М.Д. Ардатская, УНЦ МЦ УДП РФ, кафедра гастроэнтерологии
Превращение пищевых волокон в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) человека и их основные физические и метаболические эффекты
А. Физико-химические эффекты пищевых волокон
Важное свойство ПВ состоит в том, что они устойчивы к действию амилазы и других ферментов и поэтому в тонкой кишке не всасываются.
Это свойство обеспечивает
их своеобразное физико-химическое действие:
Б. Превращение пищевых волокон
Деградация ПВ происходит под воздействием микрофлоры макроорганизма. Местные и системные эффекты микрофлоры, оказываемые на макроорганизм представлены в таблице 4.
Таблица 4.
Локальные и системные функции микробиоты
(Бабин В.Н., Минушкин О.Н., Дубинин А.В. и др., 1998 г.)
№ | Эффект |
1 | Трофические и энергетические функции – тепловое обеспечение организма |
2 | Энергообеспечение эпителия |
3 | Регулирование перистальтики кишечника |
4 | Участие в регуляции дифференцировки и регенерации тканей, в первую очередь эпителиальных |
5 | Поддержание ионного гомеостаза организма |
6 | Детоксикация и выведение эндо– и экзогенных ядовитых соединений, разрушение мутагенов, активация лекарственных соединений |
7 | Образование сигнальных молекул, в том числе нейротрансмиттеров |
8 | Стимуляция иммунной системы |
9 | Стимуляция местного иммунитета, образование иммуноглобулинов |
10 | Обеспечение цитопротекции |
11 | Повышение резистентности эпителиальных клеток к мутагенам (канцерогенам) |
12 | Ингибирование роста патогенов |
13 | Ингибирование адгезии патогенов к эпителию |
14 | Перехват и выведение вирусов |
15 | Поддержание физико-химических параметров гомеостаза приэпителиальной зоны |
16 | Поставка субстратов глюконеогенеза |
17 | Поставка субстратов липогенеза |
18 | Участие в метаболизме белков |
20 | Участие в рециркуляции желчных кислот, стероидов и других макромолекул |
21 | Хранилище микробных плазмидных и хромосомных генов |
22 | Регуляция газового состава полостей |
23 | Синтез и поставка организму витаминов группы В, пантотеновой кислоты и др. |
Хотя ПВ и резистентны к гидролизу пищеварительными ферментами, их компоненты не обнаруживаются в кале, т.к. подвергаются воздействию кишечных бактерий. Пектин и большая часть гемицеллюлоз, составляющих значительную часть ПВ злаковых растений, разрушаются полностью. Только лигнин и в меньшей степени целлюлоза резистентны к бактериальному воздействию и переходят в фекалии. Преобладающие в толстой кишке анаэробные микроорганизмы (Bacteroides, Clostridium, Fusobacterium, Bifidobacterium) являются сахаролитиками и способны переварить многие виды некрахмальных полисахаридов. При электронной сканирующей микроскопии отмечено, что волокна, обнаруженные в фекалиях, плотно окружены бактериями и вокруг последних имеются зоны разрушения клеточных стенок.
По результатам изучения рубца (первого отдела желудка жвачных животных) и толстой кишки человека, которые в отношении метаболизма могут быть сравнимы, выведено уравнение ферментации в кишечнике человека: 34,5 С6Н 12О6 48СН3СООН + 11СН3СН2СООН +5СН3(СН2)2СООН+ 23,75 СН4 + 34,25 СО2 + 10,5 Н2О + энергия.
Во время ферментации в больших количествах вырабатывается водород, который экскретируется. У 30-40% людей продуцируется метан. Имеются три важнейших продукта ферментации: короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК), газы , энергия (схема 2). Весь перечень низкомолекулярных метаболитов, продуцируемых микрофлорой, представлен в таблице 5.
Схема 2.
Последствия метаболизма пищевых волокон в толстой кишке
(Вайнштейн С.Г.,1994)
Таблица 5.
