ДИЕТОЛОГИЯ. РУКОВОДСТВО

В зависимости от происхождения пищеварительных ферментов различают три типа пищеварения: собственное, симбионтное и аутолитическое. В ассимиляции пищи у человека основную роль играет собственное пищеварение, которое осуществляется с помощью ферментов, синтезируемых в клетках пищеварительных органов самого человека (ферменты слюны, желудка, поджелудочной железы, кишечника).

При симбионтном пищеварении гидролиз пищевых веществ происходит под действием ферментов, источником которых являются симбионты (бактерии, простейшие), населяющие кишечник данного макроорганизма. Симбионты участвуют в переваривании целлюлозы, пектина, лигнина, хитина, кератина, белков и липидов, осуществляют синтез полезных веществ, в том числе витаминов и незаменимых аминокислот. При этом макроорганизм использует вторичную пищу, состоящую из структур симбионтов (симбионтное питание). Симбионтное пищеварение свойственно почти всем многоклеточным организмам, но особенно ярко проявляется у растительноядных жвачных животных.

При аутолитическом пищеварении в расщеплении пищевых объектов (ткани животных, растения, микроорганизмы) принимают участие ферменты, входящие в состав пищевых продуктов, гидролитический эффект ферментов макроорганизма дополняется эффектами индуцированного аутолиза. В итоге индуцируется переваривание пищевого объекта его же ферментами.

По механизму действия ферментов на субстраты, механизму поступления ферментов к месту их функционирования, по отношению пищеварительных процессов к границе клеток и к процессам транспорта принято выделять три основных типа пищеварения — внеклеточное, внутриклеточное и мембранное.

При внеклеточном пищеварении продуцируемые секреторными клетками ферменты выделяются во внеклеточную среду, где реализуется их гидролитический эффект. У человека секреторные клетки слюнных и поджелудочной желез расположены достаточно далеко от пищеварительных полостей, в которых осуществляется действие гидролитических ферментов. Этот тип пищеварения называется полостным, так как оно реализуется в ротовой полости, полостях желудка и тонкой кишки и происходит под действием ферментов, секретируемых клетками пищеварительных желез, локализованных в стенке органа (например, желудка), а также за счет ферментов, поступающих в составе секретов (например, поджелудочной железы).

При внутриклеточном пищеварении нерасщепленные или частично расщепленные молекулы пищи щюпикают внутрь кишечных клеток и подвергаются гидролизу под действием ферментов, локализованных в цитоплазме. Различают два типа внутриклеточного пищеварения молекулярный и везикулярный. В первом случае ферменты цитоплазмы гидролизуют проникающие в клетку через апикальную мембрану относительно небольшие молекулы пищи. Везикулярное пищеварение связано с эндоцитозами (пиноцитозом и фагоцитозом), то есть с образованием везикул из фрагментов клеточной мембраны. Везикулы, содержащие пищевые вещества, соединяются с лизосомами клетки, имеющими набор гидролитических ферментов. Новое образование носит название «фагосома», здесь происходит гидролиз пищевых субстратов и всасывание через мембрану фагосом образующихся продуктов.

Мембранное (пристеночное, контактное) пищеварение, открытое в 1968 г. А. М. Уголевым, происходит на внешней поверхности эпителия тонкой кишки. Оно реализуется как панкреатическими ферментами, адсорбированными на этой поверхности, так и собственно кишечными ферментами, которые синтезируются в кишечных клетках (энтсроцитах) и встраиваются в их апикальную мембрану (табл. 2.1).

Адсорбированные ферменты являются эндогидролазами и действуют главным образом на промежуточных этапах гидролиза (начальные происходят в полости кишки), тогда как собственно кишечные ферменты представляют собой экзогидролазы и работают на заключительных этапах гидролитического расщепления молекул пищи. Действие этих ферментных систем взаимно дополняет друг друга.

В ходе мембранного пищеварения обеспечивается тесное сопряжение гидролиза пищевых веществ с последующим транспортом образующихся продуктов, преимущественно мономеров, в кровь и лимфу (рис. 2.2 и 2.3).

Таким образом, пищеварение состоит из поэтапного расщепления питательных веществ под действием различных пищеварительных ферментов и последующего всасывания образующихся продуктов гидролиза во внутреннюю сроду организма.

Эти этапы включают:

Пищеварение начинается в полости рта. Здесь происходят измельчение пищи, анализ ее вкусовых свойств, смачивание слюной, формирование пищевого комка, начальный гидролиз некоторых пищевых субстратов. Поступившая в рот пища действует на вкусовые, тактильные и температурные рецепторы. Сигналы, поступающие от этих рецепторов через соответствующие нервные центры, рефлекторно вызывают секрецию пищеварительных желез, выход желчи в двенадцатиперстную кишку, меняют моторную активность желудка.

Жевание

Жевание — рефлекторный акт, который состоит из механической и химической обработки пищи, смачивания ее слюной и формирования пищевого комка. Важно, что жевание оказывает рефлекторное влияние на секреторную и моторную деятельность пищеварительною аппарата.

В периоде жевания могут быть выделены фазы: покоя, введения в рот пищи, ориентировочная, основная, формирования пищевого комка, глотания. Продолжительность этих фаз различна и зависит от качества пищи, ее количества, состояния зубного аппарата, возраста человека и т. д.

Ферментативный гидролиз

Химическая переработка пищи в ротовой полости происходит за счет ферментов слюны. Она продуцируется тремя парами крупных слюнных желез (околоушные, подчелюстные, подъязычные), а также множеством мелких желез, находящихся на поверхности языка, в слизистой оболочке неба и щек. За сутки выделяется от 0,5 до 2 л слюны. Смешанная слюна содержит 99,4-99,5% воды и 0,5-0,6% плотного остатка, который состоит из неорганических и органических компонентов. Нeopгaнические компоненты представлены ионами калия, кальция, натрия, магния, железа, хлора, фтора, фосфата, хлорида, сульфата, бикарбоната и т. д., составляющими примерно 30% плотного остатка. К органическим веществам относятся различные белки (альбумины, глобулины), свободные аминокислоты, некоторые углеводы, азотсодержащие вещества небелковой природы (мочевина, аммиак, креатинин), а также муцин, который придает слюне вязкость и благодаря которому пропитанный слюной пищевой комок легко проглатывается. Слюна образуется в ацинусах и протоках слюнных желез. В ацинусах образуется так называемый первичный секрет, содержащий муцин, α-амилазу и ионы, уровень которых в слюне практически не отличается от уровня во внеклеточных жидкостях. В слюнных протоках состав секрета меняется: концентрация ионов калия увеличивается, а ионов натрия, напротив, снижается.

Начинающийся в полости рта ферментативный гидролиз углеводов происходит под действием слюнной α-амилазы, расщепляющей полисахариды (крахмал, гликоген) с образованием декстринов, небольшого количества мальтозы и глюкозы. Однако вследствие кратковременности (15-18 с) пребывания пищи в ротовой полости и последующего снижения активности α-амилазы в содержимом желудка с низким значением pH дальнейший гидролиз полисахаридов происходит преимущественно в тонкой кишке под действием панкреатической α-амилазы и собственно кишечной глюкоамилазы (γ-амилазы).

В слюне содержатся в незначительном количестве и некоторые другие ферменты: протеиназы (катепсины, саливаны, грандуланы), пептидазы, липазы, щелочная и кислая фосфатазы, РНКазы, а также калликреин, который принимает участие в образовании кининов, расширяющих кровеносные сосуды, что имеет определенное значение в увеличении кровоснабжения слюнных (и других) желез при приеме пищи.

Слюна обладает бактерицидным свойством за счет содержащегося в ней фермента лизоцима (мурамидазы).

Глотание

Акт глотания представляет собой сложный процесс, состоящий из трех рефлекторно взаимосвязанных фаз — произвольной (ротовая фаза) и двух непроизвольных (глоточная быстрая и пищеводная медленная). Конец одной фазы служит началом следующей. Первая фаза — продвижение пищевого комка за передние дужки глоточного кольца, к корню языка. Вторая фаза — поступление пищевого комка в пищевод, третья — по пищеводу в желудок. Огромное количество рецепторных образований, располагающихся в слизистой оболочке по ходу пищеварительного тракта, контролирует цепь рефлекторных актов, пока пища не покинет полость пищевода.

Пищевод

На продвижение пищевого комка по пищеводу оказывает влияние ряд факторов, один из которых — градиент давления между полостью глотки и началом пищевода. Когда глоточно-пищеводный сфинктер закрыт, разница в давлении между ними составляет 45 мм рт. ст., а когда открыт — не более 30 мм рт. ст. Другие факторы: перистальтические движения пищевода, тонус его мускулатуры (в шейном отделе в 3 раза выше, чем в грудном), сила тяжести пищевого комка.

Сокращения пищевода имеют характер волны, возникающей в верхней его части и распространяющейся в сторону желудка. При этом кольцеобразно расположенные мышцы пищевода последовательно сокращаются, передвигая перед волной сокращения находящийся в несколько расширенной части пищевода пищевой комок в сторону желудка. Такой тип сокращений называется перистальтическим. Средняя скорость распространения перистальтической волны по пищеводу варьирует от 2 до 5 см/с и в значительной степени зависит от свойств пищи. При ее плотной консистенции пищевой комок проходит по пищеводу за 3-9 с, а при жидкой — за 1-2 с.

Патофизиология

Нарушения пищеварения в полости рта, как и нарушения деятельности других отделов ЖКТ, могут приводить к серьезным расстройствам, объединяемым в понятии «недостаточность пищеварения». Это такое состояние желудочно-кишечного тракта, когда он не обеспечивает эффективное усвоение поступающей в организм пищи. Патофизиология проксимальных отделов ЖКТ включает в себя нарушения акта жевания, слюноотделения, акта глотания и функций пищевода.

Недостаточное размельчение пищи в полости рта часто связано с нарушениями работы жевательного аппарата. К нему относятся зубы, жевательные мышцы, мышцы языка и кости черепа, к которым прикреплены жевательные мышцы. Наиболее частой причиной снижения жевательной способности являются поражения зубов (пародонтоз и др.), а также зубные протезы, которые снижают жевательное давление между зубами. Жевание нарушается при воспалении жевательной мускулатуры, дефектах ее иннервации, травмах челюстных костей. Воспалительные процессы в полости рта также затрудняют акт жевания, делают его болезненным.

Уменьшение слюноотделения (гипосаливация) — один из часто встречающихся видов расстройств пищеварения в полости рта. Недостаток слюны вызывает сухость во рту, что затрудняет жевание и глотание пищи. При недостатке слюны в полости рта легко образуются микротравмы, слущивается эпителий слизистой оболочки и языка. Это способствует созданию питательной среды для микрофлоры. Снижение бактерицидной способности слюны при гипосаливации (недостаток лизоцима) приводит к активации патогенной микрофлоры и возникновению воспалительных процессов в тканях.

Гипосаливация нередко развивается вторично при обезвоживании организма. Она может быть следствием разрушения ткани слюнных желез при протекании в них патологических процессов (паротиты, опухоли). Механическое препятствие току слюны возникает при образовании камней в слюнных протоках. Центральное торможение секреции слюнных желез происходит при сильных эмоциях (страх, волнение), болевых раздражениях. Тормозящее влияние на секреторный нервный аппарат слюнных желез оказывают некоторые лекарственные препараты (холинолитики, психотропные средства, Na+-уретики и др.), ряд токсических веществ, в том числе таких, которые связаны с профессиональной деятельностью.

Увеличение слюноотделения (гиперсаливация) возникает при непосредственной или рефлекторной стимуляции центра слюноотделения в продолговатом мозгу или секреторных нервов слюнных желез. Такая стимуляция возможна при поражениях центральной нервной системы (ЦНС), воспалительных процессах в полости рта и желудка, заболеваниях пищевода, тошноте и рвоте, глистных инвазиях, токсикозах беременности, при действии некоторых вегетативных ядов.

При гиперсаливации за сутки может выделяться до 5-14 л слюны. Если слюна полностью не заглатывается, она вызывает мацерацию и воспалительные изменения кожи в окружности губ. Возможно также попадание слюны в дыхательные пути и инфицирование их микроорганизмами, содержащимися в полости рта. Длительная потеря слюны приводит к нарушению функций желудка и кишечника, обмена веществ и к истощению организма.

