Текст книги "Естественные технологии биологических систем"

Автор книги: Александр Уголев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 22 страниц)

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 • Н 2O	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 (В 1)	1.00	Биотин	0.83
Рибофлавин (В 2)	1.50	Фолиевая кислота	1.67
Пиридоксин • НCl (В 6)	1.67	Аскорбиновая кислота (С)	62.50
Никотинамид	10.00	Цианокобаламин (B 12)	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 • 4Н 2O	18.30	Магния оксид	380
Цинка бензоат	2.82	Натрия хлорид	4770
Меди ацетат • Н 2O	2.50	Железа глюконаг	830
Кобальтацетат • 4Н 2O	1.67	Кальция хлорид • 2Н 2O	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.

Далее, из-за высокой осмотической активности элементных диет нарушается распределение жидкости между кровью и кишечной средой в результате ее перехода из крови в кишечник. Наконец, элементные диеты приводят к резкому снижению функциональной нагрузки на ферментные системы желудочно-кишечного тракта, что сопровождается нарушением синтеза ряда необходимых ферментов.

Однако при некоторых формах заболеваний и в определенных условиях элементные и безбалластные диеты могут быть весьма полезными. В частности, при врожденпых и приобретенных дефектах ферментных систем тонкой кишки наиболее целесообразно исключить из пищи те молекулы (например, лактозу, сахарозу и др.), гидролиз которых нарушен. Элементные диеты могут быть использованы при различных экстремальных воздействиях, вызывающих нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта. Как правило, для стресса характерен отрицательный азотистый баланс за счет стрессорного глюконеогенеза. Мы получили результаты, расширяющие классические представления о происхождении отрицательного азотистого баланса. Нами обнаружено, что при стрессе наблюдается торможение включения ряда пищеварительных ферментов, реализующих мембранное пищеварение углеводов и особенно белков, в состав апикальной мембраны кишечных клеток. Таким образом, при стрессе отрицательный азотистый баланс обусловлен не только разрушением, но и недостаточным поступлением аминокислот во внутреннюю среду организма. Следовательно, при различных видах стресса существует эффективный путь коррекции белкового обмена за счет введения в рацион вместо белков, которые не усваиваются, имитирующих эти белки аминокислотных смесей. Использование последних целесообразно также при аварийных ситуациях, при хирургических вмешательствах (в пред– и послеоперационный периоды), при травмах, в условиях недостатка белков и т.д.

3.2.5 Прямое (парентеральное) питание

По представлениям П.-Э.-М. Бертло, парентеральное питание человека должно быть весьма перспективным. По мнению сторонников этой идеи, парентеральное питание приведет к постепенной атрофии желудочно-кишечного тракта и будет стимулировать формирование более совершенного человека. Однако принимая во внимание эндоэкологию кишечника, эта идея представляется крайне уязвимой. Действительно, из-за отсутствия нутриентов нарушается бактериальная флора кишечника со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями. Существуют и другие причины, из-за которых рассматривать парентеральное питание как физиологическое невозможно. Прямое введение в кровь глюкозы в количествах, удовлетворяющих пищевые потребности организма, вызывает резкое нарушение гомеостаза и перенапряжение инсулярного аппарата, что служит причиной многих форм патологии. Например, в результате перенапряжения инсулярного аппарата создаются благоприятные условия для развития диабета. Наконец, желудочно-кишечный тракт выполняет важную функцию не только трансформации пищевых веществ в усвояемые организмом формы, но и депонирования пищи. Введение нутриентов в кровь должно приводить к нарушению функций депонирующих систем и механизмов (нервных и гормональных), их контролирующих.

Вместе с тем при так называемой экстренной терапии и экстренной хирургии, а также при различных формах патологии производится капельное введение глюкозы в вену больному. Однако если глюкозу заменить мальтозой (дисахаридом, состоящим из двух молекул глюкозы), которая расщепляется ферментами, связанными с мембраной клеток печени, почек, капилляров и т.д., то образующаяся глюкоза будет хорошо утилизироваться, по-видимому, в тех участках, где она освобождается при гидролизе мальтозы. В результате этого будет достигаться снабжение организма глюкозой без перенапряжения инсулярного аппарата, без изменения ее уровня в крови и тяжелого дисбаланса. Кроме того, будет происходить уменьшение осмотической нагрузки в два раза. Таким образом, открываются новые возможности для внутривенного питания.

3.2.6 Защитные системы желудочно-кишечного тракта

Теория адекватного питания придает большое значение системам защиты организма от проникновения различных вредных веществ. Поступление пищи в желудочно-кишечный тракт следует рассматривать не только как способ восполнения энергетических и пластических материалов, но и как аллергическую и токсическую агрессию. Лишь благодаря сложной системе защиты негативные стороны питания эффективно нейтрализуются.

