Все фильмы, лекции, статьи и тренинги в Эксперной Базе Знаний
Метаболические эффекты пищевых волокон
Введение
Термин “пищевые (диетические) волокна” (ПВ) впервые введен в научный обиход Е.Н.Hipsley в 1953 году. Наиболее приемлемым следует считать определение пищевых волокон как суммы полисахаридов и лигнина, которые не перевариваются эндогенными секретами желудочно-кишечного тракта человека (Trowell H.C., Burkitt D.P. 1987).
Концепция пищевых волокон имеет длинную историю и восходит еще к временам Гиппократа, который в 430 г. до н.э. описал слабительный эффект пшеничных отрубей. “Ренессанс” клетчатки приходится на конец 60-х – начало 70-х годов, когда статистика показала, что в странах, где население потребляет большое количество пищевых волокон, значительно реже встречаются рак и другие заболевания толстой кишки. Тогда же оказалось, что больные с дивертикулезем толстой кишки вопреки общему мнению лучше чувствуют себя не диете богатой, а не бедной, клетчаткой. Тогда же появилось множество исследований химических и физико-химических свойств пищевых волокон, их количества в разных рационах, физиологических эффектов и пр.
Термины, относящиеся к пищевым волокнам
Грубые волокна. Это часть пищевой субстанции, остающаяся после обработки кипящей серной кислотой, щелочью, водой, алкоголем и эфиром. Хотя она может включать некоторые трудно растворимые гемицеллюлозоподобные вещества, эта часть главным образом является мерой содержания целлюлозы в пище. Грубые волокна потребляются невегетарианцами в количестве 8-12 г/сут потребность для взрослых составляет 6г.
Диетические волокна. Они упоминаются также как очищенные диетические волокна и очищенные растительные волокна. Это часть растительных веществ рациона, резистентная к воздействию секретов ЖКТ. Дополненная к целлюлозе и лигнину, она включает определенные гетерополисахариды, классифицируемые как гемицеллюлозы и пектины.
Неочищенные растительные волокна называются также неочищенными диетическими волокнами. Это любые волокнистые вещества в их натуральном состоянии со всеми ингредиентами клеточных стенок: полисахаридами, лигнином, кутинами, минеральными веществами, неутилизируемыми липидами и др. Термин может быть использован по отношению к неочищенной фракции волокон люцерны, пшеницы и др. зерновых, фруктов, овощей.
Синтетические непищевые волокна. Эта часть пищевых волокон обычно не употребляется человеком и включает целлофан, высокоочищенную целлюлозу из древесной массы и др.
Остатки. Твердая часть фекалий, состоящая из непереваренных и невсосавшихся частей пищи, продуктов метаболизма и бактерий.
Химия пищевых волокон
Растения синтезируют из простых сахаров несколько углеводных полимеров. Крахмал - запасной источник энергии растений, почти полностью переваривается и адсорбируется в верхних отделах кишечника человека. Лишь малая часть крахмала, окруженная волокнистой тканью, проходит до слепой кишки. Волокнистые и клейкие полисахариды придают растениям их структуру и форму. Они не перевариваются в тонкой кишке, проходя неизменными в толстую кишку, где ферментируются в разной степени. Эти полисахариды и принято считать пищевыми волокнами.
В структуре первичной и вторичной клеточной стенки растений пространство между элементарными фибриллами целлюлозы заполняют гемицеллюлозы и неуглеводное вещество лигнин. Макромолекулярными компонентами стенки являются волокнистые полисахариды (в основном целлюлоза), межклеточные полисахариды (пектиновые субстанции, гемицеллюлозы и гликопротеины) и отвердевающие полисахариды. Молодые, развивающиеся ткани растений в основном состоят из полисахаридов и белковых веществ. По мере роста идет формирование лигнина. Компоненты пищевых волокон представлены в табл 1.
