Естественные технологии биологических систем - Александр Уголев

По-видимому, в ходе эволюции некоторые токсические амины включились в регуляторные системы организма. В качестве примера можно привести гистамин. Как известно, гистамин продуцируется преимущественно клетками желудка, морфологически сходными с тучными, и контролирует ряд функций гипоталамо-гипофизарной системы, секрецию соляной кислоты и способствует образованию язв желудка. Кроме эндогенного гистамина существует экзогенный, образующийся преимущественно в кишечнике в результате бактериальной активности. Многие патологические изменения в организме провоцируются не за счет гиперфункции клеток желудка, вырабатывающих гистамин, а благодаря его избыточному образованию в кишечнике бактериальной флорой. Поэтому применение антибиотиков ведет к ряду сдвигов гормонального статуса организма.

Что касается вторичных нутриентов, образующихся из балластных веществ за счет преимущественно бактериального метаболизма, то в них входят значительные количества витаминов, незаменимых аминокислот, углеводов, жиров и т.д. Физиологическая важность вторичных нутриентов доказывается тем, что безмикробные животные, у которых нарушена способность перерабатывать балластные вещества, чрезвычайно чувствительны к колебаниям состава пищи, тогда как обычные весьма устойчивы к ним. О физиологической важности вторичных нутриентов свидетельствует резкое повышение потребности в витаминах у человека и животных, у которых бактериальная флора подавлена антибиотиками.

Кроме перечисленных потоков существует поток веществ, поступающих с загрязненной в результате различных промышленных технологий пищей или из загрязненной среды.

3.2.2. Балластные вещества, или пищевые волокна

Идея относительно улучшения пищи путем удаления балластных веществ основана на теории сбалансированного питания. Однако в действительности так называемое улучшенное, или рафинированное, питание послужило причиной многих распространенных заболеваний (табл. 2). В ходе эволюции питание сформировалось как некая естественная технология, в которой используются не только утилизируемые, по и неутилизируемые компоненты пищи. Особенно это касается таких неутилизируемых балластных веществ, как пищевые волокна. К последним относятся полисахариды — целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, лигнин и др., присутствующие в овощах, фруктах, злаках и ряде других продуктов. Пищевые волокна играют роль в нормализации деятельности желудочно-кишечного тракта, влияют на его моторную активность, скорость всасывания пищевых веществ в тонкой кишке, давление в полости органов пищеварительного аппарата, электролитный обмен в организме, массу и электролитный состав фекалиев и т.д. Наконец, пищевые волокна влияют на среду обитания бактерий в кишечнике и являются для них одним из важных источников питания.

Пищевые волокна необходимы не только для работы пищеварительного. аппарата, но и всего организма. Например, показана связь между нарушениями холестеринового обмена, образованием камней в желчном пузыре и широким распространением в развитых странах рафинированных рационов. Ошибки в структуре питания, и в частности потребление рафинированных продуктов, стали одной из причин развития многих тяжелых заболеваний у человека. Ряд нарушений, в том числе атеросклероз, гипертония, диабет, во многих случаях результат не только чрезмерного потребления белков и углеводов, но и следствие недостаточного использования балластных веществ.

Существуют сведения, что отсутствие пищевых волокон в диете может провоцировать рак толстой кишки. При отсутствии пищевых волокон нарушается не только обмен желчных кислот, но также холестерина и стероидных гормонов.

Многие формы патологии желудочно-кишечного тракта и обмена веществ поддаются профилактике и лечению благодаря пищевым волокнам, введенным в рацион. Так, эти волокна могут повышать толерантность к глюкозе и модифицировать ее всасывание, что может быть использовано для предупреждения и лечения диабета, гипергликемии и ожирения. Увеличение количества пищевых волокон в рационе снижает уровень холестерина в крови, что связано с участием волокон в кругообороте желчных кислот. Показан также антитоксический эффект растительных волокон.

Итак, на основе теории сбалансированного питания были сделаны попытки создать улучшенную и обогащенную пищу за счет удаления балластных веществ, что привело в ряде стран к развитию многих заболеваний — болезней цивилизации. В настоящее время интенсивно разрабатывается противоположное направление — ведутся поиски и создается адекватная пища, соответствующая потребностям организма, возникшим в ходе эволюции.

3.2.3. Эндоэкология

Согласно теории сбалансированного питания, заселение бактериальной флорой пищеварительного тракта высших организмов — нежелательный и в определенной мере вредный побочный эффект. Однако бактериальная флора кишечника не только не вредна, но необходима для нормального развития физиологических функций организма. Ее подавление часто приводит к сдвигу метаболического баланса организма. Высший организм реально существует как надорганизм, состоящий из доминирующего многоклеточного организма и специфической бактериальной поликультуры. Между ними существует обмен метаболитами, в состав которых входят нутриенты, различные неорганические компоненты, стимуляторы, ингибиторы, гормоны и другие физиологически активные соединения. Вероятно, такая форма сосуществования макро- и микроорганизмов — древнее эволюционпое приобретение. Оказалось, что безмикробные животные в метаболическом, иммунологическом и нейрологическом отношениях резко отличаются от обычных и должны быть охарактеризованы как неполноценные. Бактериальная флора служит своеобразным трофическим гомеостатом, или трофостатом, обеспечивающим разрушение некоторых избыточных компонентов пищи и образование недостающих продуктов.