Существует несколько механизмов, предупреждающих поступление токсических веществ и антигенов из кишечной среды во внутреннюю, два из них – трансформационные. Один из таких трансформационных механизмов связан с гликокаликсом, который непроницаем для многих крупных молекул. Исключением служат молекулы, подвергающиеся гидролизу ферментами (панкреатические амилаза, липаза, протеазы), адсорбированными в структурах гликокаликса. В связи с этим контакт вызывающих аллергическую и токсическую реакции нерасщепленных молекул с клеточной мембраной затруднен, а молекулы, подвергающиеся гидролизу, утрачивают антигенные и токсические свойства. Другой трансформационный механизм обусловлен ферментными системами, локализованными на апикальной мембране кишечных клеток и осуществляющими расщепление олигомеров до мономеров, способных к всасыванию. Таким образом, ферментные системы гликокаликса и липопротеиновой мембраны служат барьером, предупреждающим поступление и контакт крупных молекул с плазматической мембраной. Существенную роль могут играть внутриклеточные дипептидазы, рассмотренные нами как дополнительный барьер и как механизм защиты от физиологически активных соединений.

В кишечнике имеется также иммунная система, представленная пейеровыми бляшками тонкой кишки (около 200—300 у взрослого человека) и лимфоидной системой червеобразного отростка толстой кишки. Для понимания механизмов защиты важно, что в кишечной слизистой содержится более 400 000 плазматических клеток в расчете па 1 мм ³слизистой и около 1 млн. лимфоцитов в расчете на 1 см ²слизистой. В норме в тощей кишке человека содержится от 6 до 40 лимфоцитов на 100 эпителиальных клеток. Это означает, что кроме эпителиального слоя, разделяющего кишечную и внутреннюю среды организма, существует еще мощный лейкоцитарный слой.

Следовательно, хотя слизистая пищеварительного тракта потенциально является областью, через которую возможно проникновение антигенных и токсических субстанций во внутреннюю среду организма, здесь же действует эффективная дублированная система защиты, включающая в себя как пассивные (механические), так и активные защитные факторы. При этом в кишечнике взаимодействуют системы, продуцирующие антитела, и системы клеточного иммунитета. Нужно добавить, что защитные функции печеночного барьера, реализующего с помощью купферовых клеток поглощение токсических веществ, дополняются системой антитоксических реакций в эпителии тонкой кишки. Таким образом, способностью к обезвреживанию токсинов, поступающих из желудочно-кишечного тракта, обладают по меньшей мере две системы, одна из которых локализована в печени, а другая в кишечнике.

3.2.7. Идеальная пища и идеальное питание

Эта проблема – следствие теории сбалансированного питания. Идеальной считается такая пища, которая наиболее точно возмещает потери веществ и энергии по составу и временной динамике. Идеальное питание определяется этой же целью.

С позиций теории адекватного питания идеальное питание с трудом поддается теоретическому определению, так как эффекты пищи и режимы питания разнообразны. Одни виды пищи улучшают общее самочувствие, другие повышают работоспособность, третьи позволяют скорее приспособиться к климатическим или к необычным условиям, изменять эволюционно сформированные или другие реакции. Каждый положительный эффект может сопровождаться некоторыми отрицательными эффектами. Более того, так называемая идеальная пища, обеспечивающая равновесие притока и расхода пищевых веществ, в большинстве случаев не адекватна для человека и животных, так как приводит к бездействию депо и, следовательно, способствует своеобразной метаболической гиподинамии. Действительно, уже в конце 50-х гг. нам удалось показать, что переход от одного типа полноценной пищи к другому помимо адаптивных реакций вызывает увеличение активности ферментных систем пищеварительного тракта и повышение уровня некоторых ферментов крови.

Сходные явления мы наблюдали впоследствии при различных воздействиях на организм. Эти данные позволили предположить, что «метаболический комфорт» в результате «идеального питания» не является эволюционно подготовленной основой для оптимальной работы метаболических систем. Равенство расхода и поступления веществ в организм – правило, справедливое лишь для достаточно длительных интервалов времени.

В пределах более коротких временных интервалов значительные расхождения между этими показателями не только физиологичны, но и необходимы для поддержания достаточно высокого уровня функциональной активности.