Табл. 1 Компоненты пищевых волокон (Talbot J.M., 1981)
ФРАКЦИЯ |
Основные составные части |
Признаны большинством исследователей |
|
Целлюлоза (клетчатка) |
Полисахариды клеточной стенки, неразветвленные полимеры глюкозы |
Грубые волокна |
|
Лигнин |
Неуглеводные вещества клеточной стенки, фенилпропановые полимеры |
Гемицеллюлозы |
Полисахариды клеточной стенки, дериваты разных пентоз и гексоз |
Пектины |
Полимеры галактуроновой кислоты с пентозными и гексозными боковыми цепями, содержащиеся в клеточной стенке |
Добавочные субстанции: |
|
Камеди |
Не содержатся в клеточной стенке; комплекс полисахаридов, включающий глюкуроновую и галактуроновую кислоты, ксилозу, арабинозу, маннозу |
Слизи |
Не содержатся в клеточной стенке; комплекс полисахаридов, некоторые являются полисахаридами запаса (гуар) |
Полисахариды водорослей |
Высококомплексированные полимеры |
Предложенные для включения в группу пищевых волокон -неперевариваемые запасные полисахариды -неперевариваемые растительные белки -хитины грибов -связанные неперевариваемые минеральные вещества, воски, др. субстанции |
Существует шесть основных типов пищевых волокон
Схема 1.
Химический анализ показал, что в основном это полисахариды. Но с этих позиций дефиниция волокон будет недостаточной, т.к. в диете присутствуют и другие полисахариды, например крахмал. Наиболее точно называть большинство фракций волокон некрахмальными полисахаридами. Далее они могут быть разделены на целлюлозу и нецеллюлозные полисахариды. К последним относятся гемицеллюлозы, пектин, запасные полисахариды, подобные инулину и гуару, а также растительные камеди и слизи. И, наконец, нецеллюлозные полисахариды можно разделить на водорастворимые и водонерастворимые компоненты. Лигнин не является углеводом и его следует рассматривать как отдельное волокно. Химически лигнин хорошо определен и содержит группу полифенололов с различной молекулярной массой.
Классификации пищевых волокон
На настоящий момент существует несколько различных классификаций пищевых волокон, отражающие физико-химические свойства, методы выделения из сырья, степени микробной ферментации и медикобиологическим эффектам (приложения 1,2).
Содержание пищевых волокон в различных продуктах питания
Интерес диетологов к пищевым волокнам побудил химиков еще в 60-70-е годы к анализу растительных продуктов питания на содержание пищевых волокон. Содержание пищевых волокон в некоторых продуктах переработки хлебных злаков фруктах и овощах представлены в таблицах 2,3.
Табл. 2 Содержание пищевых волокон в некоторых продуктах переработки хлебных злаков
(Вайнштейн С.Г., 1994)
Продукты |
Количество пищевых волокон в 100г продукта, г |
Компоненты пищевых волокон, % |
||
Целлюлоза |
гемицеллюлоза |
Лигнин |
||
Белая мука (72%) |
3,5 |
19 |
80 |
1 |
Темная мука (90-95%) |
8,7 |
18 |
724 |
10 |
Непросеянная мука (100%) |
11,5 |
20 |
74 |
6 |
Отруби отработанные |
30,6 |
16 |
75 |
9 |
Отруби грубые |
43,0 |
18 |
74 |
7 |
Овсяная крупа |
7,2 |
12 |
83 |
6 |
Рис |
2,7 |
22 |
78 |
Следы |
Рожь |
12,7 |
11 |
71 |
18 |
Табл. 3 Содержание пищевых волокон в некоторых овощах, съедобной части фруктов и ягод
(Вайнштейн С.Г., 1994)
Название |
Количество пищевых волокон в 100г продукта, г |
Компоненты пищевых волокон, % |
|||
Сырая масса |
Сухая масса |
целлюлоза |
Гемицеллюлоза |
Лигнин |
|
Капуста брюссельская |
4,2 |
35,5 |
25 |
72 |
3 |
Капуста зимняя |
3,4 |
24,4 |
25 |
62 |
13 |
Капуста белая |
2,7 |
27,4 |
23 |
66 |
11 |
Лук |
1,3 |
18,1 |
26 |
74 |
Следы |
Горох мороженный |
7,8 |
37,1 |
27 |
69 |
2 |
Горох стручковый |
6,3 |
47,6 |
39 |
61 |
Следы |
Морковь |
2,9 |
28,4 |
40 |
60 |
Следы |
Брюква |
3,4 |
22,1 |
33 |
67 |
Следы |
Картофель |
3,4 |
14,1 |
29 |
71 |
Следы |
Яблокби свежие |
1,4 |
9,2 |
33 |
66 |
1 |
Бананы |
1,8 |
6,0 |
21 |
64 |
15 |
Вишня |
1,2 |
6,7 |
20 |
74 |
6 |
Грейпфруты |
0,4 |
2,4 |
9 |
78 |
13 |
Апельсины |
1,9 |
13,7 |
14 |
71 |
15 |
Груша |
2,4 |
14,7 |
28 |
54 |
18 |
Слива |
1,5 |
9,3 |
15 |
65 |
20 |
Клубника |
2,1 |
19,1 |
16 |
46 |
38 |
Разнообразие растительного мира, использование новых, выведенных селекционерами сортов злаковых, овощей, фруктов и ягод, специальное извлечение пищевых волокон из нетрадиционных источников - все это причина непрекращающихся исследований по данному вопросу.
