Микрофлора и физиология пищеварения

Микробиофлора кишечника и пищеварения тесно взаимосвязаны. Без микроорганизмов человек не может расщепить и усвоить пищевые продуты, а без пищи не может существовать и развиваться микробиофлора. Достаточно отметить, что на жизнеобеспечении микробиофлоры кишечника человек в среднем расходует до 10% поступившей с пищей энергии и 20% объема всей принятой пищи.

Изучение интимных механизмов пищеварения и обнаружение общих закономерностей ассимиляции пищи отечественными и зарубежными исследователями нескольких поколений позволило академику А.М.Уголеву создать в 1980 году новую междисциплинарную науку трофологию. Трофология — это «наука о пище, питании, трофических связях и всей совокупности процессов ассимиляции пищи на всех уровнях организации живых систем (от клеточного до биосферного)». Этот же автор впервые предложил теорию и термин «адекватное питание», основными постулатами которого является признание, что компоненты пищи (нутриенты и балластные вещества) необходимы для поддержания молекулярного состава организма и возмещения его пластических и энергетических затрат, включают в себя потоки как питательных, так и регуляторных субстанций, что баланс пищевых веществ в организме поддерживается за счет высвобождения отдельных нутриентов из сложных по составу пищевых продуктов за счет полостного, мембранного, внутриклеточного пищеварения, а также микробного синтеза бактериями пищеварительного тракта. В трофическом и метаболическом отношении ассимилирующий организм представляет собой надорганизменную систему, при этом эндоэкосистема и организм хозяина поддерживают сложные симбионтные отношения. Таким образом, исходя из теории адекватного питания А.М.Уголева, для нормальной жизнедеятельности организму необходим пластический и энергетический материал, а также разнообразные регуляторные субстанции, которые поступают в организм с пищевыми продуктами.

Различают, по крайней мере, шесть важнейших компонентов пищи, которые обязательны для поддержания на необходимом уровне обмена веществ, деятельности органов и тканей, для роста и обновления клеток организма: вода, белки, жиры, углеводы, минеральные вещества и витамины. Прежде чем организм усваивает эти питательные вещества, они подвергаются расщеплению на более простые элементы. Это происходит благодаря процессу пищеварения.

Пищеварение — это сложный и достаточно длительный процесс (совокупность физических, химических и физиологических процессов), когда в результате каскада протекающих одновременно или последовательно этапов под воздействием разнообразных ферментов питательные вещества расщепляются на более простые химические соединения до тех пор, пока они не становятся способными всасываться через стенку желудочно-кишечного тракта, поступать в кровоток и усваиваться клетками организма. При этом в процессе пищеварения поступающие питательные вещества, постепенно продвигаясь через пищеварительный тракт, проходят расстояние порядка десяти метров. Эти процессы идут в определенной последовательности во всех отделах пищеварительного тракта (полости рта, глотке, пищеводе, желудке, тонкой и толстой кишках с участием печени и желчного пузыря, поджелудочной железы) (рис.1). Только минеральные соли, вода и витамины, как полагают, усваиваются человеком в том виде, в котором они находятся в пище. Белки, жиры и углеводы попадают в организм в виде сложных комплексов. Чтобы они усвоились, требуется сложная физическая и химическая переработка. Кроме того, компоненты пищи должны утратить свою видовую специфичность, иначе они будут приниматься системой иммунитета как чужеродные вещества.

Пищеварение начинается во рту с измельчения пищи, увлажнения ее слюной (за сутки образуется 0,5-), взаимодействия ее с микроорганизмами полости рта и первичной метаболизации и трансформации ферментами (амилазы, протеиназы, липазы, фосфатазы, РНК-азы) микробного и клеточного происхождения. Средняя продолжительность пребывания пищи в полости рта около 15-20 сек. Достаточно в качестве примера указать на расщепление крахмала на простые сахара в полости рта ферментом птиалином, присутствующим в слюне, или нейтрализацию в этой же области нитропиренов нитроредуктазами анаэробных бактерий, составляющих нормальную микрофлору полости рта. Далее, в результате перистальтических движений мышц глотки и пищевода пищевой комок (обычно объемом 5-15 см3) продвигается в желудок. Акт глотания включает в себя фазу ротовую (произвольную), глоточную (быструю непроизвольную), пищеводную (медленную непроизвольную). Средняя продолжительность времени прохождения пищевого комка через пищевод составляет 2-9 сек и зависит от плотности пищи. Для предотвращения обратного тока пищи, а также разграничения воздействия на нее пищеварительных ферментов, пищеварительный тракт обеспечен специальными клапанами.

