Защитные системы желудочно-кишечного тракта

Теория адекватного питания придает большое значение системам защиты организма от проникновения различных вредных веществ в его внутреннюю среду. Поступление пищевых веществ в желудочно-кишечный тракт следует рассматривать не только как способ восполнения энергетических и пластических материалов, но и как аллергическую и токсическую агрессию. Действительно, питание связано с опасностью проникновения во внутреннюю среду организма различного рода антигенов и токсических веществ. Лишь благодаря сложной системе защиты негативные стороны питания эффективно нейтрализуются.

Прежде всего следует отметить систему, которая до сих пор обозначается как механическая, или пассивная. Под этим подразумеваются ограниченная проницаемость слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта для водорастворимых молекул со сравнительно небольшой молекулярной массой (менее 300-500) и непроницаемость для полимеров, в число которых входят белки, мукополисахариды и другие субстанции, обладающие антигенными свойствами. Однако для клеток пищеварительного аппарата в период раннего постнатального развития характерен эндоцитоз, способствующий поступлению во внутреннюю среду организма макромолекул и чужеродных антигенов (см. гл. 4). Имеются данные, что клетки желудочно-кишечного тракта взрослых организмов также способны поглощать крупные молекулы, в том числе нерасщепленные. Подобные процессы обозначены Г. Фолькхаймером как персорбция (Volkheimer, 1977). Кроме того, при прохождении пищи через желудочно-кишечный тракт образуется значительное количество летучих жирных кислот, одни из которых при всасывании вызывают токсический эффект, а другие - локальное раздражающее действие. Что касается ксенобиотиков, то их образование и всасывание в желудочно-кишечном тракте варьируют в зависимости от состава, свойств и загрязненности пищи.

Существует еще несколько механизмов, предупреждающих. поступление токсических веществ и антигенов из энтеральной среды во внутреннюю, два из которых трансформационные (Уголев, 1985, 1987а). Один из таких 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 мембраной кишечных клеток. Существенную роль могут играть внутриклеточные пептидазы, рассмотренные нами как дополнительный барьер и как механизм защиты от физиологически активных соединений (обзор: Уголев, 1985, и др.).

Для понимания механизмов защиты важно, что в слизистой оболочке тонкой кишки человека содержится более 400000 плазматических клеток в расчете на 1 мм². Кроме того, выявлено около 1 млн. лимфоцитов в расчете на 1 см кишечной слизистой оболочки. В норме в тощей кишке содержится от 6 до 40 лимфоцитов на 100 эпителиальных клеток (обзор: Ferguson, 1979). Это означает, что в тонкой кишке, кроме эпителиального слоя, разделяющего энтеральную и внутреннюю среды организма, существует еще мощный лейкоцитарный слой.

Характеристике собственной иммунной системы тонкой кишки посвящен ряд детальных обзоров (Immunology..., 1977; Елецкий, Цибулевский, 1979; Ferguson, 1979; Walker, 1979; Kagnoff, 1987; Doe, 1989, и др.). Эта система имеет большое значение во взаимодействиях организма хозяина с кишечными бактериями, вирусами, паразитами, лекарственными веществами, химикалиями, а также при контакте с разными антигенными веществами. К их числу относятся экзогенные пищевые антигены, белки и пептиды пищи, аутоантигены десквамированных кишечных клеток, антигены микроорганизмов и вирусов, токсины и т.д. В дополнение к нормальной протективной роли кишечная иммунная система может играть роль в патогенезе некоторых кишечных заболеваний.

 

Кишечная иммунная система является частью иммунной системы организма и состоит из нескольких различных компартментов. Лимфоциты этих компарт ментов обладают многими сходными чертами с лимфоцитами некишечного происхождения, но имеют и уникальные особенности. При этом популяции различных лимфоцитов тонкой кишки взаимодействуют благодаря миграции лимфоцитов из одного компартмента в другой.

Лимфатическая ткань тонкой кишки составляет около 25% всей кишечной слизистой. Она представлена в форме скоплений в пейеровых бляшках и в lamina propria (отдельные лимфатические узелки), а также популяцией рассеянных лимфоцитов, локализованных в эпителии и в lamina propria. Слизистая оболочка тонкой кишки содержит макрофаги, Т-, В- и М-лимфоциты, интраэпителиальные лимфоциты, клетки-мишени и др. (рис. 3.4).