Патофизиология акта глотания может быть связана как с расстройством произвольной фазы глотания, так и с нарушением рефлекторной фазы. Первая из названных составляющих глотания нередко возникает при парезах языка, некоторых нервно-психических расстройствах (катотония, истерический невроз и др.). Нарушения рефлекторной фазы могут быть обусловлены поражением рецепторов слизистой оболочки полости рта и глотки, центра глотания в продолговатом мозгу, патологией двигательных нервов рефлекторной дуги акта глотания, спазмом глотательной мускулатуры. Затруднения акта глотания могут быть вызваны наличием механических препятствий опухолей, рубцов. Глотание нарушается также при поражениях ЦНC, где локализованы нейроны центра глотания, который находится на дне IV желудочка продолговатого мозга. Такая патология может наблюдаться при таких заболеваниях, как цереброваскулярные расстройства, бульбарный полиомиелит, дифтерия, ботулизм, бешенство и т. д. Нарушается глотание и при избыточном заглатывании воздуха (аэрофагия), что приводит к повышению давления в желудке. В результате появляются отрыжка, чувство дискомфорта. В ряде случаев аэрофагия имеет место при поспешной еде, а также при некоторых заболеваниях ЖКТ. Опасность расстройства глотания состоит в том, что слюна и частицы пищи могут попасть в дыхательные пути и вызвать аспирационную пневмонию или даже гангрену легких. Стойкое нарушение глотания затрудняет прием пищи, ведет к голоданию и истощению организма.

При нарушении двигательной функции пищевода продвижение по нему пищевого комка затрудняется. Чаще всего причиной этого является сужение пищевода. Оно может развиться в результате рубцевания химических или термических ожогов пищевода, при его опухолях, сдавлении извне (аневризма аорты, абсцессы средостения, лимфатические узлы и др.). Сужение пищевода ведет к нарушению проглатывания пищи и к истощению организма.

Пищеварение в желудке является продолжением начатого в ротовой полости процесса. К пищеварительным функциям желудка относятся: депонирование пищи, секреция желудочного сока, обеспечивающего ее химическую обработку, двигательная активность, благодаря которой происходит перемешивание пищи с желудочным соком, порционная эвакуация содержимого в кишечник, защитная функция (бактерицидная и бактериостатическая), слизеобразование, продукция простаглагндинов и некоторых гастроинтестинальных гормонов слизистой оболочки и частично — всасывательная функция.

Секреция

Секреторная деятельность желудка реализуется железами, расположенными в его слизистой оболочке. Они продуцируют желудочный сок и слизь, во многом определяющую защиту слизистой оболочки желудка от агрессивного воздействия желудочного сока. Желудочный сок представляет собой смесь секретов различных клеточных элементов. В сутки у человека выделяется 1,5-2,5 л желудочного сока, который содержит 99,0-99,5% воды и 0,5-1,0% плотного остатка, состоящего из органических и неорганических веществ. Ведущую роль в протекающих в желудке процессах пищеварения играет соляная кислота, составляющая до 0,5% объема желудочного сока и определяющая его кислую реакцию (pH 0,8-1,8). Соляная кислота секретируется обкладочными (париетальными) клеткам и фундальных желез желудка. Она вызывает денатурацию и набухание белков, способствуя их последующему расщеплению пепсинами, активирует пепсиногены, создает кислую среду, необходимую для расщепления пищевых белков пепсинами, участвует в антибактериальном действии желудочного сока и регуляции деятельности пищеварительного тракта. Соляная кислота влияет на эвакуацию содержимого желудка в двенадцатиперстную кишку, участвует в регуляции секреции желудочных и поджелудочной желез, активизируя синтез и секрецию гастрина и секретина, стимулирует синтез фермента энтерокиназы эпителиальными клетками двенадцатиперстной кишки, а также моторную активность желудка.

В желудке выделяются ферменты, основными из которых являются пепсины, синтезируемые в виде неактивных предшественников (проферментов) пепсиногенов. Различают две группы пепсиногенов. Пять пепсиногенов первой группы, обозначаемые как пепсиноген I, синтезируются главными клетками фундального отдела желудка, а другие — группы пепсиноген II — главными клетками слизистой оболочки всего желудка и проксимальной части двенадцатиперстной кишки. При активации пепсиногенов в кислой среде путем отщепления от них полипептида, являющегося ингибитором пепсина, образуется несколько пепсинов. По мере выделения желудочного сока активация пепсиногена происходит аутокаталитически под влиянием ранее образовавшегося пепсина. Собственно пепсинами (пепсин А) принято называть ферменты, гидролизующие белки при pH 1,5-2,0 с максимальной скоростью. Другая их фракция (гастриксин, пепсин С, желудочный катепсин) гидролизует белки при оптимальном значении pH 3,2-3,5 и называется гастриксином. Соотношение между пепсином А и гастриксином в желудочном соке человека варьирует от 1:1 до 1:5. Эти ферменты различаются по действию на разные виды белков. Пепсин В и парапепсин расщепляют белки соединительной ткани, а желатиназа еще и разжижает желатину. Эти ферменты активны при pH ниже 5,6. Пепсин D, ренин и химозин гидролизуют казеин молока в присутствии ионов кальция до нараказеина и сывороточного белка. Активность пепсинов и гастриксина в различных отделах желудка неодинакова. Так, гастриксин определяется во всех отделах желудка, а пепсины — только в антральном отделе.

Кроме протеолитических ферментов в желудочном соке содержится липаза, расщепляющая, в частности, жиры молока на глицерин и жирные кислоты при pH 5,9-7,9. В соке присутствуют также лизоцим (мурамидаза), который обладает антибактериальным действием, и уреаза, расщепляющая мочевину при pH 8,0.

Возможность действия пепсинов в широком диапазоне pH имеет большое значение для желудочного протеолиза, происходящего при разных значениях pH в зависимости от объема и кислотности желудочного сока, буферных свойств и количества принятой пищи. Именно эта физиологическая особенность желудочного пищеварения свидетельствует о несостоятельности ряда модных диет (раздельное питание, сыроедение и др.), постулирующих неспособность желудочного сока осуществлять полноценный гидролиз разнообразных пищевых веществ в разных диапазонах pH. Протеазы желудочного сока последовательно расщепляют белки до крупных полипептидов (аминокислот при этом освобождается мало). Образовавшиеся при этом «осколки» белковой молекулы расщепляются затем протеазами сока поджелудочной железы в тонкой кишке.

В желудочном соке имеются многие неорганические вещества: вода (995 г/л), хлориды (5-6 г/л), сульфаты (10 мг/л), фосфаты (10-60 мг/л), бикарбонаты натрия (0-1,2 г/л), калия, кальция и магния, аммиак (20-80 мг/л), участвующие в поддержании постоянного водно-солевого состава внутренней среды организма и кислотно-щелочного равновесия крови. Осмотическое давление желудочного сока выше, чем плазмы крови.

Органические компоненты представлены азотсодержащими веществами (200-500 мг/л): мочевиной, угольной, мочевой и молочной кислотами, аминокислотами, полипептидами. Эти вещества являются продуктами секреторной деятельности желудочных желез и обмена веществ в слизистой оболочке желудка, а также поступают через нее из крови. Высокое содержание в желудочном соке белков (3 г/л), мукопротеидов (слизи) (до 0,8 г/л), мукопротеаз (до 7 г/л) способствует повышению резервной щелочности содержимого желудка, улучшению цитопротективной способности его слизистой оболочки.

Слизь, содержащая муцин, защищает стенку желудка от механических, термических и химических раздражений. Она является продуктом секреции эпителиальных и слизеобразующих клеток, выстилающих слизистую оболочку желудка, но наиболее активны в этом плане добавочные клетки (мукоциты). Функционально слизь представляет собой тонкий слой геля (1,0-1,5 мм), фиксированного на поверхности эпителия. Гель слизи на 95% состоит из воды; 3-10% от ее плотной массы составляют гликопротеины, остальное представлено другими компонентами, включая спущенные эпителиальные клетки, бактерии, секреторные антитела (иммуноглобулины А), а также бикарбонаты. Последние вместе со слизью предохраняют слизистую оболочку от аутолиза, который может происходить под воздействием соляной кислоты и пепсинов. В состав слизи, кроме воды и электролитов, олиго- и полисахаридов, входят гликопротсин — внутренний фактор Касла, необходимый для кроветворения и всасывания в кишечнике витамина В₁₂, а также белки, другие макромолекулы плазмы и клеточные элементы крови, сиаломуцины. Отсутствие фактора Касла приводит к В₁₂-дефицитной анемии.

Слизь обеспечивает защиту ЖКТ от инфекции, образуя физиологический барьер и агглютинации микроорганизмов. Так, сиаломуцины слизи могут нейтрализовать вирусы и препятствовать вирусной гемагглютинации. При воспалительных процессах в слизистой оболочке желудка слизеобразующие клетки дополнительно активируются продуктами метаболизма воспалительных клеток и образующимися комплексами «антиген — антитело».

Одной из важных функций желудка является синтез эндокринными клетками его слизистой оболочки ряда гормонов, участвующих в регуляции деятельности ЖКТ. В клетках слизистой оболочки желудка синтезируются простагландины. Многообразный спектр эффектов простагландинов (особенно Е2 и Е1) включает в себя торможение секреции соляной кислоты, стимуляцию слизеобразования и продукции щелочного компонента желудочной секреции, увеличение кровотока в слизистой оболочке желудка. Простагландины Е2 и Е1 относятся к наиболее значимым регуляторам защитной способности (резистентности) слизистой оболочки желудка. При прогрессирующей атрофии и воспалительных процессах содержание простагландинов существенно снижается, резистентность падает.

В регуляции секреторной деятельности желудка участвует совокупность нервных и гуморальных механизмов. Процесс сокоотделения условно разделяется на три фазы: слюнорефлекторную (цефалическую), желудочную и кишечную. Первая фаза состоит в раздражении соответствующих рецепторов, которое возникает от вида и запаха пищи, а затем — в раздражении ротовой полости, глотки и пищевода, что сопровождается выделением желудочного сока в результате сложных процессов в ЦНС. В регуляции второй (желудочной) фазы секреции желудочного сока, вызываемой раздражением рецепторов слизистой оболочки желудка поступившей пищей, принимают участие блуждающие нервы, местные интрамуральные рефлексы, а также гастроинтестинальные гормоны (гастрин, гистамин, бомбезин и др.). Третья фаза (кишечная) возникает при переходе пищи из желудка в кишечник. Во время этой фазы количество выделяемого желудочного сока не превышает 10% от его общего объема. Смешанная пища находится в желудке человека от 3 до 10 часов, а жидкость начинает проникать в двенадцатиперстную кишку сразу же после ее поступления в желудок.

Моторика

Моторно-эвакуаторная функция желудка - важный для пищеварения процесс, в регуляции которого участвуют симпатический и парасимпатический отделы нервной системы, а также гастроинтестинальные гормоны. В ответ на эфферентные влияния, несущие информацию о предстоящем поступлении пищи в желудок, повышается его тонус и возникают мышечные сокращения в области дна желудка и в его кардиальном отделе. Моторно-эвакуаторная функция желудка обеспечивает депонирование в желудке принятой пищи, перемешивание ее с желудочным соком в зоне, примыкающей к слизистой оболочке желудка, продвижение желудочного содержимого к выходу в кишечник и его эвакуацию в двенадцатиперстную кишку. Депонирующая, или резервуарная, функция желудка совмещена с собственно пищеварительной и осуществляется в основном в области тела и дна желудка, а в эвакуаторной функции особенно велика роль его привратниковой части.

Сокращения желудка образуют в средней части перистальтические волны, которые выжимают содержимое в антральный отдел желудка. Перистальтическая волна распространяется от кардиального к пилорическому отделу со скоростью 1 см/с и охватывает 1-2 см желудочной стенки. В пилорическом отделе длительность волны составляет 4-6 в 1 минуту, скорость — 3-4 см/с.

Эвакуацию содержимого в кишечник обеспечивают так называемые пропульсивные сокращения. Пропульсивные волны возникают с частотой 6-7 в 1 минуту, причем могут сочетаться (или не сочетаться) с перистальтическими волнами. Регуляция моторной активности желудка реализуется центральными нервными и локальными гуморальными механизмами.

Патофизиология

Нарушения пищеварения в желудке связаны с расстройством депонирующей, секреторной, моторно-эвакуаторной, всасывательной и выделительной функций. С одной стороны, нарушения регуляции эвакуаторных механизмов (сфинктерного аппарата) желудка влекут за собой возникновение патологических процессов, обусловленных изменением времени пребывания пищевого комка в полости желудка и соответствующим изменением гуморальной регуляции секреции соляной кислоты и пепсиногена. С другой стороны, расстройство секреторной активности слизистой оболочки желудка стимулирует возникновение двигательных нарушений (в первую очередь звакуаторных), способных в значительной мере определять клинические проявления патологии.

