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:

1. По химическому строению.
   1. Полисахариды: целлюлоза и ее дериваты, гемицеллюлоза, пектины, камеди, слизи – гуар и др.
   2. Неуглеводные пищевые волокна – лигнин.
2. По сырьевым источникам.
   1. Традиционные: пищевые волокна злаковых, бобовых растений, овощей, корнеплодов, фруктов, ягод, цитрусовых, орехов, грибов, водорослей.
   2. Нетрадиционные: пищевые волокна лиственной и хвойной древесины, стеблей злаков, тростника, трав.
3. По методам выделения из сырья.
   1. Неочищенные пищевые волокна.
   2. Пищевые волокна, очищенные в нейтральной среде.
   3. Пищевые волокна, очищенные в кислой среде.
   4. Пищевые волокна, очищенные в нейтральной и кислой средах.
   5. Пищевые волокна, очищенные ферментами.
4. По водорастворимости.
   1. Водорастворимые: пектин, камеди, слизи, некоторые дериваты целлюлозы.
   2. Водонерастворимые: целлюлоза, лигнин.
5. По степени микробной ферментации в толстой кишке.
   1. Почти (или) полностью ферментируемые: пектин, камеди, слизи, гемицеллюлозы.
   2. Частично ферментируемые: целлюлоза, гемицеллюлоза.
   3. 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