Необходимо отметить тенденцию к снижению потребления пищевых волокон во всех развитых странах. При этом мужчины в среднем потребляют пищевых волокон больше, чем женщины.
По мнению большинства специалистов в суточном рационе взрослого человека должно содержаться не менее 30-45 г пищевых волокон. В нашей стране суточная потребность населения в клетчатке и пектине практически во всех регионах удовлетворяется лишь на 1/3.
Превращение пищевых волокон в желудочно-кишечном тракте человека и их основные физические и метаболические эффекты
А. Физико-химические эффекты пищевых волокон
Важное свойство пищевых волокон 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:
- При прохождении по кишечнику пищевые волокна формируют матрикс фиброзного или аморфного характера по типу "молекулярного сита", физико-химические свойтсва которого обусловливают водоудерживающую способность, катионообменные и адсорбционные свойства, чувствительность к бактериальной ферментации в толстой кишке.
- Наличие у пищевых волокон гидроксильных и карбоксильных групп способоствует, кроме гидратации, ионообменному набуханию.
- Способность к набуханию, то есть удержанию и последующему выведению воды из организма, в большей степени выражена у аморфных пищевых волокон.
- Это свойство пищевых волокон способоствует ускоренному кишечному транзиту, увеличению влажности и массы фекалий и снижению напряжения кишечной стенки (Gybney, 1986).
- В желудке под влиянием пищевых волокон замедляется эвакуация пищи, что создает более длительное чувство насыщения, ограничивает потребление высокоэнергезированной пищи и способствует снижению избыточной массы тела.
Б. Превращение пищевых волокон
Деградация пищевых волокон происходит под воздействием микрофлоры макроорганизма. Местные и системные эффекты микрофлоры, оказываемые на макроорганизм представлены в таблице 4.
Табл. 4 Локальные и системные функции микробиоты. (Бабин В.Н., Минушкин О.Н., Дубинин А.В. и др. 1998г)
№ |
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 |
22 |
Синтез и поставка организму витаминов группы В, пантотеновой кислоты и др. |
Хотя пищевые волокна 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 пищевых волокон 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)
Табл. 5 Основные низкомолекулярные метаболиты, продуцируемые индигенной микрофлорой
Газы |
Монокарбоновые кислоты и их соли |
Циклические нуклеотиды |
Дикарбоновые кислоты |
Оксикислоты |
Аминокислоты |
Амины |
H2 CO2 CH4 NH3 NO |
Уксусная Пропионовая Масляная Изомасляная Валериановая Изовалериановая Капроновая Муравьиная |
ЦАМФ ЦГМФ |
Янтарная |
Молочная |
β-аланин γ-аминомасляная ε-аминокапроновая глутаминовая |
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 пищевых волокон 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 (таблица 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.
Табл. 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 |
b-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 пищевых волокон у лиц с заболеваниями гастродуоденальной зоны, реализуемые несколькими путями:
- Увеличение полупериода эвакуации из желудка как жидкой, так и твердой пищи (в основном пектины), увеличение моторного индекса двенадцатиперстной кишки.
- Стимуляция репаративных процессов в стенке желудка (наиболее выраженное у люцерны, эспарцета и микрокристаллической целлюлозы); восстанавливающее действие на железистый аппарат желудка ( возрастание функции желез с низкой их активностью до лечения и снижение секреторной функции с изначально гиперфункциональным состоянием).