Депонирующая функция желудка нарушается при самых разных патологических воздействиях как экзогенного, так и эндогенного характера. Рефлекторное ослабление мышечного тонуса и перистальтики желудка с нарушением его депонирующей функции происходит при тяжелом интоксикационном синдроме (инфекционные, воспалительно-деструктивные заболевания, сепсис и др.), после травм или операций на органах брюшной полости, при возникновении паралича гладкой мускулатуры желудка (расширению желудка способствует возникший тяжелый болевой синдром), при инфаркте миокарда, приступе шейно-грудного радикулита, почечной или печеночной колики, расслаивающейся аневризме аорты и при других тяжелых состояниях. Депонирующая функция желудка нарушается при выраженной атрофии его стенки, а также после наложения соустья между желудком и тонкой кишкой (гастроэнтеростомоз). В последнем случае мускулатура желудка около анастомоза сокращается — и образует мышечный валик, который препятствует прохождению пищи по новому пути.

Расширение желудка как причина нарушения его депонирующей функции может возникать у больных с рубцовым стенозом привратника, при раке выходного отдела желудка, при переедании. При расстройствах депонирующей функции желудка наблюдаются его расширение, задержка в нем пищи, жидкости и газов. Стенка желудка атрофируется и нередко истончается, ослабляется его перистальтика, уменьшается секреция желудочного сока. Как следствие, пищевые массы в желудке подвергаются брожению и гниению, что ведет к отрыжке и рвоте. Продукты бродильных и гнилостных процессов усиленно всасываются слизистой оболочкой желудка и поступают в кровь — развивается интоксикационный синдром.

Нарушения депонирующей функции желудка могут происходить у людей, которые много едят перед сном. Систематическое переедание вечером, особенно у больных хроническим гастритом, вызывает в условиях ночной желудочной гипосекреции длительную задержку пищи в желудке и развитие бродильной диспепсии с утяжелением симптоматики основного заболевания, прогрессированием воспалительных и атрофических процессов в гастродуоденальной слизистой оболочке.

Нарушения секреторной функции желудка, связанные с избыточной или недостаточной продукцией соляной кислоты и ферментов, неблагоприятно влияют на пищеварение в желудке, способствуют развитию ряда заболеваний.

При гиперсекреции и повышении кислотности желудочного содержимого (гиперхлоргидрии) происходит задержка пищевых масс в желудке, так как его чрезмерно кислое содержимое, попадая в двенадцатиперстную кишку, рефлекторно вызывает спазм привратника. Это особенно ярко проявляется у больных, пищевой рацион которых состоит преимущественно из углеводной или жирной пищи при дефиците белковых компонентов. При таком питании в желудке возникают процессы брожения, появляются отрыжка и изжога, иногда и рвота. В условиях длительного контакта пищевых субстратов с ферментами желудочного сока на фоне гиперсекреции происходит повышенный гидролиз ряда пищевых субстратов в полости желудка. Ферментативная деполимеризация пищи может оказаться столь сильной, что в результате желудочного этана пищеварения образуются олиго-, ди- и даже мономеры. Стимуляция всасывательной активности слизистой оболочки желудка, обусловленная нарушением его депонирующей функции, возникшей диспепсией, снижением продукции простагландинов, слизи, бикарбонатов и другими механизмами, может приводить к усиленному всасыванию из желудка деполимеризованных олигомеров. Последние не могут быть утилизированы на периферии (в тканях), являются токсичными для организма метаболитами и различными путями выводятся во внешнюю среду. Таким образом, даже при полноценном питании у больных с гиперсекреторной активностью желудка могут наблюдаться метаболический голод, снижение объема пищевых субстратов, поступающих в кишечник, формирование условий для запоров алиментарного генеза. Отмеченные патофизиологические процессы отягощаются у больных, в пищевом рационе которых недостаточно пищевой клетчатки.

Гипосекреция желудочного сока при недостаточном содержании соляной кислоты (гипохлоргидрия) также ведет к нарушениям в пищеварении. При дефиците соляной кислоты в содержимом желудка не происходит должной активации пепсиногена и перехода его в пепсин, обеспечивающий желудочный этап пищеварения. Эти явления максимально выражены у больных с тяжелой атрофией слизистой оболочки желудка, приводящей к прекращению секреции соляной кислоты (ахилия). Так как пепсин в отсутствии соляной кислоты неактивен, пищевые массы почти не подвергаются перевариванию в желудке. Поэтому их эвакуация из желудка ускорена — нейтрализация слабокислой пищевой кашицы ощелачивающими системами двенадцатиперстной кишки происходит очень быстро.

Моторно-эвакуаторная функция желудка связана также с другими проявлениями работы этого органа. В результате усиления или ослабления одного из звеньев вегетативной регуляции гастроинтестинальной системы наряду с секреторными расстройствами происходит усиление или ослабление перистальтики желудка (гипертонус или атония), десинхронизируется работа сфинктерного аппарата желудка, гладкомышечного каркаса. Эти процессы могут быть следствием угнетения или стимуляции синтеза ряда гастроинтестинальных гормонов (гастрин, мотилин, соматостатин и др.) и простагландинов — гуморальных регуляторов функциональной деятельности желудка. Нарушения двигательной функции желудка нередко проявляются в изжоге, отрыжке, тошноте, рвоте, икоте. Длительный гипертонус желудка способен вызвать болевой синдром.

У здорового человека всасывательная способность желудка невелика, но при различных заболеваниях гастродуоденальной системы эта функция может значительно усиливаться. Нарушения депонирующей функции желудка, расстройства его моторно-эвакуаторной деятельности, способствующие возникновению желудочной диспепсии (бродильной или гнилостной), создают условия для всасывания в слизистой оболочке желудка продуктов незавершенного гидролиза пищевых веществ, что ведет к интоксикации организма. Всасывательная функция желудка может усиливаться при воспалительных процессах (острый и хронический гастрит, язвенная болезнь, опухоли). При атом слизистая оболочка желудка становится проницаемой для продуктов воспалительного метаболизма, токсинов, различных пищевых полимеров.

Экскреторная функция желудка относится к компенсаторно-приспособительным, санирующим механизмам, активация которых происходит при многих заболеваниях, сопровождающихся интоксикацией организма. Токсические продукты выделяются во внешнюю среду через слизистую оболочку желудка (как и через другие покровные ткани) при уремии, печеночной недостаточности, острых воспалительно-деструктивных заболеваниях, опухолях, сепсисе и многих других болезнях. Однако подавляющее большинство токсических веществ, выделенных слизистой оболочкой в полость желудка, способно в свою очередь оказывать вторичное повреждающее действие на желудок, вызывая развитие воспалительных и деструктивных процессов в его стенке (гастрит, зрозии, язвы).

Различают три отдела тонкой кишки: двенадцатиперстная, тощая и подвздошная. Двенадцатиперстная кишка не только участвует в секреции кишечного сока с высоким содержанием ионов гидрокарбоната, но и является важной зоной регуляции пищеварения. Именно в двенадцатиперстной кишке задается определенный ритм моторики дистально расположенным отделам пищеварительного тракта с участием нервных и гуморальных механизмов.

Двенадцатиперстная кишка является частью единого сократительного (моторного) комплекса, в целом состоящего из антрального отдела желудка, пилорического канала, двенадцатиперстной кишки и сфинктера Одди. Она принимает кислое содержимое желудка, выделяет свои секреты, сдвигает pН химуса в щелочную сторону. Содержимое желудка действует на эндокринные клетки и нервные окончания слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки, что определяет координирующую роль антрального отдела желудка и двенадцатиперстной кишки, а также взаимосвязь желудка, поджелудочной железы, печени, тонкой кишки.

Вне пищеварения (натощак) содержимое двенадцатиперстной кишки имеет слабощелочную реакцию (pH 7,2-8,0). При переходе в нее из желудка порций кислого содержимого реакция дуоденального содержимого резко сдвигается в кислую сторону, но затем быстро происходит ее изменение, так как соляная кислота желудочного сока нейтрализуется здесь желчью, соком поджелудочной железы, а также секретом дуоденальных (бруннеровых) желез и кишечных крипт (либеркюновы железы). При этом прекращается действие желудочного пепсина. Чем выше кислотность дуоденального содержимого, тем больше выделяется сока поджелудочной железы и желчи и тем больше замедляется эвакуация содержимого желудка в двенадцатиперстную кишку.

Пищеварение в тонкой кишке — наиболее важный этап пищеварительного процесса в целом. Оно обеспечивает основной объем работы по гидролитическому расщеплению исходно полимерных пищевых субстратов до стадии мономеров, которые всасываются в кишечнике и поступают в кровь и лимфу. Пищеварение в тонкой кишке происходит сначала в ее полости (полостное пищеварение) под действием содержащихся в ней гидролитических ферментов преимущественно панкреатического происхождения, а затем на внешней поверхности кишечного эпителия (мембранное пищеварение). В мембранном пищеварении участвуют как панкреатические ферменты, адсорбированные в гликокаликсе и на апикальной мембране энтероцитов, так и собственно кишечные ферменты (мембранные, или трансмембранные), синтезированные внутри кишечных клеток и встроенные в мембрану микроворсинок (см. табл. 2.1).

Полостное и мембранное пищеварение взаимно дополняют друг друга, являясь звеньями единою процесса. Большинство надмолекулярных комплексов и крупных молекул (белки и продукты их неполного гидролиза, углеводы, жиры) расщепляются в полости тонкой кишки в нейтральной и слабощелочной средах главным образом под действием ферментов, секретируемых клетками поджелудочной железы. Часть этих ферментов может адсорбироваться на поверхности структур слизи или слизистых наложений.

Белковые компоненты пищи в полости кишки подвергаются действию протеаз (трипсин, химотрипсин, эластаза), разрывающих внутренние связи в белковых молекулах и высокомолекулярных полипептидах. Образовавшиеся при этом пептиды подвергаются заключительному гидролизу карбоксинептидазами А и В, которые расщепляют С-концевые связи молекул белков и пептидов с образованием аминокислот.

Углеводы (полисахариды, крахмал, гликоген) гидролизуются в полости кишки α-амилазой панкреатического сока до декстринов, три- и дисахаридов без значительною накопления глюкозы. Жиры подвергаются гидролизу в полости тонкой кишки панкреатической липазой, которая поэтапно отщепляет жирные кислоты, что приводит к образованию ди- и моноглицеридов, свободных жирных кислот и глицерина. В гидролизе жиров существенную роль играет желчь.

Образующиеся продукты частичного гидролиза поступают из полости тонкой кишки в зону щеточной каймы (если размеры их молекул не слишком велики) благодаря кишечной моторике, а также частично переносятся в потоке всасывающейся воды.

Именно на поверхности структур щеточной каймы и происходит мембранное пищеварение. При этом промежуточные этапы гидролиза биополимеров реализуются панкреатическими ферментами, адсорбированными структурами апикальной поверхности энтероцитов (гликокаликса), а заключительные — собственно кишечными мембранными ферментами (мальтазой, сахаразой, γ-амилазой, изомальтазой, трегалазой, аминопептидазой, три- и дипептидазами, щелочной фосфатазой, моноглицеридлипазой и др.), встроенными в апикальную мембрану энтероцитов. Некоторые ферменты (γ-амилаза и аминонептидаза) гидролизуют и высокополимеризованпые продукты.

Пептиды, поступающие в область щеточной каймы кишечных клеток, расщепляются до олигопептидов, дипептидов и аминокислот, способных к всасыванию. Пептиды, состоящие более чем из трех аминокислотных остатков, гидролизуются преимущественно ферментами щеточной каймы, а три- и дипептиды как ферментами щеточной каймы, так и ферментами цитоплазмы (внутриклеточно). Глицилглицин и некоторые дипептиды, содержащие остатки пролина и оксипролина и нс имеющие существенного нутритивного значения, всасываются частично или полностью и нерасщепленном виде. Дисахариды, поступающие с пищей (например, сахароза — пищевой сахар), а также образующиеся при расщеплении крахмала и гликогена (мальтоза), гидролизуются собственно кишечными гликозидазами до моносахаридов, которые проникают через кишечный барьер во внутреннюю среду организма. Триглицериды расщепляются не только под действием панкреатической липазы, но и под влиянием кишечной моноглицеридлипазы.

