CC BY
108
© Малкоч А.В., Бельмер С.В., 2009
А.В. Малкоч, С.В. Бельмер
ПРЕБИОТИКИ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ КИШЕЧНОЙ МИКРОФЛОРЫ
ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, Москва
Микрофлора кишечника человека является необходимой составляющей человеческого организма и выполняет многочисленные жизненно важные функции, которые реализуются как локально, так и на системном уровне, при этом различные виды бактерий вносят свой индивидуальный вклад в это влияние. Вся совокупность микроорганизмов и макроорганизм составляют своеобразный симбиоз, где каждый извлекает выгоды для своего существования и оказывает влияние на партнера [1, 2].
Общая численность микроорганизмов, обитающих в различных частях макроорганизма, приблизительно на два порядка превышает численность его собственных клеток и составляет около 1014-15. Наибольшее число микроорганизмов приходится на желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), включая ротоглотку — 75-78%, остальные заселяют мочеполовые пути (до 2-3% у мужчин и до 9-12% у женщин) и кожные покровы.
У здоровых лиц в кишечнике насчитывается более 500 видов микроорганизмов. Общая масса микрофлоры кишечника составляет от 1 до 3 кг. В разных отделах ЖКТ количество бактерий различно, большинство микроорганизмов локализовано в толстой кишке (около 1010-12 КОЕ/мл), что составляет 35-50% ее содержимого. Микрофлора здорового человека идеально адаптирована к потребностям именно его организма и поэтому ее состав достаточно стабилен на протяжении всей жизни. Это предопределяет необходимость поддер-
жания «своей» микробиоты, так как полноценное ее моделирование «извне» невозможно [1-3].
Взаимоотношения микро- и макроорганизма носят сложный характер, реализующийся на метаболическом, регуляторном, внутриклеточном и генетическом уровне. Однако нормальное функционирование микрофлоры возможно только при хорошем физиологическом состоянии организма и в первую очередь нормальном питании.
Питание микроорганизмов, населяющих кишечник, обеспечивается за счет нутриентов, поступающих из вышележащих отделов ЖКТ, которые не перевариваются собственными ферментативными системами и не всасываются в тонкой кишке. Эти вещества необходимы для обеспечения энергетических и пластических потребностей микроорганизмов. Способность использовать нутриенты для своей жизнедеятельности зависит от ферментативных систем различных бактерий. В зависимости от этого условно выделяют бактерии с преимущественно сахаролитической активностью, основным энергетическим субстратом которых являются углеводы (характерно в основном для сапрофитной флоры); с преимущественной протеолитической активностью, использующей белки для энергетических целей (характерно для большинства представителей патогенной и условно-патогенной флоры), и смешанной активностью. Соответственно, преобладание в пище тех или иных нутриентов, нарушение их переваривания будут стимулировать рост различных микроорганизмов [3-5].
Углеводные нутриенты особо необходимы для жизнедеятельности нормальной кишечной микрофлоры (КМФ). Ранее эти компоненты пищи называли «балластными», предполагая, что они не имеют какого-либо существенного значения для макроорганизма, однако по мере изучения микробного метаболизма стало очевидным их значение не только для роста КМФ, но для здоровья человека в целом. Согласно современному определению, пребиотиками называют частично или полностью неперевариваемые компоненты пищи, которые избирательно стимулируют рост и/или метаболизм одной или нескольких групп микроорганизмов, обитающих в толстой кишке, обеспечивая нормальный состав кишечного микробиоценоза [3].
Различные представители сапрофитной флоры имеют свои потребности в определенных нут-риентах, объясняющиеся особенностями их метаболизма. Так, бифидобактерии (ББ) расщепляют моно-, ди-, олиго- и полисахариды, используя их как энергетический и пластический субстрат. При этом они могут ферментировать белки, в том числе и для энергетических целей. Нетребовательны к поступлению с пищей большинства витаминов, но нуждаются в пантотенатах.
Лактобактерии (ЛБ) также используют различные углеводы для энергетических и пластических целей. Однако плохо расщепляют белки и жиры, поэтому нуждаются в поступлении извне аминокислот, жирных кислот, а также витаминов.
Энтеробактерии (ЭБ) расщепляют углеводы с образованием углекислого газа, водорода и органических кислот. При этом существуют лактозо-негативные и лактозопозитивные штаммы. Также они могут утилизировать белки и жиры, поэтому мало нуждаются во внешнем поступлении амино-, жирных кислот и большинства витаминов [2-6].
Таким образом, питание сапрофитной микрофлоры и ее нормальное функционирование принципиально зависят от поступления к ней непереваренных углеводов (ди-, олиго- и полисахаридов) для энергетических целей, а также белков, аминокислот, пуринов и пиримидинов, жиров, углеводов, витаминов и минералов — для пластического обмена. Залогом поступления к бактериям необходимых нутриентов является рациональное питание макроорганизма и нормальное течение пищеварительных процессов.