Основные низкомолекулярные метаболиты,
продуцируемые индигенной микрофлорой
Газы | H2 CO2 CH4 NH3 NO |
Монокарбоновые кислоты и их соли | Уксусная Пропионовая Масляная Изомасляная Валериановая Изовалериановая Капроновая Муравьиная |
Циклические нуклеотиды | ЦАМФ ЦГМФ |
Дикарбоновые кислоты | Янтарная |
Оксикислоты | Молочная |
Аминокислоты | β-аланин γ-аминомасляная ε-аминокапроновая глутаминовая |
Аминты | Гистамин Серотонин Глутамин |
В. Метаболические эффекты
Всосавшись, КЖК доступны аэробному метаболизму в тканях организма, и как таковые являются источником энергии. При расчете энергетической ценности пищевого рациона следует иметь в виду, что некрахмальные полисахариды дают 70% энергии углеводов.
Газообразование со всеми его последствиями считают важнейшей причиной ограничения ПВ в рационе большинства людей. Следует помнить, что источником газообразования в кишечнике могут быть не только ферментируемые микробами полисахариды, но и олигосахариды (рафиноза, стахиоза, вербаскоза), которые содержатся, например, в бобовых.
Третьим важным результатом анаэробной ферментации полисахаридов является энергия, поглощаемая толстокишечной микрофлорой для существования и роста. У человека присутствие ферментабельных полисахаридов в рационе приводит к увеличению роста микроорганизмов в толстой кишке. Увеличение экскреции азота, наблюдаемое при добавлении некрахмальных полисахаридов в диету, частично является результатом ассимиляции азота в белок бактерий, но могут быть и другие причины этого, например, нарушение гидролиза белка. Другие воздействия микрофлоры толстой кишки, например, на дегидроксилирование желчных кислот, гидролиз глюкуроновых конъюгатов и синтез витаминов, также могут изменяться.
Кроме энергетической ценности, КЖК и другие метаболиты оказывают ряд положительных местных и системных эффектов на макроорганизм (табл. 6): поставка субстратов липо– и глюконеогенеза, поддержание ионного обмена, осуществление антибактериального эффекта и блокировка адгезии патогенов, активация местного иммунитета, регуляция и дифференцировка эпителия и мн. др.
Таблица 6.
Некоторые эффекты низкомолекулярных метаболитов микрофлоры
Эффект | Метаболиты, ответственные за эффект |
Энергообеспечение эпителия | Уксусная (ацетат), масляная (бутират) кислота |
Антибактериальный эффект | Пропионовая кислота, пропионат |
Регуляция пролиферации и дифференцировки эпителия | Масляная кислота, бутират |
Поставка субстратов глюконеогенеза | Пропионовая кислота, пропионат |
Поставка субстратов липогенеза | Ацетат, бутират |
Блокировка адгезии патогенов к эпителию | Пропионат, пропионовая кислота |
Активация фагоцитоза | Формиат |
Регулировка моторной активности кишечника | КЖК, соли КЖК, ГАМК, глутамат |
Поставка субстратов для синтеза пантотеновой кислоты | β-аланин |
Усиление местного иммунитета | Бутират, масляная кислота |
Поддержание ионного обмена | КЖК, соли КЖК (в большей степени уксусная к-та (ацетат), пропионовая к-та (пропионат), масляная кислота (бутират) |
Метаболические эффекты пищевых волокон
при различных патологиях макроорганизма
Пищевые волокна и заболевания гастродуоденальной зоны
Экспериментальные и клинические исследования
выявили полезное воздействие ПВ
у лиц с заболеваниями гастродуоденальной зоны,
реализуемые несколькими путями:
Что касается предупреждений обострений язвенной болезни и удлинении сроков ремиссии мнения исследователей противоположны: по данным Kang J.Y. et al (1988) прием ПВ не вызывал снижения частоты рецидивов, однако в работах Rydning A. (1990) указано на достоверное удлинение периода ремиссии и снижение частоты обострений.