Секреция

В слизистой оболочке тонкой кишки имеются железистые клетки, которые продуцируют пищеварительные секреты, выделяющиеся в полость кишки. Это бруннеровы железы двенадцатиперстной кишки, либеркюновы крипты тощей кишки, бокаловидные клетки. Эндокринными клетками вырабатываются гормоны, которые поступают в межклеточное пространство, откуда транспортируются в лимфу и кровь. Здесь же локализованы клетки Панета, выделяющие белковый секрет клетки с ацидофильными гранулами в цитоплазме. Объем кишечного сока (в норме — до 2,5 л) может возрастать при локальном действии некоторых пищевых или токсических субстанций на слизистую оболочку кишечника. Прогрессирующая дистрофия и атрофия слизистой оболочки тонкой кишки сопровождаются уменьшением секреции кишечного сока.

Клетки желез образуют и накапливают секрет, а на определенной стадии своей деятельности отторгаются в просвет кишки, где, распадаясь, отдают этот секрет в окружающую жидкость. Сок можно разделить на жидкую и плотную части, соотношение между которыми меняется в зависимости от силы и характера раздражения кишечных клеток. В жидкой части сока содержится около 20 г/л сухого вещества, состоящего частично из содержимого десквамированных клеток, поступающих из крови органических (слизь, белки, мочевина и др.) и неорганических веществ (таких как бикарбонаты, хлориды, фосфаты) примерно 10 г/л. Плотная часть кишечного сока имеет вид слизистых комков и состоит из неразрушенных десквамированных эпителиальных клеток, их фрагментов и слизи (то есть секрета бокаловидных клеток). Ее ферментативная активность больше, чем жидкой части сока, но это не имеет большого физиологическою значения, поскольку заключительные стадии гидролитического расщепления пищевых субстратов происходят в результате мембранного пищеварения на внешней поверхности слизистой оболочки тонкой кишки.

У здоровых людей периодическая секреция характеризуется относительной стабильностью, способствующей поддержанию постоянства состава энтеральной среды, какой является в первую очередь химус.

По некоторым расчетам, в кишку взрослого человека с пищеварительными соками поступает до 140 г белка в сутки, еще 25 г белковых субстратов образуется в результате десквамации кишечного эпителия. Нетрудно представить степень белковых потерь, которые могут происходить у больных при длительной и тяжелой диарее, при любых формах нарушения пищеварения, связанных с энтеральной недостаточностью — усилением тонкокишечной секреции и нарушением обратного всасывания (реабсорбции).

Слизь, синтезируемая бокаловидными клетками тонкой кишки, — важный компонент ее секреторной деятельности. Количество бокаловидных клеток в составе ворсинок больше, чем в криптах (приблизительно до 70%), и увеличивается и дистальных отделах тонкой кишки. По-видимому, это отражает важность непищеварительных функций слизи. Слизистый секрет богат кислыми и нейтральными мукополисахаридами, но беден белками. Это обеспечивает цитопротективную состоятельность слизистого геля, механическую, химическую защиту слизистой оболочки, предотвращение проникновения крупномолекулярных соединений и антигенных агрессоров в глубинные структуры ткани.

Всасывание

Под всасыванием понимается совокупность процессов, в результате которых компоненты пищи, содержащиеся в пищеварительных полостях, переносятся через клеточные слои и межклеточные пути во внутренние циркуляторные среды организма — кровь и лимфу. Пищевые компоненты всасываются в основном в тонкой кишке, хотя некоторые из них могут всасываться также в толстой кишке, желудке и даже ротовой полости.

Пищевые вещества, поступающие из тонкой кишки, с током крови и лимфы разносятся но всему организму и далее участвуют в интермедиарном обмене. Из них приблизительно 2,5 л поступает с пищей и питьем, остальное — жидкость секретов пищеварительного аппарата. В сутки в ЖКТ всасывается до 8-9 л жидкости.

Существует два типа транспорта веществ через кишечный барьер во внутреннюю среду организма — трансмембранный(трансцсллюлярный, через клетку) и парацеллюлярный (шунтирующий, идущий через межклеточные пространства).

В нормальных условиях основным является трансмембранный транспорт. Условно выделяют два вида трансмембранного переноса веществ через биологические мембраны — макромолекулярный и микромолекулярный.

Под макромолекулярным транспортом понимается перенос через клеточные слои крупных молекул и молекулярных агрегатов. Он имеет прерывистый характер и реализуется преимущественно посредством путем пино- и фагоцитоза, объединяемых названием «эндоцитоз». За счет этого механизма в организм могут поступать белки, в том числе антитела, аллергены и некоторые другие соединения, значимые для организма.

Основной вид трансмембранного транспорта — микромолекулярный. Он обеспечивает перенос продуктов гидролиза пищевых веществ (преимущественно мономеров), различных ионов, лекарственных препаратов и других низкомолекулярных соединений из полости кишки во внутреннюю среду организма. Транспорт углеводов (компонентов пищи) через мембрану кишечных клеток происходит в виде моносахаридов (глюкозы, галактозы, фруктозы и т. д.), белков — преимущественно в виде аминокислот, жиров — в виде глицерина и жирных кислот.

При всасывании вещество сначала проникает через апикальную мембрану энтероцитов в цитоплазму, затем через базолатеральную мембрану — в лимфатические и кровеносные сосуды кишечных ворсинок, далее — в общую систему циркуляции. При этом перенос веществ через цитоплазму от апикальной мембраны к базолатералыюй происходит по градиенту концентрации.

В микромолекулярном транспорте принято выделять пассивный и активный транспорт. Пассивный транспорт веществ идет путем их диффузии через мембрану по концентрационному градиенту, а также при действии осмотического или гидростатического давления. Пассивный перенос может усиливаться при наличии потока всасывающейся воды и ослабляться в случае ее секреции. Частным случаем пассивного транспорта является облегченная диффузия, которая реализуется с участием специфических транспортных белков (мембранных транспортеров), имеющих определенное сродство с данным субстратом. Облегченная диффузия обеспечивает проникновение субстрата через клеточную мембрану за счет концентрационного градиента без затраты энергии. Примером облегченной диффузии может служить перенос глюкозы из энтероцита через его базолатеральную мембрану с участием транспортера GLUT2.

В случае активного транспорта перенос вещества через апикальную мембрану энтероцита осуществляется с участием специфических транспортных белков (мембранных транспортеров), действующих противоположно электрохимическому градиенту, с затратой энергии. В этом состоит принципиальное отличие механизма активного транспорта веществ от механизма облегченной диффузии. Примером активного транспорта является перенос через апикальную мембрану энтероцита глюкозы, галактозы, многих аминокислот.

Всасывание воды. В тонкий кишечник за сутки в среднем поступает около 9 л жидкости эндогенного происхождения (главным образом с секретами желез). Более 80% этой жидкости всасывается обратно в тонком кишечнике (около 60% — в двенадцатиперстной кишке, 20% — в подвздошной кишке). Остальная жидкость всасывается в толстом кишечнике, и только 1% (100 мл) выделяется из кишечника с каловыми массами. Движение воды через слизистую сопряжено с переносом растворенных в ней веществ. Когда осмолярность химуса в двенадцатиперстной кишке отличается от осмолярности крови, данный параметр выравнивается в течение нескольких минут. При гиперосмолярности химуса вода поступает в просвет кишечника, а при его гипоосмолярности быстро всасывается. В процессе дальнейшего прохождения по кишечнику химус остается изотоничным плазме.

Всасывание ионов натрия в кишечнике происходит чрезвычайно эффективно: из 200-300 ммоль ионов натрия, ежедневно поступающих в кишечник с пищей, и 200 ммоль, секретируемых в кишечнике, с калом выводятся только 3-7 ммоль. Основная же часть ионов натрия всасывается в тонком кишечнике. Всасывание происходит как за счет активного электрогенного транспорта, сопряженного с переносом незаряженных соединений (котранспорт, например, глюкозы, аминокислот), так и за счет пассивных механизмов электронейтрального транспорта NaCl и конвекции (на потоке растворителя).

При электрогенном транспорте ионы Na+ переносятся через базолатеральную область мембраны в межклеточное пространство с помощью натриевого насоса, получающего энергию за счет гидролиза АТФ под действием Na+/K+-AТФазы. Это главный механизм всасывания ионов Na+ в кишечнике. Перенос Na+ в данном случае происходит в противодействие электрохимическому градиенту.

В верхнем отделе тонкого кишечника часть поглощенных ионов Na+ может выходить обратно в просвет кишечника; если концентрация Na+ в просвете кишечника составляет менее 133 мМ, всасывания фактически не происходит. В слизистой оболочке подвздошной кишки всасывание ионов Na+ продолжается даже в том случае, если его концентрация в просвете кишечника составляет 75 мМ.

Всасывание других электролитов. Ионы К⁺, в отличие от ионов Na⁺, всасываются преимущественно за счет пассивного транспорта по градиенту концентрации, поскольку концентрация ионов К⁺ в клетке равна 14 мМ, а в плазме — 4 мМ.

Ионы С1^- всасываются частично вместе с ионами Na⁺; этому процессу способствует трансэпителиальный электрический градиент, поскольку но отношению к просвету кишечника серозная поверхность заряжена положительно.

Ежедневно с молоком и молочными продуктами человек потребляет около 1 г кальция. В кислой среде желудка соли кальция диссоциируют и растворяются; около 40% ионов Са²⁺ всасывается в тонком кишечнике, главным образом в верхнем его отделе. При низких концентрациях Са²⁺ всасывание происходит путем активного транспорта, а при высоких концентрациях включается и механизм пассивного транспорта. Вход ионов Са²⁺ в клетку и выход из нее — активные процессы; в переносе участвует специфический Са²⁺-связывающий белок в щеточной каемке, транспорт осуществляется через базолатеральную область мембраны энтероцита при участии насоса, активируемого Са²⁺-ЛТФазой.

Баланс железа в организме целиком зависит от его всасывания в кишечнике. Из 10-20 мг железа, ежедневно поступающих с пищей, всасывается только 10%. При дефиците железа его всасывание увеличивается в 2 раза и более. В составе гемоглобина железо поглощается легче, чем в составе растительных остатков, поскольку в последнем случае оно нередко присутствует в виде нерастворимых соединений. Всасывание железа происходит в основном в верхнем отделе тонкого кишечника, при этом оно поглощается как в двухвалентной, так и (несколько медленнее) в трехвалентной форме. Поглощение и высвобождение энтероцитами железа, как и Са²⁺, — это процессы активного транспорта. Выход Са²⁺ из энтероцитов происходит более медленно, именно данный процесс является лимитирующей стадией процесса поглощения железа. В сыворотке крови железо связано с транспортным белком трансферрином и в таком виде доставляется к месту его действия.

Продукты расщепления углеводов всасываются в тонкой кишке в виде моносахаридов глюкозы, фруктозы, галактозы. Через апикальную мембрану энтероцита глюкоза и галактоза переносятся путем активного транспорта, сопряженного с переносом ионов Na⁺ c участием транспортера SGLT1, а выход этих моносахаридов из клеток через базолатеральную мембрану происходит по механизму облегченной диффузии с участием транспортера GLUT2. В последних исследованиях показано, что в физиологических условиях при высокой концентрации глюкозы на поверхности слизистой оболочки транспортер GLUT2 может включаться также в апикальную мембрану и наряду с транспортером SGLT1 участвовать в переносе глюкозы через эту мембрану. Всасывание фруктозы через апикальную мембрану энтероцитов происходит путем облегченной диффузии с участием транспортеров GLUT5 и GLUT2.

Продукты полостного и мембранного гидролиза белков проникают через апикальную мембрану кишечных клеток преимущественно в виде аминокислот, а также дипептидов и частично — трипептидов. Ди- и трипептиды всасываются путем пассивного переноса или активного транспорта с участием переносчиков. Поглощение аминокислот происходит с участием по меньшей мере шести Na⁺-зависимых транспортных систем для различных аминокислот и трех — независимых от натрия. Пептидный (или аминокислотный) транспортер, как и транспортер глюкозы, представляет собой олигомерный гликозилированный белок с экстрацеллюлярной петлей. Как и в случае с моносахаридами, энергия для транспорта аминокислот обеспечивается натриевым котртранспортером.

Что касается так называемого пептидного транспорта, то в ранние сроки постнатального развития в тонкой кишке может происходить всасывание интактных белков путем пиноцитоза. В настоящее время принято, что в принципе всасывание интактных белков — процесс физиологический, необходимый для отбора антигенов субэпителиальными структурами. Однако по сравнению с общим количеством белковых компонентов пищи, всасываемых в тонкой кишке в виде аминокислот и ди- или трипептидов, всасывание интактных белков практически не имеет нутритивного значения.