- Торможение секреторной активности желудочного сока.
- Повышение рН в теле и антральном отделе желудка.
- Уменьшение регургитации желчи в желудок посредством увеличения абсорбции желчных кислот.
Что касается предупреждений обострений язвенной болезни и удлинении сроков ремиссии мнения исследователей противоположны: по данным Kang J.Y. et al (1988) прием пищевых волокон 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 пищевых волокон пациентами, перенесшими резекцию желудка. Благотворное действие пищевых волокон направлено на:
- Профилактику рака ободочной и прямой кишки (воздействие на желудочную секрецию и метаболизм желчных кислот)
- Профилактику и лечение демпинг-синдрома
- Влияние пищевых волокон на эвакуаторную функцию желудка (увеличение времени)
- Модификация инкреции интестинальных гормонов (энтероглюкагона и желудочного ингибирующего полипептида).
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 пищевых волокон.
При исследованиях in vivo и in vitro рядом авторов были определены следующие эффекты пищевых волокон в отношении активности панкреатических ферментов. Установлено, что:
- Пищевые волокна ингибируют активность панкреатических ферментов in vivo, поэтому индуцированная волокнами стеаторея зависит, во всяком случае частично, от мальабсорбции жира;
- Увеличение вязкости дуоденального сока (пектином, гуаром) ингибирует активность или/и происходит связывание липазы.
- Снижение рН дуоденального сока (пектином) понижает активность амилазы и липазы.
- Предварительная обработка пищевых волокон НСl увеличивает их ферментингибирующие свойства.
Следовательно, подавление активности ферментов может быть связано с ацидификацией пищевых волокон в желудке, увеличением вязкости и снижением рН дуоденального содержимого, адсорбцией панкреатических ферментов. - Пектин, гуар, пшеничные отруби тормозят в дуоденальном соке амилазную активность на 35-100%, липазную - на 40-95%, триптическую – на 40-85%, фофолипаза подавляется только пектином на 75%.
Исходя из вышеизложенного, можно полагать, что постоянное потребление пищевых волокон 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 пищевых волокон.
- Большинство авторов предостерегает от злоупотребления пищевыми волокнами, которые способны снизить адсорбцию кальция, железа, цинка, магния; увеличить выведение азота из организма; тормозить активность трипсина и химотрипсина (Schwartz et al, 1986). Этот эффект особенно характерен для некоторых отрубей, содержащих фитаты, ингибирующих всасывание железа и цинка.
- Длительное потребление пищевых волокон может отрицательно влиять на баланс витаминов, особенно А, С, Е, глутаминовой кислоты, серина и треонина.
- В связи с вышеизложенным, при обогащении диет пищевыми волокнами рекомендуется дополнительное введение минеральных нутриентов и комплекса витаминов.
Однако необходимо отметить, что указанные эффекты обнаруживаются при применении довольно больших доз пищевых волокон, да и то не всеми авторами. Так, в эксперименте на животных только тенденция к снижению содержания витаминов групп В и С в крови была выявлена при добавлении в диету пшеничных отрубей, а пектин и микрокристаллическая целлюлоза никакого влияния не оказывали. (Богданов и др., 1987). Практически не влияют на обмен минеральных веществ пищевых волокон злаковых. Следует учитывать тот факт, что при длительном введении пищевых волокон в организме происходят адаптивные реакции, восстанавливающие исходный уровень микроэлементов (Shah et al., 1991). Немаловажное значение при применении пищевых волокон придают перерывам между курсами, в течение которых баланс минеральных элементов, витаминов и азота быстро восстанавливается.
Кроме того, более значимое воздействие оказывает применение пищевых волокон на выведение тяжелых металлов и радионуклидов.
- Низкоэтерифицированный пектин легко образует пектинаты металлов, в т.ч. и свинца, а высокоэтирифицированный (метоксилированный) пектин обволакивает кишечную стенку и посредством механизма гель-фильтрация снижает всасывание молекул высокотоксических веществ. Таким образом, пектины могут связывать как поступающие извне тяжелые металлы, так и предупреждать вторичную резорбцию металлов при попадании их в ЖКТ с желчью или в составе др. пищеварительных секретов, выводя их с калом.