Более важное значение приобретает потребление ПВ пациентами, перенесшими резекцию желудка. Благотворное действие ПВ направлено на:
Влияние пищевых волокон на активность пищеварительных ферментов и усвояемость нутриентов
Исследования данного вопроса крайне важны для понимания изменений, происходящих в ЖКТ, а именно усвояемости белков, жиров и углеводов при приеме ПВ.
При исследованиях in vivo и in vitro рядом авторов были определены следующие эффекты ПВ в отношении активности панкреатических ферментов.
Установлено, что:
Исходя из вышеизложенного, можно полагать, что постоянное потребление ПВ приводит к снижению всасывания белков, жиров и углеводов, что приводит к уменьшению энергетической ценности пищи.
В результате, полученные данные побудили многочисленных исследователей оценить всасываемость других нутриентов при приеме ПВ.
Однако необходимо отметить, что указанные эффекты обнаруживаются при применении довольно больших доз ПВ, да и то не всеми авторами. Так,
Кроме того, более значимое воздействие оказывает применение ПВ на выведение тяжелых металлов и радионуклидов.
Пищевые волокна и заболевания кишечника
Заболевания кишечника по ряду эпидемиологических исследований занимают 2-3 место среди других патологий ЖКТ. Лидирующее положение в списке заболеваний кишечника отводят хроническим колитам различной этиологии, синдрому раздраженного кишечника и другим функциональным заболеваниям с нарушением моторно-эвакуаторной функции, а также дивертикулезу толстой кишки, который развивается как результат чрезвычайного напряжения при акте дефекации, что характерно при потреблении так называемой западной (содержащей мало ПВ) диете.
Как указывалось выше, к метаболитам, ответственным за энергообеспечение эпителия, поставке субстратов липо– и глюконеогенеза, поддержание ионного обмена (схема 3, таблица 6) относят короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) и их соли, продуцируемые микрофлорой кишечника. Поэтому ПВ, помимо прямых физических эффектов, являясь субстратом для микрофлоры, оказывают многофункциональное действие при хронической патологии кишечника.
Схема 3.
Окислительный и синтетический вклады КЖК
в обменные процессы колоноцита, связанные с функциями
всасывания Na+, детоксикацией и липогенезом
(W.E.W. Roediger, 1990)
А. Пищевые волокна и заболевания толстой кишки
Эффекты, оказываемые ПВ при хронических заболеваниях толстой кишки, можно суммировать в следующем списке:
Изложенное разнонаправленное действие ПВ предполагает их назначение при патологии кишечника с различными типами моторно-эвакуаторных нарушений. Следует учитывать, что овсяные отруби при запорах менее эффективны.
Б. Пищевые волокна и рак толстой кишки (РТК)
Профилактическая роль ПВ в отношении РТК может быть связано
со следующими механизмами:
Пищевые волокна и заболевания гепатобиллиарной зоны
А. Пищевые волокна и холелитиаз
В многочисленных экспериментальных исследованиях показана способность ПВ снижать концентрацию холестерина в желчи и предотвращать возникновение холестериновых желчных камней. Учитывая метаболизм холестерина в организме (схема 4), механизм влияния ПВ на снижение холестерина реализуются следующими путями:
Схема 4.
Метаболизм холестерина в организме
(Vanhouny G.V., 1982, модификация Ардатской М.Д., 2001)
Кроме того, действие ПВ на ингредиенты и литогенность желчи связано в большей степени с изменением метаболизма ЖК и их энтерогепатическая циркуляция (схема 5). Влияние ПВ на изменение указанной метаболической цепи осуществляется:
Схема 5.
Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот у человека
Б. Пищевые волокна и цирроз печени
Угрожающим синдромом при заболеваниях печени является гепатическая энцефалопатия (ПЭ), в конечной стадии приводящая к смерти больного. Существует несколько гипотез патогенеза ПЭ, среди которых значительное место занимает аммиачная и нейротрансмиттерная модели. Как было установлено, ПВ значительно снижают степень ПЭ,
путем прямого:
и непрямого:
Пищевые волокна и заболевания обмена веществ
Заболевания обмена веществ также связывают с уменьшением в рационе современного человека содержания ПВ, что относит их также к болезням цивилизации. Следует полагать, что диетотерапия вышеуказанных заболеваний с включением достаточного количества ПВ обеспечит наибольший профилактический и лечебный эффект.