Пищевой комок, попав в желудок, в течение трех-пяти часов подвергается хранению, а также механической и химической обработке. В последнем случае пища подвергается воздействию желудочного сока (за сутки выделяется 2-) и присутствующих в нем соляной кислоты (обеспечивает кислую среду в желудке, вызывает денатурацию и набухание белков, активирует пепсиногены, оказывает бактерицидный эффект на микроорганизмы), пепсина (переваривает белоксодержащие пищевые продукты в кислой среде) и других кислых протеаз типа ренина (химозина), слизи, вырабатываемых клетками слизистой оболочки желудка. Пепсиногены, образуемые желудочными железами, делятся на две группы. Первая после активации соляной кислотой и превращения в пепсины гидролизует определенные типы белков в крупные пептиды при рН 1,5-2,0. Вторая фракция после активации соляной кислотой превращается в гастриксин, гидролизующий белки пищи при рН 3,2-3,5. У детей до года небольшая липолитическая активность желудочного сока способствует расщеплению эмульгированных жиров молока. Образующаяся в желудке в значительных количествах слизь, с одной стороны, выполняет защитный эффект для слизистой желудка от действия соляной кислоты, а с другой — служит источником эндогенных белков для их последующей утилизации микроорганизмами толстой кишки. В этом же отделе пищеварительного тракта может происходить всасывание алкоголя; кроме того, в желудке присутствует специальный фактор, обеспечивающий в дальнейшем усвоение витамина В12.

После желудка пищевой комок попадает в тонкий кишечник, длина которого у взрослого человека достигает. Кишечный сок в этом отделе пищеварительного тракта имеет щелочную среду за счет поступления в тонкий кишечник желчи, сока поджелудочной железы и выделений стенок кишечника. За сутки образуется около 1,5- панкреатического сока, содержащего значительные количества бикарбонатов. Благодаря этому, рН сока поджелудочной железы составляет 7,8-8.5 и он содержит такие ферменты, как альфа-амилаза (расщепляет углеводы), РНК-ДНК-нукпеазы (расщепляют нуклеиновые кислоты), липазы (расщепляют жиры), протеазы (расщепляют белки) в виде проэнзимов, которые затем превращаются в трипсин. Всего в кишечном соке обнаруживается более 20 ферментов (энтерокиназы, пептидазы, фосфатазы, нуклеазы, липаза, амилаза, лактаза, сахараза и др.). Среди представителей человеческой популяции, проживающих в разных регионах мира, встречаются индивидуумы, у которых отмечается недостаточность продукции фермента лактазы, участвующей в утилизации лактозы. Особенно часто этот врожденный дефект обнаруживается у жителей (40-100% популяции) Азии и Африки. Среди лиц славянского происхождения (русские, белорусы, украинцы) дефицитность лактазы обнаруживается у 10-15% популяции.

В тонком кишечнике происходит и всасывание основной массы образовавшихся простых химических фрагментов пищи.

Не переваренные остатки пищи далее поступают в толстый кишечник, в котором они могут находиться от 10 до 15 часов, прежде чем ненужные организму вещества выбрасываются в окружающую среду в виде фекальных масс. В этом отделе пищеварительного тракта осуществляются процессы всасывания воды (до в сутки), многих минеральных солей, а также протекают основные процессы микробной метаболизации остатков питательных веществ, поступивших извне или образовавшихся в пищеварительном тракте. Толстый кишечник при некоторых патологических состояниях и условиях может принимать на себя функции тонкой кишки.

Продолжительность процесса пищеварения у здорового взрослого человека составляет 24-36 час.

Всасывание осуществляется на всем протяжении пищеварительного тракта, поверхность которого покрыта ворсинками, различающимися по структуре и функции в зависимости от своей локализации. На слизистой приходится 30-40 ворсинок, на каждый энтероцит — 1700-4000 микроворсинок. Всасывание осуществляется за счет нескольких механизмов (пассивный транспорт, облегченная диффузия, активный транспорт). При этом 50-60% продуктов метаболизации белков всасывается в двенадцатиперстной кишке, 30% — в тонкой и 10% — в толстой кишке. Углеводы всасываются только в виде моносахаров, при этом присутствие в кишечном соке солей натрия повышает скорость всасывания более чем в 100 раз. Продукты метаболизации жиров так же, как и большинство поступающих с пищей водо- и жирорастворимых витаминов, всасываются в тонкой кишке.