Липиды всасываются весьма эффективно: 95% триглицеридов поглощается уже из просвета двенадцатиперстной кишки и верхнего отдела тощей кишки. У человека при обычной диете в сутки выделяется с калом до 5-7 г жира. Продукты гидролиза липидов плохо растворимы в воде и могут находиться в кишечнике в растворенном виде лишь в составе мицелл. Простые мицеллы, состоящие только из желчных кислот (чистые мицеллы), после внедрения в их гидрофобную сердцевину жирных кислот, моноглицеридов, фосфолипидов и холестерола превращаются в смешанные мицеллы. Благодаря растворимости этих мицелл в воде концентрация конечных продуктов гидролитического расщепления липидов в просвете кишечника повышается в тысячи раз. Жирные кислоты с короткими и средними цепями и содержащие их липиды довольно хорошо растворяются в воде и могут диффундировать к поверхности энтероцитов, не встраиваясь в мицеллы.

При всасывании в тонкой кишке компоненты смешанных мицелл преодолевают три барьера: 1) неперемешиваемый водный слой, прилегающий к поверхности клетки; 2) слой слизи, покрывающий щеточную кайму; 3) липидную мембрану энтероцита. Мицеллы не проникают в клетку, но их липидные компоненты растворяются в плазматической мембране и быстро диффундируют в клетку по концентрационному градиенту.

Скорость всасывания в тонкой кишке зависит от уровня ее кровоснабжения (влияет на процессы активного транспорта), уровня внутрикишечного давления (влияет на процессы фильтрации из просвета кишки) и топографии всасывания. Сведения об этой топографии позволяют представить себе особенности дефицита всасывания при энтеральной патологии, при пострезекционных синдромах и других нарушениях работы ЖКТ. Нa рис. 2.4 представлена схема контроля за процессами, происходящими в ЖКТ.

Моторика

Существенное значение для процессов пищеварения в тонкой кишке имеет ее моторно-эвакуаторная деятельность, которая обеспечивает перемешивание содержимого в полости кишки и непосредственно вблизи се пищеварительно-всасывательной поверхности, продвижение химуса вдоль кишки, создание внутрикишечного давления, способствующего фильтрации некоторых компонентов химуса из полости кишки в кровь и лимфу. Двигательная активность тонкой кишки состоит в основном из непропульсивных перемешивающих движений и пропульсивной перистальтики. Кишечная моторика зависит от собственной активности гладкомышечных клеток и регулируется с участием вегетативной нервной системы и многочисленных гормонов, в основном желудочно-кишечного происхождения.

Итак, сокращения тонкой кишки происходят в результате координированных движений продольного (наружного) и поперечного (циркуляторного) слоев волокон. Но функциональному принципу все сокращения делят на две группы:

Выделяют несколько типов пропульсивных сокращений: ритмическую сегментацию, маятникообразные, перистальтические (очень медленные, медленные, быстрые, стремительные), антиперистальтические и тонические.

Ритмическая сегментация обеспечивается преимущественно сокращением циркуляторного слоя мышц. При этом содержимое кишечника разделяется на части. В результате следующего сокращения образуется новый сегмент кишки, содержимое которого состоит из частей бывшего сегмента. Этим достигаются перемешивание химуса и повышение давления в каждом из образующих сегментов кишки. Маятникообразные сокращения обеспечиваются сокращениями продольного слоя мышц с участием циркуляторного. При этих сокращениях происходят перемещение химуса вперед-назад и слабое поступательное движение в аборальном направлении. В проксимальных отделах тонкой кишки частота ритмических сокращений, или циклов, составляет 9-12, в дистальных 6-8 в 1 минуту.

Перистальтика состоит в том, что выше химуса за счет сокращения циркуляторного слоя мышц образуется перехват, а ниже в результате сокращения продольных мышц — расширение полости кишки. Этот перехват и расширение движутся вдоль кишки, перемещая впереди перехвата порцию химуса. По длине кишки одновременно движется несколько перистальтических волн. При антиперистальтических сокращениях волна движется в обратном (оральном) направлении. В норме тонкая кишка антиперистальтически не сокращается. Тонические сокращения могут иметь небольшую скорость, а иногда вообще не распространяться, значительно суживая просвет кишки на большом протяжении.

В обеспечении эффективности мембранного пищеварения и всасывания важную роль играет моторика кишечных ворсинок и микроворсинок, благодаря которой облегчается перенос промежуточных продуктов расщепления пищевых веществ из полости кишки к ее пищеварительно-всасывательной поверхности.

Одна из важных функций кишечной моторики состоит в выведении пищеварительных секретов. Это, в частности, перистальтика протоков, изменение их тонуса, закрытие и раскрытие их сфинктеров, сокращение и расслабление желчного пузыря.

Моторика тонкой кишки регулируется нервными и гуморальными механизмами. Координирующее влияние на моторно-эвакуаторную деятельность тонкой кишки оказывают интрамуральные (в стенке кишки) нервные образования, а также ЦНС. Интрамуральные нейроны обеспечивают координированные сокращения кишки. Особенно велика их роль в перистальтических сокращениях. На интрамуральные механизмы оказывают влияние экстрамуральные, парасимпатические и симпатические нервные механизмы, а также гуморальные факторы.

Моторная активность кишки зависит от физических и химических свойств химуса. Повышает ее активность грубая пища (черный хлеб, овощи, грубоволокнистые продукты) и жиры. При средней скорости перемещения 1 -4 см/мин пища достигает слепой кишки за 2-4 часа. На продолжительность перемещения пищи влияет ее состав, в зависимости от него скорость перемещения уменьшается в следующем порядке: углеводы, белки, жиры.

Гуморальные факторы влияют на моторику кишечника, действуя непосредственно на мышечные волокна и через рецепторы — на нейроны интрамуральной нервной системы. Усиливают моторику тонкой кишки вазопрессин, окситоцин, брадикинин, серотонин, гистамин, гастрин, мотилин, холецистокинин (панкреозимин), субстанция Р и ряд других веществ (кислоты, щелочи, соли, продукты переваривания пищевых веществ, особенно жиров).

Защитные системы

Поступление пищи в ЖКТ следует рассматривать не только как способ восполнения энергетических и пластических материалов, но и как аллергическую и токсическую агрессию. Питание связано с опасностью проникновения во внутреннюю среду организма различного рода антигенов и токсических веществ. Особую опасность представляют чужеродные белки. Лишь благодаря сложной системе защиты эффективно нейтрализуются негативные аспекты питания. В этих процессах очень важную роль играет тонкая кишка, осуществляющая несколько жизненно важных функций пищеварительную, транспортную и барьерную. Именно в тонкой кишке пища подвергается многоступенчатой ферментативной обработке, необходимой для последующего всасывания и усвоения образующихся продуктов гидролиза пищевых веществ, не имеющих видовой специфичности. Этим организм в значительной мере предохраняет себя от воздействия чужеродных субстанций.

Барьерная, или защитная, функция тонкой кишки зависит от целого ряда факторов: ее макро- и микроструктуры, ферментного спектра, иммунных свойств, слоя слизи, проницаемости эпителия и т. д. Слизистая оболочка тонкой кишки участвует как в механической, или пассивной, так и в активной защите организма от вредных веществ. Различные механизмы защиты тонкой кишки предохраняют внутреннюю среду организма от чужеродных субстанций, антигенов и токсинов. Кислый желудочный сок, пищеварительные ферменты, в том числе протеазы ЖКТ, моторика тонкой кишки, ее микрофлора, слизь, щеточная кайма и гликокаликс апикальной части кишечных клеток относятся к неспецифическим защитным барьерам.

Благодаря ультраструктуре поверхности тонкой кишки, то есть щеточной кайме и гликокаликсу, а также липопротеиновой мембране кишечные клетки служат механическим барьером, препятствующим поступлению антигенов, токсических веществ и других высокомолекулярных соединений из энтеральной среды во внутреннюю среду. Исключением являются молекулы, подвергающиеся гидролизу ферментами, адсорбированными на структурах гликокаликса. Крупные молекулы и надмолекулярные комплексы не могут проникать в зону щеточной каймы, так как ее поры, или межмикроворсинчатые пространства, чрезвычайно малы. Так, наименьшее расстояние между микроворсинками в среднем составляет 1-2 мкм, а размеры ячеек сети гликокаликса в сотни раз меньше. Таким образом, гликокаликс служит барьером, определяющим проницаемость пищевых веществ, причем апикальная мембрана кишечных клеток благодаря гликокаликсу практически недоступна (или малодоступна) для макромолекул.

К другой механической, или пассивной, системе защиты относятся ограниченная проницаемость слизистой оболочки тонкой кишки для водорастворимых молекул со сравнительно небольшой молекулярной массой (менее 300-500 Да) 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. Кишечные клетки взрослых организмов также способны в определенных случаях поглощать крупные молекулы, в том числе нерасщепленные. Кроме того, при прохождении пищи через тонкую кишку 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 тонкой кишке варьируются в зависимости от состава, свойств и загрязненности пищи.

Чрезвычайно важным защитным механизмом является собственно иммунная система тонкой кишки, которая играет большую роль во взаимодействиях организма хозяина с кишечными бактериями, вирусами, паразитами, лекарственными препаратами, 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 защитной роли кишечная иммунная система может быть значимой в патогенезе некоторых кишечных заболеваний.

Иммунокомнстентная лимфатическая ткань тонкой кишки составляет около 25% всей ее слизистой оболочки. В анатомическом и функциональном отношении эта ткань тонкой кишки делится на три отдела:

Пейеровы бляшки (около 200-300 у взрослого человека) состоят из организованных скоплений лимфатических фолликул, в которых находятся предшественники популяции лимфоцитов. Эти лимфоциты 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 В- и Т-клетки, а в эпителии над бляшками локализовано небольшое количество М-клеток, или мембранных клеток. Предполагается, что эти клетки участвуют в создании благоприятных условий для доступа люминальных антигенов к субэпителиальным лимфоцитам.

Интерэнителиальные клетки тонкой кишки расположены между кишечными клетками в базальной части эпителия, ближе к базальной мембране. Их соотношение к другим кишечным клеткам составляет примерно 1:6. Около 25% интерэпителиальных лимфоцитов обусловлено маркерами Т-клеток.

В слизистой оболочке тонкой кишки человека находится более 400 000 плазматических клеток на 1 мм², а также около 1 млн лимфоцитов на 1 см². В норме, например, в тощей кишке содержится от 6 до 40 лимфоцитов в расчете на 100 эпителиальных клеток. Это означает, что в тонкой кишке кроме эпителиального слоя, разделяющего энтеральную и внутреннюю среду организма, существует еще мощный лейкоцитарный слой.

Как отмечено выше, иммунная система кишечника встречает огромное количество экзогенных пищевых антигенов. Клетки тонкой и толстой кишок продуцируют ряд иммуноглобулинов (IgA, IgE, TgG, IgM), но преимущественно IgA (табл. 2.2). Иммуноглобулины А и Е, сегрегируемые в полость кишки, по-видимому, адсорбируются в структурах кишечной слизистой оболочки, создавая в области гликокаликса дополнительный защитный слой.

Функции специфического защитного барьера выполняет также слизь, которая покрывает большую часть эпителиальной поверхности тонкой кишки. Это сложная смесь различных макромолекул, в том числе гликопротеидов, воды, электролитов, микроорганизмов, десквамированных кишечных клеток и т. д. Муцин — компонент слизи, придающий ей гелеобразность, способствует механической защите апикальной поверхности кишечных клеток.

Совокупность ферментных систем слизистой оболочки тонкой кишки, осуществляющих последовательную деполимеризацию (трансформацию) пищевых поли- и олигомеров до мономеров, способных к утилизации, также можно рассматривать как особый трансформационный защитный барьер, предупреждающий поступление токсических веществ и антигенов из энтеральной среды во внутреннюю среду организма.

Патофизиология

Нарушения функций тонкой кишки не всегда сопровождаются отчетливой клинической симптоматикой и маскируются иногда внекишечными расстройствами. Это создает диагностические трудности, приводя к клиническим ошибкам, в том числе при решении задач индивидуализации лечебного питания.

По мнению многих авторов, нарушения функций тонкой кишки, ее недостаточность целесообразно обозначать термином «энтеральная недостаточность» («недостаточность тонкой кишки») по аналогии с общепринятыми терминами «сердечная недостаточность», «почечная недостаточность», «печеночная недостаточность». Под энтеральной недостаточностью принято понимать клинический синдром, обусловленный нарушениями функций тонкой кишки со всеми их интестинальными и экстраинтестинальными проявлениями. Энтеральная недостаточность возникает как при патологии самой тонкой кишки, так и при различных заболеваниях других органов и систем. При врожденных последовательно обусловленных первичных формах недостаточности тонкой кишки чаще всего наследуется изолированный селективный пищеварительный или транспортный дефект. При приобретенных формах преобладают множественные дефекты пищеварения и всасывания.