Пейеровы бляшки (около 200-300 у взрослого человека) представляют собой организованные скопления лимфатических фолликул, в которых находятся предшественники популяции лимфоцитов. Эти лимфоциты окончательно заселяют другие области кишечной слизистой оболочки и принимают участие в ее локальной иммунной деятельности. В этом отношении пейеровы бляшки могут быть рассмотрены как область, инициирующая иммунную деятельность тонкой кишки.

Пейеровы бляшки содержат как В-клетки, так и Т-клетки. У безмикробных животных пейеровы бляшки невелики, хотя редуцированы главным образом В-клетки. Кроме того, в эпителии над пейеровыми бляшками локализовано небольшое количество М-клеток. Так как эти клетки содержат везикулы, то можно полагать, что они направляют антигены, поступающие из полости тонкой кишки, в область Т-клеток пейеровых бляшек.

Функции различных лимфоидных клеток тонкой кишки в деталях еще не изучены. Особый интерес представляют интраэпителиальные лимфоциты, которые расположены между эпителиальными кишечными клетками в базальной части эпителия ближе к базальной мембране (рис. 3.4). Их отношение к другим кишечным клеткам составляет приблизительно 1:6. Примерно 25% интраэпителиальных лимфоцитов обусловлено маркерами Т-клеток (обзор: Kagnoff, 1987).

Как отмечено выше, иммунная система кишечника, и в первую очередь тонкой кишки, встречает огромное количество экзогенных пищевых антигенов. Клетки как тонкой, так и толстой кишки продуцируют иммуноглобулины (IgA, IgE, IgG, IgM), преимущественно IgA (табл. 3.6). Иммуноглобулины А и Е, секретируемые в полость кишки, по-видимому, адсорбируются на поверхности кишечных клеток, создавая в области гликокаликса дополнительный защитный слой.

Таким образом, иммунные механизмы могут действовать в полости тонкой кишки, на ее поверхности и в lamina propria. В то же время кишечные лимфоциты могут распространяться в другие ткани и органы, включая молочные железы, женские половые органы, лимфатическую ткань бронхов, и участвовать в их иммунитете. Повреждения механизмов, контролирующих иммунитет организма и иммунную чувствительность тонкой кишки к антигенам, могут иметь значение в патогенезе нарушений локального иммунитета кишечника и в развитии аллергических реакций.

Неиммунные и иммунные механизмы защиты тонкой кишки предохраняют ее от чужеродных антигенов. Пищеварительные протеазы тонкой кишки, ее моторная деятельность, микрофлора, гликокаликс представляют собой неспецифический защитный барьер. Функции такого защитного барьера в тонкой кишке выполняет также слизь, свойства которой освещены в ряде отечественных и зарубежных сводок (см., в частности: Гальперин, Лазарев, 1986; Forstner, Forstner, 1986).

Таблица 3.6. Количество клеток в тонкой и толстой кишке, продуцирующих иммуноглобулины (по: Пищевые волокна, 1986) Отдел кишечника Число клеток (%), секретирующих: IgA IgM IgC Тонкая кишка 69.7 19.9 10.5 Ободочная кишка 91.1 4.5 4.1 Прямая кишка 89.1 6.3 4.3

Следовательно, хотя слизистая оболочка пищеварительного тракта потенциально служит областью, через которую возможно проникновение антигенов и токсических веществ во внутреннюю среду организма, здесь же действует эффективная дублированная система защиты, включающая в себя как механические (пассивные), так и активные факторы защиты. При этом в кишечнике взаимодействуют системы, продуцирующие антитела, и системы клеточного иммунитета. Нужно добавить, что защитные функции печеночного барьера, реализующего с помощью купферовых клеток поглощение токсических веществ, дополняются системой антитоксических реакций в эпителии тонкой кишки.

Заключительные замечания

(краткое сопоставление теорий сбалансированного и адекватного питания)

В заключение попытаемся кратко сопоставить две теории питания - классическую и новую.

