Текст книги "Естественные технологии биологических систем"

Автор книги: Александр Уголев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 22 страниц)

3.1. Античная и классическая теории питания

Античная теория питания связана с именами Аристотеля и Галена и является частью их представлений о живом. Согласно этой теории, питание организма происходит за счет крови, которая непрерывно образуется из пищевых веществ в результате сложного процесса неизвестной природы, в некотором отношении сходного с брожением. В печени происходит очистка этой крови, после чего она используется для питания органов и тканей. На этом основании строились многочисленные лечебные диеты, призванные обеспечить более легкое превращение пищи в кровь и лучшие свойства последней. Видное место занимало представление о нарушениях состава крови, а кровопускание считалось эффективным методом лечения.

С классической теорией сбалансированного питания связаны распространенные представления об идеальной пище и оптимальном сбалансированном питании. Эти представления опирались на балансные подходы к оценке и режиму питания, сохраняющие свое значение и в настоящее время. В упрощенном виде такие подходы сводились к тому, что в организм должны подаваться вещества такого молекулярного состава, который компенсирует их расход и потери, обусловленные основным обменом, внешней работой, а для молодых организмов еще и ростом, характерным этапом жизненного цикла.

Классическая теория может быть сведена к нескольким фундаментальным постулатам: 1) идеальным считается питание, при котором поступление пищевых веществ соответствует их расходу; 2) поступление пищевых веществ обеспечивается в результате разрушения пищевых структур и всасывания полезных веществ – нутриентов, необходимых для метаболизма, пластических и энергетических потребностей организма; 3) утилизация пищи осуществляется самим организмом; 4) пища состоит из нескольких компонентов, различных по физиологическому значению: нутриентов, балластных веществ (от которых она может быть очищена) и вредных, токсических, соединений; 5) метаболизм организма определяется уровнем аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, витаминов и некоторых солей, следовательно, можно создать так называемые элементные (мономерные) диеты. (Особенно привлекательными такие диеты кажутся в качестве идеальной пищи будущего, когда благодаря химическим технологиям и вычислительной технике можно будет точно контролировать ее молекулярный состав и, более того, менять его в соответствии с возрастом организма, его функциональным состоянием, состоянием здоровья, типом работы, климатическими условиями и т.д.); 6) многие нутриенты, способные к всасыванию и ассимиляции, освобождаются в результате ферментативного гидролиза сложных органических продуктов за счет внеклеточного (полостного) и внутриклеточного пищеварения. При этом усвоение пищевых веществ происходит в два этапа: полостное пищеварение—всасывание.

Теория сбалансированного питания лежит в основе всех современных представлений о питании и служит базисом пищевых технологий. Она позволила дать научное обоснование потребностям в пище по энергетическим и пластическим компонентам, преодолеть многие нутритивные дефекты и болезни, связанные с недостатком витаминов, незаменимых аминокислот, микроэлементов и т.д. На ее основе созданы различные пищевые рационы для всех групп населения с учетом физических нагрузок, климатических и других условий жизни, обнаружены неизвестные ранее незаменимые аминокислоты, витамины, микроэлементы и т.д. На ней базируются все промышленные, агротехнические и медицинские мероприятия, которые сводятся к тому, что улучшение свойств пищевых продуктов может быть достигнуто за счет увеличения содержания нутриентов на фоне уменьшения доли балластных веществ. На этом построены технологии современной переработки продуктов животноводства и растениеводства, в том числе зерновых культур.

Вместе с тем следствием теории сбалансированного питания было несколько чрезвычайно серьезных ошибок. Первая из них – создание улучшенной пищи за счет обогащения пищевых продуктов веществами, непосредственно участвующими в обмене веществ, а также удаление балластных и вредных соединений. Поэтому современные хлеб, крупы, масло, сахар, соки и многие другие продукты питания рафинированы. Однако этот путь ведет к формированию многих, подчас тяжелых нарушений, которые могут быть охарактеризованы как болезни цивилизации.