Если в двенадцатиперстную кишку поступают большие порции желудочного содержимого, они хуже пропитываются дуоденальным соком и медленнее нейтрализуются. Кроме того, в отсутствие свободной соляной кислоты или при ее дефиците значительно угнетается синтез секретина и холецистокинина, регулирующих секреторную деятельность поджелудочной железы. Уменьшение образования панкреатического сока в свою очередь приводит к расстройствам кишечного пищеварения. Это становится причиной того, что химус поступает в нижележащие отделы тонкой кишки в виде, не подготовленном для всасывания, и раздражает рецепторы кишечной стенки. Усиливаются перистальтика кишки и секреция воды в полость кишечной трубки, что приводит к развитию тяжелых расстройств пищеварения в форме диареи и энтеральной недостаточности.

В случае гипохлоргидрии и особенно ахилии резко ухудшается всасывательная функция кишечника. Возникают нарушения белкового обмена, приводящие к дистрофическим процессам во многих внутренних органах, особенно в сердце, почках, печени, мышечной ткани. Могут развиться расстройства иммунной системы. Гастрогенная энтеральная недостаточность рано приводит к гиповитаминозам, дефициту в организме минеральных солей, нарушениям гомеостаза и свертывающей системы крови.

Причиной энтеральной недостаточности могут быть нарушения секреторной функции кишечника. Механическое раздражение слизистой оболочки тонкой кишки вызывает резкое увеличение выделения жидкой части сока. В тонкую кишку усиленно секретируются не только вода и низкомолекулярные вещества, но и белки, гликопротеиды, липиды. Эти явления развиваются, как правило, у больных с угнетенным кислотообразованием в желудке и в связи с этим — с неполноценным интрагастральным пищеварением: непереваренные компоненты пищевого комка вызывают раздражение рецепторов слизистой оболочки тонкой кишки, инициируя усиление секреции. Сходные процессы имеют место у больных, перенесших резекцию желудка, включая его пилорический отдел. Выпадение депонирующей функции желудка, угнетение желудочной секреции, некоторые другие послеоперационные расстройства способствуют развитию так называемого синдрома сброса (демпинг-синдром). Одно из проявлений этого послеоперационного расстройства усиление секреторной активности тонкой кишки, ее гипермоторика, приводящая к поносу. В основе патофизиологических нарушений секреторной функции кишечника лежат угнетение продукции кишечного сока и уменьшение в нем ферментов, что имеет место при ряде патологических состояний (дистрофия, воспаление, атрофия слизистой оболочки тонкой кишки, ишемическая болезнь органов пищеварения, белково-энергетическая недостаточность организма и др.). В случае снижения эффективности кишечного пищеварения гидролиз жиров и белков в полости тонкой кишки изменяется мало, так как компенсаторно увеличивается секреция липазы и протеаз с панкреатическим соком.

Наибольшее значение дефекты пищеварительных и транспортных процессов имеют у людей с врожденной или приобретенной ферментопатией вследствие недостатка определенных ферментов. Так, при дефиците лактазы (лактазная недостаточность) в клетках кишечной слизистой оболочки нарушаются мембранный гидролиз и усвоение молочного сахара (непереносимость молока). Недостаточная продукция клетками слизистой оболочки тонкой кишки сахаразы, γ-амилазы, мальтазы и изомальтазы приводит к развитию непереносимости больными, соответственно, сахарозы и крахмала. Отсутствие глютамилпептидазы (глютамипазы) не позволяет осуществлять полноценное переваривание глютена — белкового компонента клейковины, склеивающей составные части некоторых злаков (пшеницы, ржи, ячменя, овса). Во всех случаях кишечного ферментативного дефицита при неполном гидролизе пищевых субстратов образуются токсические метаболиты, провоцирующие развитие тяжелой клинической симптоматики, характеризующей усиление проявлений не только энтеральной недостаточности, но и экстраинтестинальные расстройства.

При различных заболеваниях ЖКТ наблюдаются нарушения полостного и мембранного пищеварения, а также всасывания. Нарушения могут иметь инфекционную и неинфекционную этиологию, быть приобретенными или наследственными. Дефекты мембранного пищеварения и всасывания возникают, например, при нарушении распределения ферментативных и транспортных активностей вдоль тонкой кишки после оперативных вмешательств (в частности, после резекции различных отделов тонкой кишки). Известные формы патологии мембранного пищеварения могут быть обусловлены атрофией ворсинок и микроворсинок, нарушением структуры и ультраструктуры кишечных клеток, изменением спектра ферментного слоя и сорбционных свойств кишечной слизистой оболочки, расстройствами моторики кишечника, при которых нарушается перенос пищевых веществ из полости кишки к ее поверхности, дисбактериозами и т. д.

Нарушения мембранного пищеварения встречаются при довольно широком круге заболеваний (тропическая и нетропическая формы спру, азиатская холера, различные гастроэнтериты, энтероколиты, илеоеюниты и т. д.), а также после интенсивной терапии антибиотиками, различных оперативных вмешательств на ЖКТ (например, после гастроеюностомии и субтотальной резекции желудка). При многих вирусных заболеваниях (полиомиелит, свинка, аденовирусный грипп, гепатит, корь) возникают тяжелые расстройства пищеварения и всасывания с явлениями диареи и стеатореи. При этих заболеваниях имеют место выраженная атрофия ворсинок, нарушения ультраструктуры щеточной каймы, недостаточность ферментного слоя кишечной слизистой оболочки, что приводит к нарушениям мембранного пищеварения.

Нередко нарушения ультраструктуры щеточной каймы (сами по себе приводящие к серьезным дефектам мембранного пищеварения) сочетаются с резким уменьшением ферментативной активности энтероцитов. Иногда ультраструктура щеточной каймы остается практически нормальной, но тем не менее обнаруживается недостаточность одного или нескольких пищеварительных кишечных ферментов. Многие пищевые интолерантности обусловлены такими специфическими нарушениями ферментного слоя кишечных клеток.

Дисахаридазные недостаточности могут быть первичными, то есть обусловленными соответствующими генетическими дефектами, и вторичными, развивающимися на фоне различных болезней (например, при спру, региональных энтеритах, после оперативных вмешательств, при неспецифическом энтерите и вирусном гепатите, при холере и инфекционной диарее иной этиологии и т. д.). Сахарозная недостаточность как таковая встречается редко и в большинстве случаев сочетается со снижением активности других дисахаридов, чаще всего изомальтазы. Более широко распространена лактазная недостаточность, в результате которой не усваивается молочный сахар (лактоза) и возникает непереносимость молока. Лактазная недостаточность имеет генетическую природу. Предполагается, что степень репрессии гена, определяющего лактазную активность, связана с историей данной этнической группы и, возможно, обусловлена наличием или отсутствием молочной культуры в период становления данного народа.

Ферментные недостаточности кишечной слизистой оболочки могут быть связаны как с нарушением синтеза ферментов в кишечных клетках, так и с нарушением их встраивания в апикальную мембрану, где они выполняют свои пищеварительные функции. Кроме того, они могут быть обусловлены и ускорением деградации соответствующих кишечных ферментов. Связанные с этим дефекты мембранного пищеварения следует учитывать для правильной интерпретации целого ряда заболеваний пищеварительного тракта, поскольку они приводят к снижению поступления в организм необходимых пищевых веществ.

Причиной нарушения ассимиляции белков могут быть изменения их гидролиза в желудке, однако дефекты кишечной фазы гидролиза белков из-за недостаточности панкреатических и собственно кишечных мембранных ферментов более серьезны. К редким генетическим нарушениям относится энтеропептидазная и трипсиновая недостаточность. Снижение пептидазных активностей в тонкой кишке наблюдается при ряде заболеваний, например неизлечимой форме целиакии, болезни Крона, язве двенадцатиперстной кишки, а также при радио- и химиотерапии (например, 5-фторурацилом) и т. д. С уменьшением активности дипептидаз, расщепляющих пролиновые пептиды внутри кишечных клеток, связана аминопептидурия.

Многие нарушения функций кишечника, наблюдающиеся при различных формах патологии, могут быть связаны со снижением степени адсорбции панкреатических ферментов структурами слизистой оболочки тонкой кишки — гликокаликсом и апикальной мембраной энтероцитов — и приводят к мальнутриции (недостаточности питания). Атрофия гликокаликса способствует повреждающему действию токсических агентов, которое они оказывают на мембрану энтероцитов.

Нарушения процессов всасывания могут проявляться как в их замедлении, так и в патологическом усилении.

Замедление всасывания слизистой оболочкой кишечника может быть обусловлено целым рядом причин:

Причиной патологического усиления всасывания является повышение проницаемости кишечной стенки, что нередко можно наблюдать у больных с расстройством терморегуляции (тепловые поражения организма), инфекционно-токсическими процессами при ряде заболеваний (малярия, дисбактериоз кишечника и др.), пищевой аллергией и т. д. При действии некоторых факторов для крупномолекулярных соединений, в том числе продуктов неполного расщепления пищевых веществ, белков и пептидов, аллергенов, метаболитов, снижается порог проницаемости слизистой оболочки тонкой кишки. В результате, появление в крови (во внутренней среде организма) чужеродных веществ способствует развитию общих явлений интоксикации, сенсибилизации организма, возникновению аллергических реакций.

Всасывание интактных белков и пептидов может быть существенным фактором в патогенезе ряда заболеваний, сопровождающихся воспалительными явлениями в тканях тонкой кишки, при пищевых аллергиях, некоторых психических расстройствах. Заболевания ЖКТ нередко сопровождаются увеличением проницаемости кишечного барьера для белков и пептидов, а также снижением уровня пептидазных активностей слизистой оболочки тонкой кишки. К ним относятся болезнь Крона, целиакин, белково-энергетическая недостаточность, инвазия паразитическими формами, вирусные и бактериальные гастроэнтериты, хирургические травмы кишечника, гиперсоматическое состояние содержимого тонкой кишки и т. д.

При некоторых заболеваниях нарушается всасывание нейтральных аминокислот в тонкой кишке. При цистинурии имеет место сочетание дефектов транспорта диаминомонокарбоновых кислот и цистина в тонкой кишке. Существуют также такие заболевания, как изолированная мальабсорбция метионина, триптофана и ряда других аминокислот.

Развитие энтеральной недостаточности и хроническое ее течение ведет (за счет нарушения процессов мембранного пищеварения и всасывания) к возникновению расстройств белкового, энергетического, витаминного, электролитного и других видов обмена веществ с соответствующей клинической симптоматикой. Отмеченные механизмы развития недостаточности пищеварения в конечном счете реализуются в полиорганную, мультисиндромную картину заболевания.

Одним из типичных расстройств, сопровождающих большинство органических заболеваний, является ускорение перистальтики. Наиболее частые причины ускорения перистальтики — воспалительные изменения в слизистой оболочке ЖКТ. При этом пищевая кашица (химус) продвигается по кишечнику быстрее — и развивается понос. Диарея возникает также при действии на стенку кишечника необычных раздражителей: непереваренной пищи (например, при ахилии), продуктов брожения и гниения (дисбактериоз кишечника), токсических веществ. К ускорению перистальтики ведет повышение возбудимости центра блуждающего нерва, так как он активизирует моторику кишечника. Поносы, способствующие освобождению организма от неусвояемых или токсических веществ, являются защитными. Но при длительной диарее происходят глубокие расстройства пищеварения, связанные с нарушением секреции кишечного сока, переваривания и всасывания пищевых веществ в кишечнике. Замедление перистальтики тонкой кишки относится к редким патофизиологическим механизмам формирования заболеваний. При этом тормозится продвижение пищевой кашицы по кишечнику и развиваются запоры. Этот клинический синдром, как правило, является следствием патологии толстой кишки.

Процесс пищеварения завершается в толстой кишке, однако активность гидролитических ферментов в этом органе крайне низка. Здесь химус перемешивается под действием непропульсивной перистальтики, концентрируется в результате реабсорбции воды и подвергается дальнейшему (остаточному) расщеплению под действием локализованных там кишечных ферментов и бактерий. Невысокий уровень ферментативной активности в дистальном отделе ЖКТ выработался в процессе эволюции и связан с тем, что поступающий в толстую кишку химус беден непереваренными пищевыми веществами. Однако активность некоторых ферментов толстой кишки компенсаторно увеличивается при нарушении функций вышележащих органов пищеварительного канала (резекции частей желудка или тонкой кишки, илеостомии и т. д.).

В процессе пищеварения толстая кишка выполняет целый ряд важных функций:

В слизистой оболочке толстой кишки, особенно в области аппендикса, наблюдаются скопления лимфатической ткани и плазматических клеток, что очень важно, так как здесь присутствует большая популяция бактерий. Иммунокомпетентные клетки секретируют преимущественно IgA.

