Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем
Продукты частичного гидролиза пищевых биополимеров, а также небольшие молекулы, в частности лактоза и сахароза, проникают через гликокаликс и достигают поверхности мембраны, где локализовано около 20 ферментов. Эти ферменты, осуществляющие заключительные стадии расщепления практически всех пищевых веществ, образуют олигомерные комплексы с транспортными системами. Благодаря этому образовавшиеся конечные продукты гидролиза немедленно поступают в транспортные системы, которые активно переносят свободные мономеры (глюкозу, аминокислоты и др.). Недостаточность или отсутствие фермента лактазы приводит к непереносимости молока. Зона мембранного пищеварения стерильна, т.е. недоступна бактериям, которые конкурируют с макроорганизмом за обладание нутриентами. У большинства организмов бактерии используют преимущественно остаточные нутриенты. В том случае, когда какой-либо фермент отсутствует, соответствующий субстрат быстро поступает в полость тонкой кишки и становится добычей бактериального пула. Возникающие при этом бактериальные метаболиты вызывают в одних случаях диарею, в других тяжелое отравление, шок и иногда смерть. Тяжелые заболевания, в том числе со смертельным исходом, описаны у взрослых людей даже после нескольких глотков молока. Подавление бактериальной флоры антибиотиками может предотвратить непереносимость молока. Таким образом, механизм интолерантностей, долгое время не имевший объяснения, в настоящее время стал вполне ясен. Тем не менее у людей с одинаковым уровнем лактазной недостаточности интолерантность может быть или выражена, или совершенно отсутствовать. Это определяется двумя причинами: 1) различиями бактериальной флоры (у одних лиц бактериальная флора не вырабатывает токсических метаболитов, у других — продуцирует их); 2) состоянием барьерных функций печени,
При старении организма, как правило, непереносимость ряда пищевых продуктов возрастает. Это связано не только с возрастным ослаблением синтеза различных ферментов, в том числе лактазы, но и в особенности с ослаблением функций печеночного барьера. Во многих случаях воздействия на печень и применение лекарственных препаратов приводят к восстановлению толерантности.
В последние годы делаются многочисленные попытки создать молоко, которое могли бы использовать люди с интолерантностью к этому продукту. Для этого существует два пути: 1) предварительный гидролиз лактозы до употребления молока в пищу; 2) добавление в молоко фермента лактазы, расщепляющего молочный сахар. При лактозной интолерантности употребляется молоко с расщепленной лактозой, а также молочные продукты с низким содержанием этого дисахарида (сыр, кефир, кислое молоко и др.). Как показали эксперименты, низколактозное коровье молоко, полученное после инкубации его с дрожжевой лакта-зой, не вызывает заметных нарушений у взрослых лиц, страдающих непереносимостью молока. В то же время немодифицированное молоко провоцирует все симптомы, характерные для этого заболевания.
3.3.2. Питание новорожденных
На примере работы молекулярных и клеточных машин попытаемся проиллюстрировать, насколько важны естественные технологии и насколько велики те ошибки, которые делало и продолжает делать человечество при кормлении новорожденных.
Выше отмечено, что переваривание пищи у взрослого человека осуществляется благодаря полостному (внеклеточному) и мембранному пищеварению. Однако в период раннего постнатального развития пищеварение происходит несколько иначе. Теоретически ясно, что при питании высокодиспергированной пищей, не требующей значительной предварительной обработки в пищеварительных полостях, основной гидролиз будет наблюдаться в зоне мембранного пищеварения. У новорожденных организмов мембранное пищеварение является доминирующим, тогда как целостное развито слабо.
По-видимому, механизмы, обеспечивающие мембранное пищеварение, к концу эмбрионального периода уже сформированы. Напротив, полостное пищеварение развивается при переходе от молочного питания к смешанному. При этом происходит изменение ферментного спектра мембраны кишечных клеток. В этот же период наблюдается и репрессия синтеза лактазы. Кроме того, в первые дни после рождения ребенка первостепенную роль играет внутриклеточное пищеварение эндоцитозного типа.