Важную роль в процессе пищеварения играет печень, в которой происходит образование желчи (в сутки до 0,5-). Желчь способствует эмульгации жиров, всасыванию триглицеридов, активирует липазу, стимулирует перистальтику, инактивирует пепсин в двенадцатиперстной кишке, оказывает бактерицидный и бактериостатический эффект, усиливает гидролиз и всасывание белков и углеводов, стимулирует пролиферацию и слущивание энтероцитов, стимулирует процессы образования и выделения желчи.

На рис. 2 представлены типы клеток пищеварительного тракта, образующих разнообразные ферменты и гормоны. Большинство гастроинтестинальных гормонов в химическом отношении представляют собой пептиды и оказывают множество разнообразных эффектов на функции пищеварительного тракта, а также на обмен веществ всего организма. Они влияют на секрецию воды, электролитов и ферментов (гастрин, секретин, холецистокинин-панкреозимин, соматостатин, энкефапин, нейротензин), моторную активность желудочно-кишечного тракта (холецистокинин-панкреозимин, мотилин, вещество п(р), вилликинин), всасывание воды, электролитов и питательных веществ (соматостатин, бомбезин, энкефалин, нейротензин, химоденин), деятельность сердечнососудистой системы (вазоактивный интестинальный пептид), функциональную активность эндокринных клеток пищеварительного тракта и других эндокринных желез (желудочный ингибирующий пептид, панкреатический полипептид, соматостатин, бомбезин, химоденин). Некоторые гастроинтестинапьные гормоны (гастрин, энкефалин, цистокинин-панкреозимин и другие) обнаружены в значительных количествах и в различных тканях головного мозга. В зависимости от происхождения ферментов различают три типа пищеварения: собственное, осуществляемое ферментами, синтезируемыми железами человека; симбионтное пищеварение за счет ферментов, синтезированных микроорганизмами; и аутолитическое пищеварение, осуществляемое ферментами, содержащимися в составе принимаемой пищи. Например, молоко матери содержит ферменты, необходимые для его створаживания. В зависимости от локализации пищеварение подразделяют на внутриклеточное, когда процессы гидролиза питательных веществ происходят внутри клеток (за счет лизосомальных ферментов), и внеклеточное (полостное и пристеночное).

Таким образом, пищеварительный тракт в организме человека выполняет несколько функций:

секреторная функция, характеризующаяся образованием пищеварительных соков (слюны, желудочного, поджелудочного, кишечного соков и желчи);

двигательная и моторная, заключающаяся в жевании, глотании, перемешивании, передвижении пищи по пищеварительному тракту и удалению из организма не перевариваемых остатков, в движении ворсинок и микроворсинок; осуществляется мускулатурой пищеварительного аппарата на всех этапах конвейера;

всасывательная функция, заключающаяся в поступлении из полости желудочно-кишечного тракта в кровоток продуктов расщепления белков, жиров и углеводов (аминокислоты, глицерин, жирные кислоты, моносахариды), воды, солей, лекарств и других соединений;

инкреторная (внутрисекреторная), заключающаяся в выработке гормонов, оказывающих регулирующее действие на моторную, секреторную и всасывательную функции пищеварительного тракта (гастрин, секретин и другие гормоны);

экскреторная функция обеспечивает выделение пищеварительными железами в полость желудочно-кишечного тракта продуктов обмена (мочевина, аммиак, желчные пигменты), воды, солей тяжелых металлов, лекарственных препаратов, которые затем удаляются из организма;

место обитания симбиотических ассоциаций микроорганизмов.

Использованная литература

Адо А.Д., Новицкий В.В. Патологическая физиология. Изд. Томского Университета, Томск, 1994, 467 с.

Гичев Ю.П., Оганова-Вилкинсон Э. Введение в частную микронутриологию. Компания ENRICH INTERNATIONAL, ТОМ 3, Новосибирск, 1999, с. 186-205.

Машарова А.А., Исаев В.А., Тарумов В.С. Опыт применения Бифэйнола у больных с синдромом раздраженного кишечника. М. Журнал Московские аптеки, № 2, 2001, с. 27.

Воробьев А.А., Пак С.Г. Дисбактериозы у детей. М., 1998, 60 с.

Воробьев А.А., Несвияжский Ю.В. Современные проблемы аллергологии, клинической иммунологии и иммуннофармакологии. М., 1997, с. 137-141.

Schmidt R.F., Thews G. Human Physiology. V. 3, Springer. Veriag Berlin, Heidelberg, 1989, p. 745, 781.