Открытие общих закономерностей ассимиляции пищевых веществ, одинаково справедливых для наиболее примитивных и для наиболее высокоразвитых организмов, неизбежно вело к формированию новой эволюционно аргументированной теории, пригодной для интерпретации ассимиляторных процессов не только у человека, но и у других групп организмов. Предложенная нами теория адекватного питания не является модификацией классической, а представляет собой новую теорию с другой аксиоматикой. Вместе с тем один из основных постулатов классической теории, согласно которому поступление и расход в организме пищевых веществ должны быть сбалансированы, новая теория целиком принимает.

Согласно теории сбалансированного питания, пища, которая представляет собой сложноорганизованную структуру и состоит из нутриентов, балластных веществ и в ряде случаев токсических продуктов, подвергается механической, физико-химической и, в особенности, ферментативной обработке. В результате этого полезные компоненты пищи извлекаются и превращаются в лишенные видовой специфичности соединения, которые всасываются в тонкой кишке и обеспечивают энергетические и пластические потребности организма. (Многие физиологи и биохимики сравнивают этот процесс с извлечением ценных компонентов из руды.) Из балластных веществ, некоторых элементов пищеварительных соков, слущенных клеток эпителиального пласта желудочно-кишечного тракта, а также ряда продуктов жизнедеятельности бактериальной флоры, частично утилизирующей нутриенты и балласт, формируются секреты, которые выбрасываются из организма. Из этой схемы ассимиляции пищи вытекают принципы расчета количества полезных веществ, поступающих в организм вместе с пищей, оценка ее достоинств и т.д.

Согласно теории адекватного питания, питание, а также переход от голодного состояния к сытому обусловлены не только нутриентами, но и различными жизненно важными регулирующими соединениями, поступающими из кишечной во внутреннюю среду организма. К таким регулирующим соединениям прежде всего относятся гормоны, вырабатываемые многочисленными эндокринными клетками желудочно-кишечного тракта, которые по числу и разнообразию превосходят всю эндокринную систему организма. К регулирующим соединениям относятся также такие гормоноподобные факторы, как дериваты пищи, образованные вследствие воздействия на нее ферментов пищеварительного аппарата макроорганизма и бактериальной флоры. В некоторых случаях не удается провести четкой грани между регуляторными и токсическими веществами, примером чему служит гистамин.

С точки зрения классической теории питания, микрофлора пищеварительного аппарата у моногастричных организмов, включая человека (но не жвачных), даже не нейтральный, а, скорее, вредный атрибут. С позиций теории адекватного питания бактериальная флора желудочно-кишечного тракта не только у жвачных, но и, по-видимому, у всех или подавляющего большинства многоклеточных организмов - необходимый участник ассимиляции пищи. В настоящее время установлено, что при пищевой деятельности у многоклеточных организмов в пищеварительной системе происходит не только извлечение из пищи некоторой их полезной части - первичных нутриентов, но и трансформация различных компонентов пищи под влиянием микрофлоры, а также обогащение продуктами ее жизнедеятельности. В результате этого неиспользованная часть пищевых веществ превращается в активную и обладающую рядом важных свойств часть энтеральной среды.

Энтеральная среда, которая может быть охарактеризована как промежуточная среда организма, образуется за счет микрофлоры, населяющей желудочно-кишечный тракт, жидкой фазы, а также экзогенных и эндогенных веществ. Наряду с внутренней и внешней средами она имеет первостепенное значение для организма. Энтеральная среда находится под двойным контролем: со стороны хозяина и со стороны симбионтов. Образуется сложная система, обозначаемая как эндоэкология. Эндоэкология существенна для понимания видовых особенностей питания, его адаптивных возможностей и патологии. Она в значительной степени зависит от функционального состояния организма и в то же время определяется различными химическими и биологическими воздействиями на него.

Для сложных организмов справедливо считать, что в метаболическом смысле они представляют собой надорганизменные системы, у которых имеет место взаимодействие хозяина с определенной микрофлорой. Под действием микрофлоры образуются вторичные нутриенты, которые чрезвычайно важны, а во многих случаях необходимы. Источником вторичных нутриентов служат балластные пищевые вещества, участвующие в регуляции многих локальных функций организма.