Вторая ошибка – элементное (мономерное) питание. Идея сделать пищу максимально полезной уже в XIX в. трансформировалась в идею создать комплекс веществ, необходимых для поддержания жизни и не нуждающихся в переработке, корректировке состава и т.д. Предполагалось перейти к промышленному изготовлению идеальной пищи, состоящей из оптимальных смесей всасываемых элементов, преимущественно мономеров. Третья ошибка – прямое (парентеральное) питание. Существует представление, сформулированное в 1908 г. великим французским химиком П.-Э.-М. Бертло, что одна из главных задач будущего – прямое введение в кровь нутриентов, минуя желудочно-кишечный тракт.

И наконец, ошибки в режиме питания. Рекомендации теории сбалансированного питания сводились к тому, чтобы режим питания обеспечивал поступление сбалансированных пищевых веществ через различные промежутки времени, не допускающие их больших потерь. Режим питания – та область теории сбалансированного питания, в которой были сделаны наименьшие ошибки, но принесена и наименьшая польза.

Таким образом, классическая теория стимулировала развитие важных теоретических и практических построений. Она постулировала не только идеи, касающиеся оптимизации питания и создания в конечном итоге идеальной пищи, но и легла в основу разработок идеального питания и его режима. Однако экспериментальная проверка ряда ее положений с учетом мембранного пищеварения и новых достижений науки привела к пересмотру основных постулатов. Действительно, балансный подход и вытекающая из него идея рафинированной (безбалластной) пищи, по-видимому, принесли существенный вред. Так, уменьшение доли овощей и фруктов в рационе, использование очищенных злаковых культур, рафинированных продуктов и т.д. способствовало развитию многих заболеваний, в том числе желудочно-кишечного тракта, печени, желчных путей, нарушений обмена, возникновению ожирения и т.д. Был сделан также ряд ошибочных заключений о путях оптимизации питания. Следовательно, во время наибольших успехов классической теории зарождался и усиливался ее кризис, который привел к появлению новой теории питания.

В настоящее время формируется теория питания, названная мною теорией адекватного питания, которая включает в себя классическую, как важную составную часть. Для того чтобы понять различия между этими двумя теориями и почему классическая становится важной частью более общей теории адекватного питания, необходимо охарактеризовать и сопоставить их основные положения, теоретические следствия и практические рекомендации.

3.2. Теория адекватного питания

Кризис теории сбалансированного питания и открытие некоторые важных, ранее неизвестных механизмов (лизосомного и мембранного типов пищеварения, различных типов транспорта, общих эффектов кишечной гормональной системы); результаты сопоставления ряда характеристик безмикробных животных и животных, в организм которых вводились контролируемые бактериальные культуры; данные прямых исследований влияния элементных диет на организм и т.д. привели к пересмотру ее основных положений. Такая ревизия позволила сформулировать новую теорию адекватного питания (этот процесс еще далеко не завершен), в основу которой легли новые постулаты основополагающего значения: 1) питание поддерживает молекулярный состав и возмещает энергетические и пластические расходы организма на основной обмен, внешнюю работу и рост (этот постулат является общим для классической и новой теорий питания); 2) необходимыми компонентами пищи служат не только нутриенты, но и балластные вещества; 3) нормальное питание обусловлено не одним потоком нутриентов из желудочно-кишечного тракта, а несколькими потоками нутритивных и регуляторных веществ, имеющих жизненно важное значение; 4) в метаболическом и особенно трофическом отношениях ассимилирующий организм рассматривается как надорганизм; 5) существует эндоэкология организма-хозяина, образуемая микрофлорой его кишечника; 6) баланс пищевых веществ достигается в результате освобождения нутриентов из структур пищи при ферментативном расщеплении ее макромолекул за счет полостного и мембранного пищеварения (в ряде случаев внутриклеточного), а также вследствие синтеза новых веществ, в том числе незаменимых. Относительная роль готовых первичных и вторичных нутриентов варьирует в широких пределах. Все перечисленные постулаты теории адекватного питания взаимосвязаны и образуют совокупность новых представлений, подходов, исследований и технических приемов.

