kreatyna, pozyskiwana jest z pokarmem lub syntetyzowana w organizmie. Ponieważ do jej syntezy niezbędna jest odpowiednia ilość wielu związków, takich jak metionina, lizyna, wit. C i B₆, żelazo i niacyna, jej obecność w pokarmie jest bardzo ważnym uzupełnieniem potencjalnych braków. Innymi niebiałkowymi związkami azotu są wolne aminokwasy, głównie kwas glutaminowy, tauryna, glutamina i alanina. Kompozycja wolnych aminokwasów nie jest unikalna dla naszego gatunku i wykazuje podobieństwo do innych naczelnych. Kompozycja aminokwasów zmienia się w okresie laktacji, a w przypadku tryptofanu wykazuje wahania dobowe. Związki te pokrywają jedynie 3-5% zapotrzebowania noworodka, jednak pozostała pula pozyskiwana jest na drodze metabolizmu białek. Wolne aminokwasy trafiają jednak do krwiobiegu dziecka o wiele szybciej niż te pochodzenia białkowego. Znaczenie biologiczne wolnych aminokwasów w HBM nie jest jeszcze sprecyzowane. Nukleotydy, niezbędny element wielu procesów metabolicznych, występują w HBM w postaci oligonukleotydów zawartych w komórkach oraz w postaci wolnej. Profil nukleotydowy HBM jest unikalny dla gatunku. Ulega on zmianom w okresie laktacji oraz zależnie od pory roku. Badania (prowadzone głównie z wykorzystaniem zwierząt) wykazują, że obecność nukleotydów w pokarmie noworodków stymuluje odpowiedź immunologiczną zależną od przeciwciał, co zaobserwowano w przypadku wirusa polio, Haemophilus influenzae typ B i błonicy. Obecność nukleotydów może tłumaczyć także wyższą przyswajalność żelaza zawartego w HBM w stosunku do żelaza zawartego w mleku modyfikowanym. Na modelu szczurzym wykazano, że inozyna zwiększa adsorpcję żelaza, która jest hamowana w obecności białek mleka krowiego. Opisano udział nukleotydów w stymulacji wzrostu hepatocytów, metabolizmie lipidów i potencjalnej regulacji snu. Poliaminy to kolejna grupa związków, na które zapotrzebowanie wzrasta gwałtownie podczas intensywnego wzrostu tkanek, do którego dochodzi podczas rozwoju układu pokarmowego noworodka. Poziom poliamin w HBM jest zróżnicowany, z największym odsetkiem spermidyny i sperminy. Najwyższe stężenie występuje w pierwszych dniach laktacji i w pokarmie matek wcześniaków, jednak znaczenie poliamin w rozwoju noworodków nie jest jasne.