Хотя моносахариды могут легко утилизироваться микроорганизмами толстой кишки, к пре-биотикам их не относят. В нормальных условиях КМФ не потребляет моносахариды, которые должны полностью всасываться в тонкой кишке. К пре-биотикам относят некоторые дисахариды, олигоса-хариды, полисахариды и достаточно гетерогенную группу соединений, в которой присутствуют и поли- и олигосахариды, которую обозначили как пищевые волокна. Из пребиотиков в женском молоке присутствует лактоза и олигосахариды.
Лактоза (молочный сахар) представляет собой дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы. В норме лактоза расщепляется лактазой тонкой кишки до мономеров, которые практически полностью всасываются в тонкой кишке. Лишь незначительное количество нерасщепленной лактозы у детей первых месяцев жизни попадает в толстую кишку, где утилизируется микрофлорой, обеспечивая ее становление. В то же время дефицит лак-тазы приводит к избытку лактозы в толстой кишке и значительному нарушению состава КМФ и осмотической диарее.
Лактулоза — дисахарид, состоящий из галактозы и фруктозы, в молоке (женском или коровьем) отсутствует, однако в небольших количествах может образовываться при нагревании молока до температуры кипения. Лактулоза не переваривается ферментами ЖКТ, ферментируется ЛБ и ББ и служит им субстратом для энергетического и пластического обмена, за счет чего способствует их росту и нормализации состава микрофлоры, увеличению объема биомассы и каловых масс, что определяет ее слабительный эффект.
Олигосахариды представляют собой линейные полимеры глюкозы и других моносахаров с общей длиной цепи не более 10. По химической структуре выделяют галакто-, фрукто-, фукозилолигосаха-риды и др. В женском молоке галактоолигосахари-ды являются самой большой фракцией углеводов после лактозы, их концентрация составляет около 12-14 г/л. Именно галактоолигосахариды сегодня рассматриваются как основные пребиотики женского молока, обеспечивающие как становление нормальной микрофлоры кишечника ребенка, так и поддержание ее в дальнейшем. Важным является то обстоятельство, что олигосахариды присутствуют в значимых концентрациях только в женском молоке и отсутствуют, в частности, в коровьем. Следовательно, в состав адаптированных молочных смесей для искусственного вскармливания здоровых детей должны добавляться пребиотики (галакто- и фруктосахариды).
Полисахариды представляют собой длинно-цепочечные углеводы, в основном растительного происхождения.
Инулин, содержащий фруктозу, в больших количествах присутствует в артишоках, клубнях и корнях георгинов и одуванчиков. Промышленным источником инулина является корень цикория, который также содержит сахарозу, фруктозу и олигосахариды. В процессе обработки природного сырья получают инулин с длиной цепи от 10 до 60 (средняя длина — 25).
Инулин утилизируется ББ и ЛБ, способствует их росту. Помимо этого, инулин повышает всасывание кальция и влияет на метаболизм липидов, снижая риск развития атеросклероза.
Фруктаны, к которым относится инулин, обладают выраженным пребиотическим эффектом, так
как ß-связь этих молекул не расщепляется а-глю-козидазами кишечника, в связи с чем они достигают толстой кишки, где утилизируются микроорганизмами [7]. Тем самым инулин способствует увеличению числа ББ и ЛБ. В экспериментальной работе на крысах T.R. Licht и соавт. [8] показали, что диета, обогащенная инулином (как и олиго-фруктозой), способствует увеличению микробной массы в толстой кишке, снижению рН кишечного содержимого, увеличению числа ЛБ и снижению колиформных микроорганизмов.
Интересен иммуномодулирующий эффект инулина, что было показано как в экспериментальных работах [9-11], так и в клинических исследованиях [12-14]. Было установлено, что регулярное употребление фруктанов влияет на активность Т-лим-фоцитов и NK-клеток, фагоцитарную активность макрофагов, профиль цитокинов, в т. ч. у-интер-ферона и фактора некроза опухоли а. В частности, олигосахариды стимулируют ТЫ-опосредованный иммунный ответ у мышей в ответ на введение вакцины [15]. Механизм этого действия, скорее всего, связан как с позитивным влиянием на состав КМФ и повышением ее иммуномодулирующей роли, так и с нормализацией продукции микрофлорой летучих жирных кислот, которые сами по себе участвуют в регуляции иммунного ответа [16, 17].
Таким образом, благодаря своему строению инулин является одним из наиболее эффективных преби-отиков для детей и взрослых, обеспечивающих потребности микрофлоры на всем протяжении ЖКТ.
Ди- и олигосахариды имеют более простое строение, легко и быстро расщепляются бактериями, поэтому часто «не доходят» до дистальных отделов толстой кишки. С другой стороны, пищевые волокна, имеющие сложную и разветвленную структуру, расщепляются с меньшей эффективностью.