Перейдем к последовательному описанию основных положений теории адекватного питания и их сопоставлению с представлениями классической теории сбалансированного питания. Прежде всего рассмотрим основные потоки, поступающие из пищеварительного тракта во внутреннюю среду организма, с позиций этих двух теорий.

3.2.1. Основные потоки

В соответствии с обеими теориями, из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма направлен поток нутриентов. Однако согласно теории сбалансированного питания, для поддержания жизнедеятельности организма необходим лишь этот поток (рис. 14), тогда как с позиций теории адекватного питания помимо основного потока нутриентов из пищеварительного аппарата во внутреннюю среду поступает по крайней мере еще 5 потоков, важность которых теорией сбалансированного питания недооценивалась: поток гормонов и других физиологически активных факторов; три потока бактериальных метаболитов; поток веществ, поступающих с загрязненной пищей (рис. 15).

Рис. 14. Схема потоков веществ из желудочно-кишечного тракта по внутреннюю среду организма в соответствии с теорией сбалансированного питания.

Пищевые продукты при пищеварении разделены на всасываемые вещества (нутриенты) и балласт.

Рис. 15. Схема потоков веществ из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма в соответствии с теорией адекватного питания. В дополнение к потокам, указанным на рис. 14, при обработке балластных веществ формируются вторичные нутриенты, токсины, экзогормоны; пища стимулирует выделение кишечных гормонов.

Поток нутриентов.Обязательное условие ассимиляции пищи – разборка ее сложных структур до простых соединений, которая происходит в процессе пище

варения. При этом освобождаются мономеры (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты и т.д.), лишенные видовой специфичности и преимущественно одинаковые для всех живых организмов. В некоторых случаях могут образовываться олигомеры (ди-, три– и изредка тетрамеры), которые также могут быть ассимилированы. У низших организмов, в частности у бактерий, транспорт нерасщепленных олигомеров широко распространен. У высших организмов такой транспорт

продемонстрирован на примере дипептидов. В соответствии с теорией сбалансированного питания усвоение пищевых веществ реализуется в два этапа: полостное пищеварение—всасывание. Внутриклеточное пищеварение играет значительную роль, тогда как в рамках теории адекватного питания усвоение пищи происходит в три этапа: полостное пищеварение—мембранное пищеварение—всасывание (с определенным компонентом внутриклеточного гидролиза).

Поток гормонов и других физиологически активных веществ. Существование этого потока из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма не укладывается в схему теории сбалансированного питания и значительно меняет наши представления о механизмах ассимиляции пищи. В сущности, поток физиологически активных факторов состоит из двух потоков – эндогенного и экзогенного. Эндогенный поток содержит гормоны и -другие физиологически активные вещества, продуцируемые эндокринными клетками желудочно-кишечного тракта. Эти клетки секретируют около 30 гормонов и гормоноподобных субстанций, контролирующих не только функции пищеварительного аппарата, но и важнейшие эндокринные и метаболические функции организма в целом. В частности, в конце 50-х—начале 60-х гг. нами показано, что частичная или полная резекция двенадцатиперстной кишки приводит к развитию тяжелого заболевания, названного «синдром дуоденальной недостаточности». При этом заболевании преобладают общие, а не местные нарушения функций организма, а также наблюдаются выраженные структурные изменения щитовидной железы, коры надпочечников, гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы и др. После такой операции, приводящей к частичному или полному выключению функций двенадцатиперстной кишки (скорее всего ее эндокринной системы), происходит также нарушение специфического динамического действия пищи – цикла реакций, необходимых для нормального усвоения пищи. Наконец, после дуоденэктомии нарушается система реакций, обеспечивающих защиту организма от связанных с питанием иммунологических агрессий, что приводит к возникновению аллергий на пищевые продукты.