Lipidy

Ewolucja stworzyła unikalny system dostarczania lipidów w pokarmie matki oparty na formowaniu koloidalnych struktur, tzw. MFG (ang. Milk Fat Globules) otoczonych błoną biologiczną. Pierwotnie przyjmowano, że wyłączną rolą MFG jest dostarczanie noworodkowi energii w postaci triacylogliceroli. Dopiero stosunkowo niedawne badania ukazały niezwykłą różnorodność lipidów HBM, które różnią się od lipidów pochodzenia roślinnego czy zwierzęcego. Struktury MFG, pozwalające na niezwykle wydajny transfer lipidów, wciąż są najmniej poznanym komponentem HBM. Prawdopodobnie syntetyzowane są w retikulum endoplazmatycznym (ER) komórek nabłonkowych gruczołów mlekowych, w kilkuetapowym procesie formowania kropli lipidowych i sekrecji. Dojrzałe MFG otoczone są potrójną błoną (monowarstwą pochodzącą z ER i dwuwarstwą zbudowaną z apikalnej błony plazmatycznej komórek nabłonka). Hydrofobowy rdzeń MFG składa się w 99% z triacylogliceroli. Kompozycja błony MFG umożliwia dyspersję lipidów w wodnym środowisku HBM i stabilizuje emulsję. Cząstki lipidów charakteryzują się różną wielkością, od poniżej 1 do nawet kilkudziesięciu mikrometrów średnicy, a ich średni rozmiar zmienia się wraz z postępującymi etapami laktacji. W porównaniu do mleka krowiego HBM zawiera więcej małych MFG oraz wykazują one mniejszą wartość powierzchniowego ładunku ujemnego. Krople tłuszczu zawarte w mleku modyfikowanym także różnią się od natywnych MFG, ponieważ powstają w procesie homogenizacji. Fizyczna struktura lipidów oraz kompozycja błony MFG mają duże znaczenie dla ich absorpcji, aktywności lipazy i dostępności cholesterolu w układzie pokarmowym noworodka, co może decydować o właściwej wartości odżywczej. Istnieją przesłanki, że obecność w mleku MFG otoczonych błoną sprzyja rozwojowi neurobehawioralnemu noworodków. Głównymi kwasami tłuszczowymi wchodzącymi w skład triacylogliceroli HBM są kwas palmitynowy (nasycony) oraz kwasy oleinowy i linolenowy (nienasycone). Specyficzna budowa stereochemiczna kwasów tłuszczowych pozwala na ich efektywny rozkład przez lipazy i absorpcję w świetle jelita. Stosunek kwasów nienasyconych do nasyconych jest dużo wyższy w HBM w porównaniu do mleka innych gatunków. Niższa jest także ilość długołańcuchowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych. Niemniej, zawartość lipidów w HBM uwarunkowana jest w dużej mierze od diety matki. Triacyloglicerole HBM syntetyzowane są de novo w gruczołach mlekowych, wykorzystując kwasy tłuszczowe obecne w osoczu. Oprócz triacylogliceroli pulę lipidów HBM tworzą także fosfolipidy i sterole (głównie wolny cholesterol). Niedawno opisano unikalną frakcję nanometrowych cząstek lipidów ubogich w triacyloglicerole, których rolą prawdopodobnie nie jest dostarczenie tłuszczów. Lipidy HBM odgrywają różnorodne role fizjologiczne i metaboliczne. Frakcja lipidów stanowi m.in. źródło witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Nasycone kwasy tłuszczowe dostarczają energię i pełnią funkcje metaboliczne i strukturalne. Kwasy nienasycone, takie jak DHA, mają wpływ na optymalny rozwój mózgu. Fosfolipidy uczestniczą w metabolizmie komórkowym, budując błony biologiczne, są nośnikami składników odżywczych oraz pełnią rolę w rozwoju mózgu jako źródło choliny. Wysoka zawartość cholesterolu w HBM wpływa na zmniejszenie jego poziomu we krwi w późniejszym dzieciństwie poprzez promocję jego prawidłowego metabolizmu.

Stałe pogłębianie wiedzy na temat laktacji, składu pokarmu kobiecego i jego wpływu na rozwój dziecka przyczyniło się do diametralnej zmiany standardów karmienia piersią w ciągu ostatnich lat. Szczegółowe analizy metabolomu HBM możliwe są dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik analitycznych, takich jak spektrometria mas, jądrowy rezonans magnetyczny czy techniki chromatograficzne. Jest to przedsięwzięcie niezwykle wymagające nie tylko ze względu na złożoność HBM, ale także na dużą zmienność osobniczą, która utrudnia standaryzację wielkoskalowych badań. Wiedza na temat składu i biologicznych funkcji metabolitów HBM wciąż jest ograniczona i wymaga uzupełnienia. Niemniej, uznaje się, że każdy element pokarmu kobiecego jest niezbędny dla prawidłowego rozwoju dziecka. Pogłębianie wiedzy na temat jego metabolomu może przyczynić się do stałego aktualizowania standardów żywienia niemowląt oraz ulepszania formuły pokarmów zastępczych.