Рациональное питание определяется компромиссом между более или менее ограниченными (по количеству и качеству) пищевыми ресурсами и наиболее эффективным питанием. Практически питание человека и животных в естественных условиях обусловлено оптимальными нормами и реальными возможностями. Чаще всего в основе компромисса лежит недостаток ряда пищевых продуктов или их высокая стоимость. В первую очередь это касается белка, потребность в котором может быть удовлетворена потреблением мяса и рыбы, а во многих случаях – молочных продуктов. К сожалению, во многих странах, в том числе и в нашей, молочные продукты используются недостаточно. Белковый рацион может быть оптимизирован также сочетанием белковой пищи с другими пищевыми продуктами, сберегающими расход белка, а также обогащающими его. Например, белок хлеба легко обогащается благодаря использованию цельнозернового хлеба, а не хлеба, выпеченного из муки высокого помола. Однако применение очищенной муки – повсеместно распространенный отрицательный эффект научно-технического прогресса прошлого и нынешнего веков и одно из негативных следствий теории сбалансированного питания. Тем не менее возможны оптимальные сочетания пищевых продуктов применительно к конкретным условиям питания и дальнейшие поиски в этом направлении.

3.2.9. Питание в неидеальных условиях

Многие полезные пищевые продукты содержат токсические компоненты, которые в ряде случаев могут быть разрушены тепловой обработкой пищи. Однако определенный уровень токсических веществ – постоянный и физиологический спутник жизни. Большинство этих веществ нейтрализуется защитными системами желудочно-кишечного тракта. В последнее время в связи с интенсификацией сельского хозяйства и урбанизацией населения количество непищевых добавок, подавляющее большинство которых не полностью индифферентно для организма, прогрессивно возрастает во всем мире. Применение регуляторов природной среды, дефолиантов, инсектицидов, пестицидов, гербицидов и др. приводит к тому, что эти вещества поступают в значительную часть пищевых продуктов. Хотя действие таких веществ направлено первоначально против растений, насекомых, грибов и других вредителей, в силу универсальности функциональных блоков (см. гл. 5 и 6) существует потенциальная опасность их воздействия на организм человека и высших животных. (В некоторых случаях такой отрицательный эффект доказан). Точно так же не индифферентны добавки, обеспечивающие консервацию пищевых веществ. Кроме того, пищевые продукты загрязняются промышленными отходами, среди которых могут оказаться весьма токсичные. Этой крайне актуальной проблеме уделяется большое внимание.

В связи с вышеизложенным возникают следующие вопросы: как в условиях загрязненной пищи оптимизировать питание, что лучше – адаптация к одному загрязнителю или чередование различных загрязнителей? Быть может, следует периодически менять консерванты или источники продуктов питания, использовать антидоты, которые можно вводить либо в соответствующие загрязненные продукты, либо применять одновременно с пищевыми продуктами? Найти ответы на такие вопросы особенно важно в связи с тем, что питание в неидеальных условиях приобретает все большие масштабы.

3.2.10. Оптимизация питания и концепция физиологической культуры

Оптимальное питание – проблема, еще нуждающаяся в решении. Она представляется особенно важной, так как дефекты питания в глобальных масштабах характерны и для настоящего времени. С дефектами питания люди сталкиваются также в различных аварийных и экстремальных ситуациях и, наконец, будут сталкиваться при создании искусственных биосфер и трофосфер в связи с исследованием космоса и другими задачами. Поэтому необходимо понять, каким образом при значительных дефектах питания добиться наиболее благоприятных результатов.

Возьмем Крайний случай, связанный с отсутствием продуктов питания. Долгое время считалось, что в таких условиях лучше полное голодание, чем поедание непитательных структур (в частности, листьев растений). В рамках теории сбалансированного питания это объяснялось тем, что при питании листьями происходит значительная работа пищеварительного аппарата и дополнительный расход энергии, а также размножение бактериальной флоры. Однако с позиций теории адекватного питания нормальная деятельность желудочно-кишечного тракта необходима для поддержания основного обмена, для функционирования его эндокринного аппарата, для поддержания эндоэкологии кишечника. Сохранение эндоэкологии благодаря пищевым волокнам кажется более благоприятным для организма, чем абсолютное голодание. Такая точка зрения подтверждается известными примерами о поведении людей во время голода, добавляющих в пищу траву, древесные опилки, листья и т.д. Иной смысл приобретает и оценка поведения некоторых хищных животных, во время голода питающихся листьями, травой, ягодами и другими растительными продуктами. Понятными становятся также различия между полным голоданием и голоданием в сочетании с потреблением продуктов с незначительной пищевой ценностью, но которые существенно влияют на состояние эндоэкологии организма. Приведенный пример использования пищевых волокон лишь один из многочисленных примеров оптимизации питания в неблагоприятных условиях.

Использование нерафинированных пищевых продуктов (например, цельнозернового хлеба, неполированного риса и т.д.) при оптимизации питания в условиях нехватки пищевых ресурсов приобретает особенно большое значение. По-видимому, нерафинированные продукты и в большинстве других случаев имеют преимущества перед рафинированными.