- Микроорганизмы кишечника частично гидролизуют пектиновые вещества с образованием олиго- и галактуроновой кислот, которые реабсорбируются в кишечнике и попадают в кровяное русло. Карбоксильные и гидроксильные группы этих кислот связывают свинец, кадмий, ртуть и др. в крови способствуют их выходу из депо с последующим выведением с мочой.
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 пищевых волокон) диете.
Как указывалось выше, к метаболитам, ответственным за энергообеспечение эпителия, поставке субстратов липо- и глюконеогенеза, поддержание ионного обмена (схема3, таблица 6) относят КЖК и их соли, продуцируемые микрофлорой кишечника. Поэтому пищевые волокна, 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 пищевыми волокнами при хронических заболеваниях толстой кишки, можно суммировать в следующем списке:
- Пищевые волокна при различных видах обработки оказывают разнонаправленное воздействие на транзит химуса и кала по пищеварительному тракту, а также на массу и состав кала
- А) увеличивают массу фекалий, содержание в них жидкости, уменьшают время кишечного транзита при заваривании кипятком и увеличении потребления суточного количества жидкости до 1,5-2 л/с
- Б) уменьшают массу фекалий, содержание в них жидкости, увеличивают время кишечного транзита при употреблении сухих отрубей.
Изложенное разнонаправленное действие пищевых волокон предполагает их назначение при патологии кишечника с различными типами моторно-эвакуаторных нарушений. Следует учитывать, что овсяные отруби при запорах менее эффективны.
- Пищевые волокна изменяют миоэлектрическую активность кишечника, приводят в равновесие пропульсивные и тонические сокращения мускулатуры толстой кишки.
- Пищевые волокна, являясь пищевым субстратом для микрофлоры, способствуют нормализации популяционной численности и активности облигатной микрофлоры, которая в свою очередь поставляет КЖК, необходимые для нормальной трофики и энергообеспечения колоноцитов.
- Пищевые волокна (особенно грубого помола) снижают внутрикишечное давление, профилактизируя дивертикулез кишечника и его осложнения.
- Пищевые волокна не ускоряют транзита химуса в начальном отделе кишечника, где наиболее интенсивно проходят процессы гидролиза нутриентов и значительна степень всасывания пластических и энергетических составных частей пищи, витаминов, микроэлементов и др.
Б. Пищевые волокна и рак толстой кишки
Профилактическая роль пищевых волокон в отношении РТК может быть связано со следующими механизмами:
- Снижение концентрации канцерогенов вследствие гидрофильности пищевых волокон и удержания в просвете кишки большего количества жидкости, с увеличением общей массы фекалий.
- Ускорение пассажа химуса, т.е. уменьшение времени контакта ко- и канцерогенного вещества и слизистой оболочки кишки.
- Связывание ко- и канцерогенов, в том числе желчных кислот, пищевыми волокнами.
- Изменение внутрикишечного рН, обычно в кислую сторону, вследствие выработки летучих жирных кислот при бактериальной ферментации пищевых волокон, что приводит к снижению концентрации свободного аммиака, который содействует канцерогенезу в толстой кишке.
- Изменение кишечной микрофлоры количественно и качественно, что может приводить к иным воздействиям на некоторые канцерогены, особенно “непрямые” или “требующие активации” (диметилгидразин или афлатоксин Б1).
- Образование при бактериальном расщеплении пищевых волокон, особенно злаковых, лигнанов– энтеролактона и энтеродиола; последние, не обладая эстрогенной активностью, вследствие близости их структуры к структуре синтетических эстрогенов стильбэстрола и гексестрола связывают рецепторы к эстрогенам; поскольку 30-50% всех опухолей ТК имеют рецепторы к эстрогенам, лигнаны блокируют пролиферативное действие эстрогенов на эпителий ТК.