Деятельность бактериальной флоры кишечника может быть нарушена при ряде специфических и неспецифических воздействий (рис. 16), в том числе при изменении диеты, при заболеваниях пищеварительного аппарата, при некоторых терапевтических мероприятиях (особенно при использовании антибиотиков), при воздействии различных экстремальных факторов (например, при стрессах, в том числе эмоциональных, при специальных условиях и т.д.). Дисбактериозы, возникающие по разным причинам, в частности вследствие применения антибиотиков, провоцируют многие вторичные нарушения.

Рис. 16. Схема соотношения первичных нутриентов и бактериальных метаболитов при физиологических (А) и патологических (Б) состояниях организма (дефекты переваривания и всасывания).

Формирование представлений о бактериальной флоре, шире говоря — об эндоэкологии, т.е. внутренней экологии человека и других Многоклеточных организмов, имеет фундаментальное значение. Кишечная флора — необходимый атрибут существования сложных организмов, а ее сохранение и предупреждение загрязнения — одна из важных проблем биологии и медицины.

3.2.4. Элементные диеты и две теории питания

Идея элементного (мономерного) питания, возникшая в конце XIX—начале XX в. и вытекающая из теории сбалансированного питания, сводилась к тому, что потребляемую нами пищу следует заменить легкоусвояемыми мономерами, имитирующими смесь всасываемых продуктов питания — белков, углеводов, жиров и др. Предполагалось, что такая пища позволит удовлетворять потребности человека в точном соответствии с особенностями его обмена. Более того, предполагалось, что человеку в зависимости от возраста, функционального состояния организма, вида деятельности можно вводить различные аминокислоты и другие компоненты рациона, а в случае заболеваний — компенсировать их недостаток. В 60—70-х гг. было предложено несколько элементных диет (табл. 4). Появилась надежда, что они окажутся основными при космических полетах.

Основной состав элементной диеты, предложенной американским исследователем М. Уинитцем и сотрудниками в 1970 г.

Аминокислоты, г L-Лизин • HCl 3.58 Натрия L-acпapтат 6.40 L-Лейцин 3.83 L-Треонин 2.42 L-Изолейцин 2.42 L-Пролин 10.33 L-Валин 2.67 Глицин 1.67 L-Фенилалаиин 1.75 L-Серин 5.33 L-Аргинин • НСl 2.58 L-Тирозинэтиловый эфир 6.83 L-Гистидин • HСl • Н2O 1.58 L-Триптофан 0.75 L-Метионин 1.75 L-Глутамин 9.07 L-Аланин 2.58 L-Цистеинэтиловый эфир 0.92 Водорастворимые витамины, мг Тиамин • НCl (В1) 1.00 Биотин 0.83 Рибофлавин (В2) 1.50 Фолиевая кислота 1.67 Пиридоксин • НCl (В6) 1.67 Аскорбиновая кислота (С) 62.50 Никотинамид 10.00 Цианокобаламин (B12) 0.00167 Инозит 0.83 π-Аминобензойная кислота 416.56 Пантотенат кальция (РР) 8.33 Битартрат холина 231.25 Соли, мг Калия йодид 0.25 Калия гидроксид 3970 Марганца ацетат • 4Н2O 18.30 Магния оксид 380 Цинка бензоат 2.82 Натрия хлорид 4770 Меди ацетат • Н2O 2.50 Железа глюконаг 830 Кобальтацетат • 4Н2O 1.67 Кальция хлорид • 2Н2O 2440 Натрия глицерофосфат 5230 Натрия бензоат 1000 Аммония молибдат 0.42 Углеводы, г Глюкоза 555.0 Глюконо-5-лактон 17.2 Жиры и жирорастворимые витамины, мг Этил линолеат 2000 а-Токоферол ацетат 57.29 Витамина А ацетат 3.64 Менадион 4.58 Витамин Д 0.057

Однако с позиций теории адекватного питания элементные диеты дефектны прежде всего потому, что нарушают свойства и соотношения нутритивного, трофического и токсического потоков вследствие выпадения защитных функций мембранного пищеварения и изменения эндоэкологии. У моногастричных организмов (в том числе у человека) питание бактерий построено на использовании преимущественно неутилизируемых или медленно утилизируемых макроорганизмом компонентов пищи. Мембранное пищеварение, реализуемое ферментами, локализованными в недоступной бактериям щеточной кайме, предотвращает поглощение ими нутриентов и обеспечивает стерильность процесса. Сравнение величины бактерий, населяющих тонкую кишку, с порами между микроворсинками и размерами сети гликокаликса (см. гл. 5) показывает, что щеточная кайма представляет собой специфический бактериальный фильтр, с помощью которого заключительные этапы гидролиза пищевых веществ отделяются от заселенной бактериями полости тонкой кишки. Стерильность мембранного пищеварения можно рассматривать как приспособление макроорганизма к сосуществованию с кишечной бактериальной флорой и как фактор, обеспечивающий преимущественное поглощение нутриентов макроорганизмом. Если же пища вводится в организм в виде мономеров, то мембранное пищеварение как защитный механизм не функционирует. В этом случае бактерии оказываются в чрезвычайно благоприятных условиях для их размножения в результате избытка легкоусвояемых элементов в полости тонкой кишки. Это приводит: 1) к нарушению эндоэкологии макроорганизма; 2) к увеличению потока токсических веществ; 3) к потере макроорганизмом ряда веществ, в том числе необходимых. При мономерном питании нами, а затем многими другими исследователями зарегистрированы дисбактериозы и дополнительное дезаминирование аминокислот.