Следует подчеркнуть, что оптимизация питания была важной и полезной частью национальных, племенных и религиозных традиций. Однако в научной литературе часто обращается внимание лишь на недостатки этих традиций, многие из которых теперь утрачены. В то же время такая утрата создает вакуум, который нередко заполняется неправильными и неорганизованными действиями. Последние опираются на многочисленные модные концепции питания, не имеющие теоретической базы и не подкрепленные практикой.

Оптимизация питания связана с решением нескольких проблем. Прежде всего должны быть получены такие соединения, которые выполняли бы основные регуляторные функции во внешней среде, но не попадали бы в пищевые продукты. Далее, следует использовать соединения с такой степенью избирательности, при которой эти вещества и их метаболиты были бы индифферентны для человека. Важно также разработать пищевые технологии, в том числе кулинарные, при которых в процессе приготовления пищи токсические вещества разрушались бы или превращались в безвредные. Наконец, должна существовать информация о наличии в продуктах токсических соединений и о возможности чередования этих продуктов во избежание кумулятивных эффектов, неблагоприятных взаимодействий и т.д.

Понятие адекватности позволяет оптимизировать питание в соответствии с возрастом и характером труда. Но и в этом случае пища не будет идеальной. Кроме того, идеальная пища биологически не адекватна, так как не создает физиологической нагрузки на различные системы организма, в том числе на депо, ферментные системы желудочно-кишечного тракта и т.д.

Огромные перспективы для оптимизации питания открывает улучшение аминокислотного состава пищи путем введения в нее пептидов. Нами показано, что по эффективности пептидные гидролизаты не уступают аминокислотным смесям и белкам. Они могут быть рекомендованы для питания ослабленных организмов при краткосрочных диетах, при больших физических и эмоциональных нагрузках и пр. Оптимизация питания также необходима в связи с проблемой пищи будущего.

До последнего времени культура человеческого тела рассматривалась преимущественно как физическая. Однако она значительно сложнее и шире и включает в себя многие стороны, которые могут быть объединены понятием биологической культуры. В это понятие должны войти представления о физической, генетической, экологической и физиологической культурах, причем последняя должна включать в себя биохимическую, климатическую, культуру питания и другие.

Итак, частью физиологической культуры является культура питания, или нутритивная культура. Это справедливо, так как без представлений о нутритивной культуре крайне трудно решать ряд проблем, и в том числе проблему победы над голодом и многими заболеваниями нашего века (атеросклероз, сердечно-сосудистые заболевания, некоторые типы злокачественных новообразований, нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта и многие другие), а также проблему борьбы с одряхлением организма. Ясно также, что физиологическая культура может быть построена лишь на основе достаточно глубокой теории, которая должна служить основой не только правильного потребления пищевых продуктов, но и базой для их производства и переработки.

В свете представлений о физиологической культуре следует рассматривать ряд проблем, в том числе и регуляцию аппетита. Вероятно, у человека частично нарушена та поразительная способность регулировать потребление пищи, которая свойственна животным. Регуляция аппетита – один из важных механизмов гомеостаза, обеспечивающего поддержание постоянства молекулярного состава организма. Вместе с тем этот механизм – один из наиболее уязвимых в силу обстоятельств, рассмотрение которых выходит за рамки этой книги.

Управление аппетитом и питанием сформировалось в ходе эволюции и базируется на определенной системе сигналов. Неправильное пищевое воспитание и неправильное пищевое поведение человека, т.е. отсутствие культуры питания, приводят к многочисленным ошибкам в работе механизмов, регулирующих аппетит человека. Из этих ошибок наиболее распространенная – переедание одних типов пищевых продуктов и недоедание других. Уже в рамках теории сбалансированного питания для преодоления этого коренного дефекта были сформулированы понятия идеальной пищи и идеального питания, а также предложены их модели. Однако, как отмечено выше, с позиций теории адекватного питания пища не должна и не может быть идеальной. Более уместно представление об адекватной пище, которая широко варьирует в зависимости от внешних условий и внутренней среды организма.

Соотношение различных компонентов в пище и характер питания, которые должны обеспечивать эффективное функционирование депо и «упражнение» различных метаболических систем, необходимо рассматривать с точки зрения физиологической культуры, и в том числе культуры питания. Следует заметить, что некоторые «нутритивные секты», использующие определенные типы и режимы питания, часто достигают существенных успехов, так как, воздействуя на те или иные формы обмена веществ, добиваются полезных эффектов. Однако в ряде случаев эффекты оказываются, к сожалению, кратковременными, а иногда и нежелательными. Именно поэтому физиологическая культура, и в том числе культура питания, должна развиваться под контролем специалистов и в строгом соответствии с реальными потребностями организма.