Естественные технологии биологических систем
Шрифт:
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
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 | – 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.