А. Пищевые волокна и сахарный диабет
Проведенными иследованиями установлено:
Таким образом, ПВ могут модифицировать углеводный обмен путем изменения транзита пищевой кашицы в желудке и тонкой кишке, замедления всасывания простых углеводов, стимуляии гликолиза и изменения инкреции инсулина и интестинальных гормонов.
Б. Пищевые волокна и нарушения липидного обмена при заболеваниях сердечно-сосудистой системы (ССС)
Выявленная существенная отрицательная корреляция между потреблением вегетарианских рационов и смертностью в результате ишемической болезни сердца (ИБС), побудили исследователей более детально оценить влияние пищевого рациона на изменения обмена липидов и развитие патологии ССС.
Известно, что морфологическим субстратом ИБС является холестериновая бляшка. На схеме 4 представлен метаболизм холестерина в организме человека. Многочисленные исследования выявили эффекты ПВ на различные звенья метаболической цепи: ПВ способствуют увеличению содержания холестерина липопротеидов высокой плотности и уменьшению уровня общего холестерина крови посредством адсорбции его, увеличения экскреции желчных кислот и восстановлением баланса между образованием и выведением холестерина.
Механизмы влияния пищевых волокон на адсорбцию липидов
Прямые эффекты:
Непрямые эффекты:
Кроме того, установлено, что уменьшение усвояемости цинка, при высоком потреблении ПВ, может приводить к обмену холестерина
В. Пищевые волокна и ожирение
Эффективность применения ПВ при лечении тучности
связана со следующими факторами:
Г. Пищевые волокна и аллергические реакции и псевдоаллергические синдромы
Механизм воздействия ПВ реализуется путем:
ПВ существенно снижают уровень эндогенного гистамина и других биологических аминов, которые реализуют аллергические проявления при болезнях пищеварительной системы.
Заключение
Всю совокупность эффектов, однако далеко не полный их перечень, приводим в приложении 3. В 1986 году А.М. Уголев изложил представление о пяти потоках из кишечника во внутреннюю среду организма. Пищевые волокна, контатировал А.М. Уголев, необходимы для нормального функционирования пищеварительной системы и макроорганизма в целом.
Схема 6.
Влияние ПВ на основные потоки веществ
из пищеварительного тракта
во внутреннюю среду организма
Теперь не вызывает сомнения, что применение пищевых волокон следует рассматривать как наиболее физиологический подход к профилактике патологии ЖКТ, так и лечению функциональных заболеваний пищеварительной и других систем.
Учитывая низкую стоимость пищевых волокон в сравнении с традиционными методами профилактики и лечения, терапия с использованием пищевых волокон является на настоящий момент экономически целесообразной.
Приложение 1.
Классификация пищевых волокон
Приложение 2.
Кассификация пищевых волокон
по основным медико-биологическим эффектам
Приложение 3.
Физиологические эффекты пищевых волокон
Источник: Gаstrоpоrtаl.Ru
Лекция на XVI школе-семинаре “Современные проблемы физиологии и патологии пищеварения, Пущино-на-Оке, 14-17 мая 2001 года, опубликовано в Приложении №14 к Российскому журналу гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии «Материалы XVI сессии Академической школы-семинара имени А.М. Уголева “Современные проблемы физиологии и патологии пищеварения”, 2001, том XI, №4, стр. 91-102»
Для улучшения предлагаемых услуг на сайте используются cookies. Это информация только о Вашем посещении сайта. Личной и персональной информации не собирается и не храниться.
Если Вы используете этот сайт, то Вы даете согласие на использование cookies. Вы можете от этого отказаться. Для этого настройте соответствующим образом Ваш браузер.