Пищевые волокна — большая гетерогенная группа полисахаридов, наиболее известными из которых являются целлюлоза и гемицеллюлоза. Целлюлоза — неразветвленный полимер глюкозы, а гемицеллюлоза — полимер глюкозы, араби-нозы, глюкуроновой кислоты и ее метилового эфира. Помимо функции субстрата для питания ЛБ и ББ, пищевые волокна оказывают и другие важные эффекты. Они обладают высокой адсорбционной способностью и удерживают воду, что приводит к повышению осмотического давления в полости кишки, увеличению объема фекалий, ускорению пассажа по кишечнику, что обусловливает слабительный эффект [2, 18].
В средних количествах (1-1,9 г/100 г продукта) пищевые волокна содержатся в моркови, сладком перце, петрушке (в корне и зелени), редьке, репе, тыкве, дыне, черносливе, цитрусовых, бруснике, фасоли, гречневой, перловой крупе, овсяной крупе «Геркулес», ржаном хлебе.
Высокое содержание (2-3 г/100 г продукта) пищевых волокон характерно для чеснока, клюк-
вы, красной и черной смородины, черноплодной рябины, ежевики, овсяной крупы, хлеба из белко-во-отрубяной муки.
Наибольшее их количество (более 3 г/100 г) содержится в укропе, кураге, клубнике, малине, чае (4,5 г/100 г), овсяной муке (7,7 г/100 г), пшеничных отрубях (8,2 г/100 г), сушеном шиповнике (10 г/100 г), зернах жареного кофе (12,8 г/100 г), овсяных отрубях (14 г/100 г). Пищевые волокна не содержатся в рафинированных продуктах.
Несмотря на очевидную значимость пребиоти-ков для питания микрофлоры, благополучия ЖКТ и всего организма в целом, в современных условиях отмечается дефицит пребиотиков в питании всех возрастных групп. В частности, взрослый человек должен съедать в сутки примерно 20-35 г пищевых волокон, тогда как в реальных условиях европейский житель потребляет не более 13 г в сутки. Уменьшение доли естественного вскармливания у детей первого года жизни приводит к недостатку пребиотиков, содержащихся в женском молоке.
Растущая урбанизация и изменение характера питания горожан (повышение доли белков, крахмалов, жиров, рафинированные продукты, снижение доли растительной, особенно грубоволокнис-той, пищи) являются одной из основных причин дефицита пребиотиков в современном мире. Помимо этого, серьезный вклад в проблему вносит интенсификация аграрного производства и истощение почвенных запасов, преобладание генетически модифицированных культур, в которых снижена доля «балластных» веществ. Все это привело к значительному уменьшению количества витаминов, минералов и пребиотиков-углеводов в сельскохозяйственной продукции за последние 100 лет [18].
Особо актуальна проблема дефицита пребиотиков в питании детей первых лет жизни. Состав КМФ индивидуален и формируется с первых дней жизни ребенка, приближаясь к показателям взрослого ко 2-му году жизни. Уникальность микрофлоры каждого человека позволяет рассматривать ее как своеобразные «отпечатки пальцев». Поэтому очень важно наличие достаточного количества пребиотиков в рационе ребенка [2, 3, 19, 20]. Дети, находящиеся на грудном вскармливании, получают пребиотики с материнским молоком; дети, находящиеся на искусственном вскармливании, должны получать адаптированные смеси, обогащенные пребиотиками.
Однако по мере расширения рациона и введения прикормов, доля пребиотиков в питании снижается, а при переводе ребенка на «общий стол» оно часто становится дефицитным по пребиотикам.
На сегодняшний день проблема дефицита пре-биотиков в питании детей первого года жизни, получающих заменители грудного молока, решалась путем обогащения смесей галакто- и фруктоолиго-сахаридами. По мере роста ребенка эффективность олигосахаридов снижается из-за увеличения численности микрофлоры и длины кишечника. Вве-
А.В. Малкоч, С.В. Бельмер 115
дение овощного прикорма и каш повышает долю пребиотиков в питании за счет высокоэффективного инулина, а также пищевых волокон [21].
До недавнего времени выпускающиеся продукты, специально обогащенные инулином (кисломолочные, каши, хлеб, шоколад и др.), были предназначены только для питания взрослых и детей старше 2-3 лет. Теперь в продаже появилась смесь «Малютка», обогащенная инулином.