Пищевые волокна и заболевания гепатобиллиарной зоны
А. Пищевые волокна и холелитиаз
В многочисленных экспериментальных исследованиях показана способность пищевых волокон снижать концентрацию холестерина в желчи и предотвращать возникновение холестериновых желчных камней. Учитывая метаболизм холестерина в организме (схема 4), механизм влияния пищевых волокон на снижение холестерина реализуются следующими путями:
- Абсорбция холестерина и желчных кислот (ЖК), и усиленное выведение их с калом
- Для поддержания пула ЖК, выводимых с калом, происходит усиленный синтез их из холестерина, уменьшая его количество в желчи.
Схема 4. Метаболизм холестерина в организме (Vanhouny G.V.,1982, модификация Ардатской М.Д., 2001)
Кроме того, действие пищевых волокон на ингредиенты и литогенность желчи связано в большей
степени с изменением метаболизма ЖК и их энтерогепатическая циркуляция (схема 5). Влияние пищевых волокон на изменение указанной метаболической цепи осуществляется:
- Путем изменения качественного состава ЖК: пищевые волокна сорбируют желчные кислоты неодинаково. Свободные ЖК связываются больше, чем конъюгаты, что приводит к снижению индекса литогенности;
- Изменения метаболической активности и популяционной численности родов микроорганизмов, принимающих участие в 7-альфа-дегидроксилировании ЖК;
- Изменении времени транзита по кишечной трубке.
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, пищевые волокна значительно снижают степень ПЭ, путем прямого:
- Ре- и абсорбирующего и действия в отношении аммиака и коротко- и среднецепочечных жирных кислот ( кислоты с длиной цепи атомов углерода более 3, кислот с разветвленной углеродной цепью (изомеров) и выведения их с калом;
- Изменении времени кишечного транзита;
и непрямого: - Изменения метаболической активности и популяционной численности кишечной микрофлоры - продуцентов короткоцепочечных жирных кислот, аммиака, нейротрансмиттеров бактериального происхождения (гамма-аминомасляная кислота)
- Снижение проницаемости кишечной стенки, вследствие изменения окислительно-восстановительного внутрипросветного потенциала.
Пищевые волокна и заболевания обмена веществ.
Заболевания обмена веществ также связывают с уменьшением в рационе современного человека содержания пищевых волокон, что относит их также к болезням цивилизации. Следует полагать, что диетотерапия вышеуказанных заболеваний с включением достаточного количества пищевых волокон обеспечит наибольший профилактический и лечебный эффект.
А. Пищевые волокна и сахарный диабет
Проведенными иследованиями установлено:
- При высоком содержании пищевых волокон в диете увеличивается время всасывания углеводов из ЖКТ, что приводит к более эффективному использованию углеводов периферическими тканями
- Из пищевых волокон различного происхождения положительное влияние оказывали только волокна из хлебных злаков; волокна из фруктов и овощей подобным действием не обладали.
- Пищевые волокна тормозят всасывание глюкозы в кишечника (гуар)
- В меньшей степени способствуют повышению гликемии овощи, а не крупы или картофель
- Пищевые волокна тормозят секрецию интестинальных гормонов и ингибируют действие некоторых антинутриентов, что спообствует снижению глюкозурии и кетоацидоза, уменьшает потребность в инсулине.
Таким образом, пищевые волокна 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
Выявленная существенная отрицательная корреляция между потреблением вегетарианских рационов и смертностью в результате 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 пищевых волокон на различные звенья метаболической цепи: пищевые волокна 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:
- опорожнение желудка
- изменение времени транзита химуса
- блокирование волокнами поверхности слизистой оболочки кишечника, что уменьшает всасывание липидов
- секвестрация желчных кислот и других мицеллярных компонентов
Непрямые эффекты:
- влияние на величину и состав пула желчных кислот
- увеличение фекальной экскреции кислых и нейтральных стероидов как результат нарушения их всасывания из-за недостатка желчных кислот
- увеличение 7-альфа-гидроксилации холестерина
- изменение выброса интестинального глюкагона и панкреатического инсулина
- адаптивные изменения кишечной структуры и функции
Кроме того, установлено, что уменьшение усвояемости цинка, при высоком потреблении пищевых волокон, может приводить к обмену холестерина
В. Пищевые волокна и ожирение
Эффективность применения пищевых волокон при лечении тучности связана со следующими факторами:
- Снижение усвояемости энергии рациона с 94,5 до 92 %
- Наполнение желудка и поддержание чувтсва насыщения
- Удлинение времени опорожнения желудка
- Изменение моторики тонкой кишки (время транзита химуса и его перемешиваемость)
- Изменение профиля рН
- Освобождение желудочно-кишечных гормонов
- Изменение полостного пищеварения
- Изменение всасывания в кишечнике
- Нормализация липидно-углеводного обмена
Г. Пищевые волокна и аллергические реакции и псевдоаллергические синдромы
Механизм воздействия пищевых волокон реализуется путем:
- Прямого действия – абсорбция аллергенов из ЖКТ
- Опосредованное действие - изменение метаболической активности микрофлоры кишечника и снижение выработки биогенных аминов, а также повышение иммунорезистентности.