В толстой кишке преобладают процессы реабсорбции. Здесь всасываются некоторые витамины и аминокислоты, продуцируемые микробами кишечной полости, а также электролиты и до 95% воды. Ободочная кишка всасывает жидкость со скоростью до 2,7 мл/мин (против 5-7 мл/мин в тонкой кишке), то есть всасывательная активность на единицу поверхности слизистой оболочки ободочной кишки в 5-10 раз больше, чем в тонкой кишке. Скорее всего, это можно объяснить уменьшением площади поверхности толстой кишки по сравнению с тонкой за счет значительного уменьшения количества ворсинок и микроворсинок щеточной каймы кишечных клеток. У здорового человека в толстой кишке может всасываться до 5,5 л воды и до 800-1000 ммоль натрия и хлора в сутки, прежде чем исчерпаются ее возможности и разовьется диарея. Эти физиологические особенности толстой кишки сейчас все шире используются клиницистами для проведения зондового питания, фармакотерапии, восстановления водно-электролитных расстройств при ряде заболеваний путем капельного введения соответствующих лечебных средств в толстую кишку. Кроме воды и электролитов в толстую кишку поступают органические соединения, к которым относятся растительные пищевые волокна — целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины, лигнины, то есть углеводы, которые не расщепляются α- и γ-амилазами. Около 40-50% грубоволокнистых веществ могут расщепляться кишечными бактериями, а продукты гидролиза — всасываться в толстой кишке.

Толстая кишка — место преимущественного обитания микроорганизмов. Бактериальная флора ЖКТ является необходимым условием нормального существования организма. Количество микроорганизмов в желудке минимально, в тонкой кишке их значительно больше (особенно в дистальном отделе). Исключительно велико количество микроорганизмов в толстой кишке — до десятков миллиардов в 1 г содержимого. Под действием ферментов микроорганизмов толстой кишки происходят деградация углеводов и распад белков, в результате чего образуются органические кислоты, газы (углекислый газ, метан, сероводород) и токсические вещества (фенол, скатол, индол, крезол). Часть этих веществ обезвреживается в печени. Вследствие микробного брожения расщепляется клетчатка. Преобладающими микробами кишечника взрослого человека являются облигатно анаэробные палочки (около 90%); на долю факультативно анаэробных микробов (кишечная палочка, молочные бактерии, стрептококки) и спороносных анаэробов приходится около 10% (табл. 2.3,2.4).

Нормальная микрофлора толстой кишки подавляет патогенные микроорганизмы и предупреждает инфицирование макроорганизма. Нарушение нормальной микрофлоры при заболеваниях или в результате длительного введения антибактериальных препаратов нередко влечет за собой осложнения, вызываемые бурным размножением в кишечнике дрожжей, стафилококков, протея и других микроорганизмов.

Моторная деятельность толстой кишки обеспечивает аккумулирование кишечного содержимого, всасывание из него воды и ряда электролитов, формирование каловых масс и удаление их из кишечника. Моторика этого отдела кишечника характеризуется: а) частыми слабыми сокращениями, которые осуществляют перемешивание содержимого; б) редкими (2 раза в 1 минуту) и сильными, хорошо скоординированными сокращениями, которые способствуют продвижению содержимого вдоль кишки в дистальном направлении; в) тоническими сокращениями, незначительно уменьшающими просвет кишки и повышающими в ней гидростатическое давление.

Регуляция моторной деятельности толстой кишки определяется изменениями потенциала гладкомышечных клеток, то есть медленными волнами, связанными с их потенциалами действия, а также модулирующими влияниями центральной и вегетативной нервной системы, гормонов ЖКТ и нейропептидов. Симпатические волокна вегетативной нервной системы тормозят моторику толстой кишки, раздражение парасимпатических волокон стимулирует ее моторную активность. Большое значение в стимуляции моторики толстой кишки имеют механические и химические раздражения. Пищевые волокна как механический раздражитель повышают ее двигательную активность и ускоряют продвижение содержимого.

Раздражение механорецепторов прямой кишки тормозит моторику толстой кишки. Позыв же на дефекацию (опорожнение толстой кишки) возникает при повышении давления в прямой кишке до 40-50 см вод. ст. в результате раздражения рецепторов прямой кишки накопившимися в ней каловыми массами.

Патофизиология

Нарушение функций кишечника может приводить к диарее, в патогенезе которой играют роль повышение осмотического давления в его полости, нарушения всасывания и пассажа кишечного содержимого, кишечные гинерсекреция и гиперэкссудация. Для большинства форм толстокишечной диареи характерно значительное увеличение концентрации электролитов в фекалиях, которая достигает максимального содержания их в плазме крови. В этих случаях суточный объем фекалий может достигать 1 л и более, при этом содержание натрия и хлоридов повышается, а калия снижается до уровня его в плазме. При нарушении всасывания преобладает осмотический компонент. Тогда потери воды превышают потери солей.

У больных, перенесших резекцию значительной части подвздошной кишки, нарушается всасывание желчных кислот, и они в большом количестве поступают в толстую кишку, что способствует увеличению проницаемости слизистой оболочки и усиленному поступлению в просвет кишки воды и электролитов, возникновению диареи. При нарушении всасывания жиров в тонкой кишке жирные кислоты (как и желчные) стимулируют секреторную функцию толстой кишки, что может вызвать диарею у больных с указанным синдромом.

Представление о том, что усиление моторики толстой кишки вызывает только диарею, ошибочно. Может наблюдаться противоположная ситуация: интенсификация непропульсивных сокращений приводит к запорам. В качестве примера можно привести спастические запоры, часто сопровождающие так называемый синдром раздраженной кишки. И наоборот, ослабление сократительной деятельности толстой кишки может вызывать диарею, если отсутствуют сегментарные сокращения. В то же время известны заболевания толстой кишки, при которых диарея связана с более частыми пропульсивными сокращениями (например, язвенный колит, хроническое воспаление толстой кишки).

Нарушением моторно-эвакуаторной функции толстой кишки обусловлен еще один клинический синдром — запор. В клинической гастроэнтерологии запор представляет собой одну из сложных медицинских проблем, особенно хронический запор. Запором называют медленное, затрудненное, редкое или систематически неполное опорожнение кишечника. Если у большинства здоровых людей (примерно у 70-75%) наблюдается, как правило, ежедневный оформленный стул, то при хроническом запоре стул бывает не чаще одного раза в двое суток, а более 25% времени акта дефекации больной вынужден напрягаться; при этом кал приобретает твердую консистенцию, становится сухим и фрагментарным. Вместе с тем иногда при хроническом запоре возможно и несколько дефекаций в течение дня, но при этом каждый раз с большим трудом выделяется лишь небольшое количество твердых каловых масс, что сопровождается ощущением неполного опорожнения прямой кишки.

К числу наиболее частых причин хронического запора относятся:

Исследования ряда авторов показали, что причины двигательных нарушений (дискинезии) толстой кишки, приводящие к хроническим запорам, многообразны. При этом в начальный период доминируют расстройства гипермоторного типа, а затем происходит постепенное снижение перистальтической активности и тонуса толстой кишки.

Одной из причин хронического запора является нарушение функций аноректального отдела толстой кишки с ослаблением позывов на дефекацию. Существуют два анальных сфинктера: внутренний, состоящий из гладкомышечных элементов, и наружный, состоящий из поперечно-полосатых мышечных волокон. Вне акта дефекации они тонически сокращены.

Механизм акта дефекации складывается:

Вспомогательную роль в акте дефекации играют опущение диафрагмы при глубоком вдохе и сокращение мышц брюшного пресса при натуживании.

За счет перистальтики сигмовидной кишки каловые массы перемещаются в ампулу прямой кишки, повышая давление в ней до 20-30 мм вод. ст., что вызывает ощущение ее наполненности. При давлении 40-50 мм вод. ст. происходит акт дефекации, при котором опорожняются не только прямая кишка, но и сигмовидная, а иногда и нисходящая ободочная кишка вплоть до селезеночного угла.

Нарушение координации всех составляющих акта дефекации приводит к копростазу. Чаще всего изгнание (эвакуация) каловых масс, скопившихся в прямой кишке, нарушается за счет снижения способности внутреннего и наружного анальных сфинктеров к расслаблению, а также из-за понижения чувствительности рецепторного аппарата прямой кишки к давлению калового столба.

Позывы к дефекации контролируются корой головного мозга при участии соответствующих «центров дефекации» в продолговатом мозге. Этим в значительной степени определяется возможная роль психических воздействий в развитии психогенных форм функционального запора. При хроническом запоре у 50-60% больных отсутствуют нормальные позывы к дефекации (позывы «на низ»). Среди внешних (экзогенных) причин угнетения нормальных позывов «на низ» следует назвать:

При этом каловые массы задерживаются уже в ампуле прямой кишки, что получило название дисхезии. При частом повторении подобных ситуаций со временем может развиться привычный хронический запор, который относится к категории неврогенных (психогенных) хронических запоров.

Рефлекторные формы хронического запора нередко сопровождают заболевания органов пищеварения (хронический калькулезный и бескаменный холецистит, хроническая дуоденальная непроходимость, язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки и др.), развиваясь под воздействием висцеро-висцерального рефлекторного механизма, особенно часто — у женщин и пожилых людей. Рефлекторный запор наблюдается также при почечнокаменной болезни, протекающей с приступами почечной колики, при рецидивирующем течении хронического аднексита и ряде других заболеваний.

Хронический запор неврогенного происхождения может осложнить течение распространенного церебрального атеросклероза, паркинсонизма, хронической вертебробазилярной недостаточности, ишемического гемодинамического расстройства. Запоры развиваются при хронической правожелудочковой сердечной недостаточности, циррозе печени с портальной гипертензией в отечно-асцитической сталии как следствие венозного застоя, гипоксии тканевых структур толстой кишки, водно-электролитных расстройств. В ряде случаев причиной хронических запоров становятся различные эндогенные и экзогенные хронические интоксикации. Из эндогенных интоксикаций имеют значение почечная и печеночная недостаточность, хроническая перемежающаяся порфирия, длительная гипербилирубинемия и ряд других интоксикаций, вызывающих токсический хронический запор. Из экзогенных интоксикаций следует упомянуть хронические профессиональные отравления свинцом, ртутью, таллием, висмутом, а также морфинизм и никотинизм.

В развитии функциональных форм хронических запоров важная роль отводится алиментарным (пищевым) факторам — недостаточному содержанию в пищевом рационе пищевых волокон, то есть трудно перевариваемых и шлаковых веществ, выполняющих специфические функции в обмене веществ, и стимуляции движения кишечного содержимого.

После эвакуации из желудка в тонкую кишку пища подвергается наиболее интенсивному перевариванию. Чрезвычайно важную роль в этом процессе играют секреты поджелудочной железы. Главные компоненты панкреатического сока — бикарбонат, создающий щелочную среду и нейтрализующий кислый желудочный химус в двенадцатиперстной кишке до pH 6-8 (такой диапазон pH необходим для панкреатических ферментов), и пищеварительные ферменты, расщепляющие основные компоненты пищи.

Поджелудочная железа является экзокринным и одновременно эндокринным органом, участвующим в пищеварении и регуляции углеводного (энергетического) обмена.

Поджелудочная железа, масса которой составляет примерно 110 г, выделяет в сутки от 1,5 до 2,5 л сока. Сок изотоничен плазме крови (независимо от стимуляции), содержит ряд электролитов и солей, а также пищеварительные ферменты. Основные анионы сока Сl^- и НСО^3-, катионы -Na⁺ и К⁺. Кроме того, в соке присутствуют катионы Са²⁺, Mg²⁺ и анионы HРО^4-. При стимуляции концентрация катионов остается без изменений, а анионов меняется в противоположных направлениях. При максимальной секреции концентрация НСО^3- составляет 130-140 ммоль/л, а pH — 8,2.

Экзокринная функция поджелудочной железы имеет исключительно важное значение для пищеварения. Под влиянием психических, алиментарных, гуморальных и других раздражителей клетки ацинусов поджелудочной железы синтезируют и выделяют в двенадцатиперстную кишку более 20 проферментов и ферментов (главным образом гидролаз), которые участвуют в расщеплении в кишечнике различных составных частей пищи. Пищеварительные ферменты составляют около 90% белков панкреатического сока. Эту функцию поджелудочной железы называют экболической; вторая экзокринная функция гидрокинетическая заключается в секреции воды, бикарбонатов (до 150 ммоль/л) и друг их электролитов. Гидрокинетическая функция обеспечивает нейтрализацию кислого желудочного содержимого и создает в кишечнике щелочную среду, оптимальную для действия панкреатических и кишечных ферментов.