Смесь «Малютка» предназначена для смешанного и искусственного вскармливания детей с первых дней жизни до 6 месяцев («Малютка 1») и с 6 месяцев до одного года («Малютка 2»). Полностью адаптированная (соотношение казеина к сывороточным белкам — 40/60), помимо полиненасыщенных жирных кислот, комплекса витаминов и минеральных веществ (включая цинк и селен в ко-
личествах 45 мг и 1,5 мкг соответственно на 100 мл готового продукта), в этих смесях содержится инулин (1,5 г на 100 г сухой смеси, или 0,2 г на 100 г готового продукта), достаточный для обеспечения суточной потребности в пребиотиках грудного ребенка. Ежедневное потребление инулина обеспечивает стабильный и нормальный рост сапрофитной микрофлоры, способствует нормальному течению процессов пищеварения у ребенка.
Таким образом, пребиотики обеспечивают благополучие микрофлоры кишечника и его нормальное функционирование, являются необходимым фактором здоровья. Преодоление дефицита пребиотиков в современных условиях связано с обеспечением рационального питания человека в любом возрасте — от новорожденного до преклонного, а также с употреблением продуктов, обогащенных пребиотиками.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ардатская М.Д, Минушкин О.Н., Иконников Н.С. «Дисбактериоз» кишечника: понятие, диагностические подходы и пути коррекции. Возможности и преимущества биохимического исследования кала. Пособие для врачей. М., 2004.
2. Бельмер С.В., Гасилина Т.В. Рациональное питание и состав кишечной микрофлоры. Вопр. детской диетологии. 2003; 1 (5): 17-20.
3. Бельмер С.В., Гасилина Т.В., Малкоч А.В. Пребиотики в питании: физиологическое значение. Лекции по педиатрии. Том 7. Диетология и нутрициология. Под ред. В.Ф. Демина, С.О. Ключникова, Ю.Г. Мухиной. М.: РГМУ, 2007: 120-125.
4. Доронин А.Ф., Шендеров БА. Функциональное питание. М.: ГРАНТЪ, 2002.
5. Конь И.Я. Углеводы: новые взгляды на их физиологические функции и роль в питании. Вопр. детской диетологии. 2005; 3 (1): 18-25.
6. Hill MJ. Intestinal flora and endogenous vitamin synthesis. Eur. J. Cancer Prev. 1997; 1: 43-45.
7. Roberfroid M, Slavin J. Nondigestible oligosaccharides. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2000; 40 (6): 461-480.
8. Licht TR, Hansen M, Poulsen M, Dragsted LO. Dietary carbohydrate source influences molecular fingerprints of the rat faecal microbiota. BMC Microbiol. 2006; 30 (6): 98.
9. Herich R, Revajova V, Levkut M et al. The effect of Lactobacillus paracasei and Raftilose P95 upon the non-specific immune response of piglets. Food Agric Immunol. 2002; 14: 171-179.
10. Qiao H, Duffy LC, Griffiths E et al. Immune responses in rhesus rotavirus-challenged Balb/c mice treated with bifidobacteria and prebiotic supplements. Pediatr. Res. 2002; 51: 750-755.
11. Kelly-Quagliana KA, Nelson PD, Buddington RK. Dietary oligofructose and inulin modulate immune functions in mice. Nutr. Res. 2003; 23: 257-267.
12. Kaur N, Gupta AK. Applications of inulin and oligofructose in health and nutrition. J. Biosci. 2002; 27: 703-714.
13. Bunout D, Hirsch S, de la Maza MP. Effects of prebiotics on the immune response to vaccination in the elderly. J. Parenter. Enteral Nutr. 2002; 26: 372-376.
14. Duggan Ch, Penny ME, Hibberd P et al. Oligofructose-supplemented infant cereal: 2 randomized, blinded, community-based trials in Peruvian infants. Am. J. Clin. Nutr. 2003; 77: 937-942.
15. Vos AP, Haarman M, van Ginkel JW et al. Dietary supplementation of neutral and acidic oligosaccharides enhances Th1-dependent vaccination responses in mice. Pediatr. Allergy Immunol. 2007; 18 (4): 304-312.
16. Schley PD, Field CJ. The immune-enhancing effects of dietary fibres and prebiotics. Br. J. Nutr. 2002; 87 (2): 221-230.
17. Watzl B, Girrbach S, Roller M. Inulin, oligofructose and immunomodulation. Br. J. Nutr. 2005; 93 (1): 49-55.
18. Микрофлора пищеварительного тракта. Под ред. А.И. Хавкина. М.: Фонд социальной педиатрии, 2006: 218-265.
19. Boehm G, Fanaro S, Jelinek J et al. Prebiotic concept for infant nutrition. Acta Paediatr. Suppl. 2003; 91 (441): 64-67.
20. Edwards CA, Parrett AM. Intestinal flora during the first months of life: new perspectives. Br. J. Nutr. 2002; 87 (1): 11- 18.
21. Fanaro S, Chierici R, Guerrini P, Vigi V. Intestinal microflora in early infancy: composition and development. Acta Paedi-atr. 2003; 91 (1): 48-55.
© Панкратова М.С., Петеркова ВА., 2009