Пищевые волокна 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.
А.М.Уголев в 1986 году 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. На схеме 6 представлено влияние пищевых волокон 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.
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
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Классификация пищевых волокон:
- По химическому строению.
- Полисахариды: целлюлоза и ее дериваты, гемицеллюлоза, пектины, камеди, слизи – гуар и др.
- Неуглеводные пищевые волокна – лигнин.
- По сырьевым источникам.
- Традиционные: пищевые волокна злаковых, бобовых растений, овощей, корнеплодов, фруктов, ягод, цитрусовых, орехов, грибов, водорослей.
- Нетрадиционные: пищевые волокна лиственной и хвойной древесины, стеблей злаков, тростника, трав.
- По методам выделения из сырья.
- Неочищенные пищевые волокна.
- Пищевые волокна, очищенные в нейтральной среде.
- Пищевые волокна, очищенные в кислой среде.
- Пищевые волокна, очищенные в нейтральной и кислой средах.
- Пищевые волокна, очищенные ферментами.
- По водорастворимости.
- Водорастворимые: пектин, камеди, слизи, некоторые дериваты целлюлозы.
- Водонерастворимые: целлюлоза, лигнин.
- По степени микробной ферментации в толстой кишке.
- Почти (или) полностью ферментируемые: пектин, камеди, слизи, гемицеллюлозы.
- Частично ферментируемые: целлюлоза, гемицеллюлоза.
- Неферментируемые: лигнин.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Кассификация пищевых волокон по основным медико-биологическим эффектам
- ускоряющие и повышающие чувство насыщения: гельформирующие пищевые волокна (пектин, гуар и др.)
- ингибирующие эвакуаторную функцию желудка: вязкие пищевые волокна (гуар и др.)
- стимулирующие моторную функцию толстой кишки: аморфные пищевые волокна (из свекольных выжимок и др.)
- увеличивающие массу фекалий и соответственно частоту дефекаций за счет:
- удержания воды в просвете толстой кишки (пищевые волокна пшеницы, бобовых)
- возрастания массы микрофлоры толстой кишки (пищевые волокна капусты и др.)
- сорбирующие желчные кислоты: гуар, лигнин, целлюлоза, пектин
- сорбирующие холестерин: гуар, целлюлоза, пектин
- замедляющие всасывание углеводов: пектин, гуар
- преобразуемые бактериями кишечника в лигнины, блокирующие рецепторы к эстрогенам (пищевые волокна злаковых)
- оказывающие антиоксидантное действие: лигнин
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Физиологические эффекты пищевых волокон
- Подавление аппетита
- Увеличение насыщения
- Снижение потребления энергии
- Изменение динамики опорожнения желудка
- Тонкий кишечник
- Уплощение кривой толерантности к глюкозе
- оответствующая редукция инсулярного выброса
- Изменение степени абсорбции жира
- Ослабление всасывания кальция, железа, цинка
- Возрастание экскреции желчных кислот и снижение их метеболизма
- Повышение выделения нейтральных стеринов
- Снижение уровня холестерина в крови
- Толстая кишка
- Увеличение массы фекалий
- Разжижение кишечного содержимого
- Ускорение кишечного пассажа
- Падение внутриполостного давления
- Изменение метаболизма микрофлоры
- Увеличение роста микроорганизмов
Обратите внимание на
Рекицен-РД и Рекицен-РД с фруктоолигосахаридами.
Данные продукты особо богаты пищевыми волокнами высшего качества.
Все фильмы, лекции, статьи и тренинги в Эксперной Базе Знаний