Благодаря эндокринной системе желудочно-кишечного тракта реализуется связь: 1) между поступлением пищи и системами, контролирующими ее ассимиляций; 2) между системами, реализующими поглощение пищи и ее переработку; 3) между системами, обеспечивающими переработку пищи в желудочно-кишечном тракте, и системами, предохраняющими организм от поступления в его внутреннюю среду чужеродных антигенов.

Недавно показано, что эндокринные клетки желудочно-кишечного гранта продуцируют тиреотропный гормон и АКТГ – гормоны, типичные для гипоталамуса и гипофиза, а клетки гипофиза – гастрин. Таким образом, по некоторым гормональным эффектам гипоталамо-гипофизарная и желудочно-кишечная системы оказались родственными, что не могла учитывать теория сбалансированного питания. Существуют данные, что клетки желудочно-кишечного тракта секретируют некоторые стероидные гормоны. Роль пищеварительного аппарата как эндокринного органа еще более проясняется в связи с открытием эндогенных морфинов (эндорфинов и энкефалинов), обладающих морфиноподобным действием. Оказалось, что такие эндогенные опиаты вырабатываются но только клетками мозга, но и клетками пищеварительной системы.

Экзогенный поток физиологически активных факторов состоит преимущественно из специфических веществ, образуемых при гидролизе пищи. Так, при расщеплении пепсином белков молока и пшеницы образуются морфиноподобные вещества, получившие название экзорфинов, т.е. натуральных морфиноподобных соединений, появляющихся при естественном переваривании пищевых продуктов. Не исключено, что образующиеся при гидролизе белков пептиды могут в некоторых количествах проникать в кровь и принимать участие в модуляции общего гормонального фона организма. Можно допустить также, что некоторые пептиды, в том числе образующиеся при нормальном пищеварении определенных компонентов пищи, выполняют регуляторные функции. К таким пептидам несомненно принадлежит казморфин. По-видимому, поток экзогенных веществ очень важен.

Таким образом, питание не просто акт приема пищи и обогащение организма нутриентами. Одновременно существует сложнейший поток гормональных факторов, участие которых в регуляции ассимиляции пищи крайне существенно, а может быть, и жизненно необходимо.

Потоки бактериальных метаболитов. При участии бактериальной флоры кишечника формируются три потока. Один из них – поток нутриентов, модифицированных микрофлорой (например, амины, возникающие при декарбоксилировании аминокислот), другой – поток продуктов жизнедеятельности бактерий и третий – поток модифицированных бактериальной флорой балластных веществ, в который входят вторичные нутриенты. В этих потоках имеются полезные вещества (витамины, незаменимые аминокислоты и др.), вещества, которые при сегодняшнем уровне знаний считаются индифферентными, и токсические соединения. Именно наличие токсических соединений породило еще сравнительно недавно популярную идею целесообразности подавления кишечной микрофлоры. Однако, возможно, токсические вещества, если их количество не переходит определенных границ, физиологичны.

Некоторые токсические вещества, например токсические амины, образующиеся в пищеварительном аппарате под влиянием бактериальной флоры, заметно влияют на состояние организма (табл. 3). Высокой физиологической активностью обладают такие амины, как кадаверин, октопамин, тирамин, пиперидин, диметиламин, гистамин и др. При различных заболеваниях, в частности дисбактериозах, уровень аминов может возрастать и быть причиной нарушений ряда функций организма. Продукция аминов может быть подавлена антибиотиками.

Уровень аминов преимущественно бактериального происхождения в моче

Амины	Количество, секретируемое в сутки (мг)	Источник	Физиологический эффект
Диметиламин	20	Холин Лецитин Метиламин
Пиперидин	0.8	Лизин	Церебральная депрессия Гипертензия
Пирролидин	0.4	Аргинин	Церебральная депрессия
		Орнитин	Гипертензия
Тирамин		Тирозин	Гипертензия
Октопамин		Тирозин
Гистамин			Желудочная секреция Вазодилятация Лейкотакеис

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.