В настоящее время широко используется замена женского молока на коровье, что стало свойством современной цивилизации. Однако появляются тревожные сигналы, что такая замена не адекватна. С точки зрения теории сбалансированного питания имитаторы женского молока на основе коровьего — прекрасный заменитель. Небольшие различия в химическом составе не имеют значения. Но с точки зрения теории адекватного питания в первые месяцы жизни ребенка такая замена неудовлетворительна, а в первые дни крайне опасна. Эта опасность обусловлена тем, что непосредственно после рождения имеет место интенсивный эндоцитоз, который заключается в поглощении кишечными клетками макромолекул и доставке их во внутреннюю среду организма (рис. 17). Этот механизм заключается в улавливании рецепторами поверхности кишки различных типов молекул, затем их быстрой концентрации в области так называемых окаймленных ямок и погружении в цитоплазму в виде везикул (см. гл. 5). Такой механизм обеспечивает множество разнообразных эффектов, в том числе поступление иммуноглобулинов из организма матери в организм ребенка. Однако если молоко матери заменить на молоко представителей млекопитающих других видов, то с помощью того же механизма эндоцитоза во внутреннюю среду организма будут поступать чужеродные антигены, так как в раннем возрасте иммунного барьера в желудочно-кишечном тракте еще не существует. В этом случае возникает ситуация, которая многими иммунологами оценивается как крайне отрицательная, так как за счет естественного механизма обеспечивается поступление во внутреннюю среду организма ребенка огромного количества чужеродных белков. Через несколько дней после рождения эндоцитоз практически полностью прекращается. В этом возрасте при молочном питании возникает иная картина, свидетельствующая о резких различиях между материнским и коровьим молоком.
Рис. 17. Механизмы всасывания макромолекул в кишечнике новорожденных млекопитающих.
А — селективный транспорт γ-глобулинов молозива матери в тощей кишке новорожденных млекопитающих с участием специфического редепторного центра (1) мембраны микроворсинок. γ-Глобулины, по-видимому, защищенные от внутриклеточного лизосомного переваривания из-за связывания с рецепторным центром, транспортируются из клетки в больших количествах. Б — неселективное поглощение и транспорт других молекул, происходящий в тонкой кишке большинства новорожденных млекопитающих. Незрелые кишечные клетки поглощают большое количество макромолекул, которые после внутриклеточного переваривания в фагоомах поступают во внутриклеточное пространство в крайне незначительных количествах. 2 — лизосома; 3 — фаголизосома.
Содержание лактозы в материнском молоке значительно выше, чем в коровьем. При нормальном кормлении ребенка часть лактозы достигает толстой кишки, обеспечивая благоприятную слегка кислую среду для развития молочнокислых и других полезных бактерий. Напротив, при использовании коровьего молока лактоза не достигает толстой кишки и в полости последней вместо молочнокислого брожения возникают гнилостные процессы, что приводит к постоянной интоксикации организма ребенка. Формирование токсических продуктов на фоне слабости кишечного и печеночного барьеров может приводить к нарушениям как физического, так и интеллектуального развития ребенка, которые сказываются не только в детстве, но и в более поздние периоды жизни.
В последние годы сделаны удачные попытки оптимизировать замену грудного молока добавлением к молочным смесям лактозы с тем, чтобы восстановить молочнокислое брожение и подавить гнилостное.
3.4. Теория адекватного питания как составная часть трофологии
Достижения биологии и, в частности, ее физико-химических направлений служат основой для быстрого прогресса наших знаний в области физиологии и биохимии процессов ассимиляции пищи. Были сделаны крупнейшие открытия, которые оказали влияние на всю стратегию питания. В результате успехом молекулярной биологии, мембранологии и цитологии были установлены общие закономерности строения и функционирования систем, обеспечивающих поглощение и ассимиляцию пищевых веществ организмами всех пяти царств биота: бактерий, грибов, простейшие, растений и животных. Это относится как к экзо-, так и к эндотрофии. Поразительно сходны у представителей всех царств биота свойства транспортных систем, участвующих в поглощении и переносе нутриентов через мембраны и клеточные слои (у многоклеточ-ных организмов). Наконец, близки или идентичны механизмы высокоэффективного перехода от переваривания к всасыванию без потери веществ и скоростей процесса в целом с помощью ферментно-транспортных комплексов клеточной мембраны.