Ассимиляция пищи, в соответствии с классической теорией питания, сводится к ферментативному гидролизу ее сложных органических структур и извлечению простых элементов - собственно нутриентов. Отсюда вытекает ряд фундаментальных идей о целесообразности обогащения пищи, т.е. об отделении компонентов, содержащих нутриенты, от балласта, а также об использовании в качестве пищевых продуктов готовых нутриентов, т.е. конечных продуктов расщепления, пригодных к всасыванию или даже введению в кровь, и т.д. В отличие от этого, согласно теории адекватного питания, имеет место не только расщепление пищи, но еще и приготовление нутриентов и физиологически активных веществ в результате воздействия микрофлоры желудочно-кишечного тракта, в частности на балластные вещества. Таким путем образуются многие витамины, летучие жирные кислоты и необходимые незаменимые аминокислоты, что существенно влияет на потребности организма в поступающих извне пищевых продуктах. Соотношение между первичными и вторичными нутриентами может варьировать в широких пределах в зависимости от видовых и даже индивидуальных особенностей микрофлоры. Кроме того, наряду с вторичными нутриентами под влиянием бактериальной флоры образуются токсические вещества, в частности токсические амины. Деятельность бактериальной флоры, которая является обязательным компонентом многоклеточных организмов, тесно связана с рядом важных особенностей макроорганизма.

Итак, в свете новой теории питание - это чрезвычайно сложный процесс, в котором пищеварение служит не только способом извлечения полезных компонентов пищевого «сырья». Эта теория возвращает нас к некоторым общим идеям античного естествознания, которые заключаются в том, что в процессе пищеварения образуются новые компоненты пищи. Далее, обогащение пищи за счет удаления балластных веществ, полезное с позиций классической теории, кажется неправильным в рамках новой теории. Точно также подавление бактериальной флоры противоречит теории адекватного питания, хотя и хорошо согласуется с представлениями, развиваемыми классической теорией сбалансированного питания.

Как неоднократно отмечено, развитие теории адекватного питания опирается на общебиологические и эволюционные закономерности, а также на достижения ряда наук, в особенности биологии, химии, физики и медицины. Действительно, для биолога крайне существенна не только «формула», но и технология какого-либо процесса, так как эволюция идет именно в направлении оптимизации технологии биологических процессов. В биологических системах чрезвычайно многое зависит от технологии процессов, так как их высокая эффективность, а иногда и сама возможность связаны с реализацией определенных промежуточных звеньев. Недостаточная эффективность их реализации или их взаимодействий нарушает функционирование системы в целом. Такое представление объясняет некоторые фундаментальные различия между теориями сбалансированного и адекватного питания. Первая теория в сущности определяется балансной формулой питания, вторая, кроме такой формулы, учитывает и технологию питания, т.е. технологию процессов ассимиляции пищи различными группами организмов.

Наконец, теория адекватного питания является одним из центральных элементов междисциплинарной науки трофологии. Объединение многих разделов биологических и медицинских наук, касающихся разных аспектов ассимиляции пищи биологическими системами различной степени сложности (от клетки и организма до экосистем и биосферы), в одну науку необходимо для понимания фундаментального единства природы. Это важно также для характеристики процессов взаимодействия в биосфере на основе трофических связей, т.е. для рассмотрения биосферы как трофосферы. Но в не меньшей, а может быть в большей мере формирование трофологии, и в том числе теории адекватного питания, существенно для различных медицинских наук, так как трофика тканей и ее нарушения, различные проблемы гастроэнтерологии, теоретические и прикладные аспекты науки о питании - это в действительности нерационально разделенные части одной общей проблемы - проблемы ассимиляции пищи организмами, стоящими на разных уровнях эволюционной лестницы. Эту проблему следует рассматривать с некоторых унитарных позиций на основе более обширных и глубоких, чем ранее, взглядов.

Таким образом, теория адекватного питания это, если так можно сказать, теория сбалансированного питания, у которой выросли «биологические крылья». Это означает, что теория адекватного питания применима не только к человеку или одной определенной группе животных, но и к самым различным видам животных и, более того, ко всем группам организмов.