Панкреатические ферменты

Панкреатические ферменты подразделяются на амилолитические (гидролиз крахмала), протеолитические (гидролиз белков), липолитические (гидролиз жиров) и нуклеолитические (гидролиз нуклеиновых кислот).

Амилолитические ферменты — амилаза. Расщепление крахмала начинает α-амилаза, состоящая из нескольких изоферментов и составляющая примерно 20% белков в панкреатическом секрете. Основное количество этого фермента выделяется поджелудочной железой в активном виде. Сходный изофермент синтезируется слюнными железами, α-амилаза расщепляет полисахариды (крахмал, гликоген) до декстринов, мальтоолигосахаридов, мальтозы и незначительного количества глюкозы. Указанные полимеры далее превращаются в глюкозу кишечными ферментами мальтазой, γ-амилазой, изомальтазой.

Липолитические ферменты липазы. Липолиз осуществляется панкреатическими ферментами, однако диагностическое значение в настоящее время имеет лишь липаза (гидролизует триглицериды). Из панкреатического сока выделены еще фосфолипаза А2 (гидролиз фосфолипидов, лецитина) и карбоксилэстераза (гидролиз зфиров жирных кислот). Поджелудочная железа выделяет основное количество липазы (немного липазы содержится также в слюне и кишечном соке), расщепляющей триглицериды до моноглицеридов и жирных кислот, которые проходят через мембрану энтероцита. Липаза гидролизует водонерастворимый субстрат, что возможно лишь на поверхности мелких эмульгированных частиц жира. Одинаковые количества фермента проявляют различную активность в зависимости от качества эмульсии: чем она жиже, тем выше активность фермента. Липаза активна в тонкой кишке в присутствии желчных кислот, которые способствуют эмульгированию жиров.

Протеолитические ферменты — протеазы. В панкреатическом соке их много (эндопептидазы — трипсин, химотрипсин,эластаза;экзопептидазы — карбоксипептидазы Л и В). Они относятся к группе сериновых протеаз и составляют 44% от общего белка панкреатического сока. Существуют множественные формы трипсина и химотрипсина, как и желудочных пепсинов. Ацинарные клетки не синтезируют активные протеолитические ферменты (это грозило бы самоперевариванием органа). Они выделяются в виде неактивных проферментов, которые активируются в кишке. Первым активируется трипсиноген. Под действием кишечного фермента энтерокиназы он превращается в трипсин, а затем активные молекулы трипсина обеспечивают активацию других протеолитических ферментов, включая трипсиноген (процесс активации продолжается уже аутокаталитически).

С панкреатическим соком выделяются фактически два трипсиногена, составляющих около 19% всех его белков, два химотрипсипогепа и две проэластазы. Все они называются эндопептидазами, так как при гидролизе белков «разрывают» внутренние связи между аминокислотами в середине их цепей, продуцируя пептиды. Эндопептидазы специфичны. Например, трипсин гидролизует лишь связи справа от лизина или аргинина, химотрипсин в основном те, которые рядом с фенилаланином, тирозином и триптофаном. Эластаза способна гидролизовать эластин, белок соединительной ткани, а также другие белки. В отличие от эндопептидаз, экзопептидазы разрывают в пептидных цепях С-терминальную, то есть конечную связь (карбоксипептидазы), или первую, N-терминальную (аминопептидазы), «освобождая», таким образом, аминокислоты одну за другой.

В панкреатическом соке присутствует ингибитор трипсина — неферментный белок, тесно связанный с протеолизом. Его физиологическое значение заключается в предотвращении преждевременной активации трипсина в протоках поджелудочной железы. Определение его активности в сыворотке крови имеет большое клиническое значение, свидетельствующее о воспалительно-деструктивных процессах органа при гиперферментомии (синдром «уклонения ферментов»).

В литературе мало сведений о физиологической роли калликреиногена и калликреина. Калликреин является протеолитическим ферментом поджелудочной железы. Активированный трипсином, он отвечает за образование в крови каллидина, гипотензивного полипептида, идентичного брадикинину одному из нейровазо-активных пептидов.

Нуклеолитические ферменты — нуклеазы. Принадлежат к фосфодиэсгеразам. В панкреатическом соке они представлены рибонуклеазой, гидролизующей рибонуклеиновую кислоту, и дезоксирибонуклеазой, расщепляющей дезоксирибонуклеиновую кислоту.

Количество и ферментативная активность панкреатического сока зависят от количества и состава принятой пищи. Вне пищеварения (натощак) поджелудочный сок выделяется в небольших количествах. Секрецию панкреатического сока вызывает объемная и стимулирующая желудочное кислотообразование пища. Твердая, густая и жирная пища долго задерживается в желудке (медленнее эвакуируется), поэтому секреция поджелудочной железы дольше, чем после приема жидкой пищи. Основная секреция, однако, начинается в кишечной фазе, то есть после попадания пищи и продуктов ее переваривания в двенадцатиперстную кишку.

Секреция

Секреция поджелудочного сока усиливается через 2-3 минуты после приема пищи и продолжается 6-14 часов (с максимальным выделением сока на 90-й минуте) в зависимости от ее состава. Смешанная пища вызывает больший секреторный ответ, чем отдельные продукты. Нейтральные жиры и продукты их переваривания больше всего стимулируют продуцирующие ферменты клетки поджелудочной железы. Белки также довольно сильный стимулятор секреции ферментов, в меньшей мере бикарбонатов и жидкой части панкреатического сока. Поступление аминокислот в кишку вызывает значительное повышение в крови уровня гормона — холецистокинина (прежние названия — панкреозимин, холецистокинин-панкреозимин), местного стимулятора ферментсинтезирующей деятельности ацинарных клеток поджелудочной железы. Особенно сильно влияют на этот процесс фенилаланин, холин, метионин и другие незаменимые аминокислоты.

Преобладание углеводов в питании «щадит» поджелудочную желазу, что необходимо учитывать при индивидуализации лечебного питания больных с обострением хронического панкреатита. Растворы с низкой концентрацией глюкозы и сахарозы, введенные в двенадцатиперстную кишку, вызывают кратковременную и небольшую стимуляцию секреции α-амилазы, а концентрированные растворы — резкое угнетение экзокринной секреции.

Соляная кислота является сильным естественным стимулятором внешней секреции поджелудочной железы. Все напитки и продукты, которые возбуждают аппетит, наряду с секрецией желудка усиливают секрецию поджелудочной железы. Так, выраженным сокогонным действием обладают некоторые фруктовые и органические кислоты (яблочная, лимонная, винная, молочная), а также алкоголь.

Зависимость ферментного состава сока поджелудочной железы от качества пищи хорошо известна. Находящиеся в ацинарных клетках зимогенные гранулы содержат все ферменты, присутствующие в секрете, в постоянном соотношении, так что в панкреатическом соке оно также постоянное. Однако увеличение в пище доли какого-либо компонента рациона (например, белков) постепенно увеличивает синтез соответствующих гидролитических ферментов. Эта так называемая адаптация к диете дала возможность ряду авторов обсуждать вопрос: о возможности диетического излечения некоторых дисфункций поджелудочной железы.

Секреция поджелудочной железы регулируется нервными и гуморальными механизмами. В стимуляции панкреатической секреции прямые нервные влияния имеют меньшее значение, чем гуморальные. Ведущее значение в гуморальной регуляции секреции поджелудочной железы принадлежит гастроинтестинальным гормонам. Они относятся к числу пептидов и синтезируются специальными клетками желудка и двенадцатиперстной кишки под влиянием соответствующих химических, механических, нервных или иных стимулирующих факторов.

Секрецию поджелудочной железы усиливают секретин, холецистокинин, а также гастрин, серотонин, инсулин, бомбезин, субстанция П и соли желчных кислот. Тормозят выделение поджелудочного сока глюкагон, кальцитонин, желудочный ингибирующий пептид, панкреатический полипептид, соматостатин. Вазоактивный интестинальный пептид может возбуждать и тормозить панкреатическую секрецию. Эффекты гормонов частично опосредуются через их влияние на желудочную секрецию — с ее усилением более кислое содержимое поступает в двенадцатиперстную кишку и посредством ее гормонов повышает панкреатическую секрецию.

Патофизиология

При структурно-функциональных нарушениях поджелудочной железы может нарушаться синтез ферментов, в связи с чем возникают дефекты пищеварения в тонкой кишке. Особенно резко страдает переваривание жира, так как панкреатический сок содержит наиболее активный фермент липазу. При разных формах патологии может не усваиваться до 60-80% жира, который выводится с калом. В несколько меньшей степени нарушается переваривание белков, может не усваиваться до 30-40% их количества. О недостаточном переваривании белков свидетельствует появление большого количества мышечных волокон в каловых массах (креаторея) после приема мясной пищи. Переваривание углеводов также нарушено. Развивается недостаточность пищеварения.

Нарушения внешней секреции поджелудочной железы могут быть обусловлены рядом причин. Основные из них следующие:

В случаях развития обтурационных процессов, затрудняющих или даже прекращающих отток панкреатического секрета в двенадцатиперстную кишку, возникает гипертензия в системе протоков поджелудочной железы, вызывающая не только выраженный болевой синдром, но и внутренние разрывы, разрушения паренхимы органа. Энтерокиназа лизированных клеток поджелудочной железы в этом случае может катализировать активацию ферментов панкреатического сока непосредственно в протоковой системе (особенно трипсиногена). Более того, сам трипсин способен активизировать трипсиноген, как бы запуская ценную реакцию ферментативной активизации (аутокаталитическая реакция). В результате описываемых явлений ферменты поджелудочной железы могут осуществлять самопереваривание ткани поджелудочной железы с развитием некрозов.

При разрушении поджелудочной железы активные панкреатические ферменты, продукты тканевой деструкции, нарушенного метаболизма могут всасываться в кровь и окружающие ткани. В тканях в результате действия на них ферментов развиваются некрозы; особенно характерно появление некрозов жировой клетчатки (сальника), возникающих под влиянием липазы панкреатического сока. Формируется синдром интоксикации организма.

Желчь

Важнейшим секретом, участвующим в пищеварении, является желчь. Она представляет собой продукт деятельности клеток печени — гепатоцитов, имеет сложный состав и способствует нейтрализации кислого желудочного содержимого, поступающего в двенадцатиперстную кишку, эмульгирует жиры, растворяет продукты их гидролиза, активирует панкреатическую липазу. Желчь стимулирует желчеобразование, желчевыделение, моторную и секреторную деятельность тонкой кишки, обладает бактериостатическими свойствами, способствует всасыванию из кишечника жирорастворимых витаминов, холестерина, аминокислот и друг их веществ.

У человека за сутки образуется до 2 л желчи. Образование желчи происходит путем активной секреции ее компонентов (желчные кислоты) гепатоцитами, активного и пассивного транспорта некоторых веществ из крови (вода, глюкоза, креатинин, электролиты, витамины, гормоны и др.) и обратного всасывания воды и ряда веществ из желчных капилляров, протоков и желчного пузыря. Процесс образования желчи — желчеотделение (холерез) — идет непрерывно, а поступление желчи в двенадцатиперстную кишку желчевыделение (холекинез) периодически, в основном в связи с приемом пищи. Натощак желчь в кишечник почти не поступает, она направляется в желчный пузырь, емкость которого составляет всего 50-60 мл, где концентрируется и несколько изменяет свой состав. Поэтому принято говорить о двух видах желчи - печеночной и пузырной.

Желчь является не только секретом, но и экскретом, так как в се составе выводятся различные эндогенные и экзогенные вещества. Это в большей мере определяет сложность и различия состава печеночной и пузырной желчи (табл. 2.5).

Качественный состав желчи определяют находящиеся в ней желчные кислоты, пигменты и холестерин. В печени человека образуются холевая и хенодезоксихолевая кислоты (первичные), которые в кишечнике под влиянием ферментов преобразуются в несколько вторичных желчных кислот. Основное количество желчных кислот и их солей содержится в желчи в виде соединений с гликоколом и таурином. У человека около 80% гликохолевых кислот и примерно 20% — таурохолевых. Это соотношение изменяется под влиянием ряда факторов. Так, при приеме пищи, богатой углеводами, увеличивается содержание гликохолевых кислот, при высокобелковой диете — таурохолевых.

Из тонкой кишки в кровь всасывается около 85-90% желчных кислот (гликохолевых и таурохолевых), выделившихся в кишку в составе желчи. Затем они поступают в печень и включаются в состав желчи. Остальные 10-15% желчных кислот выводятся из организма в основном в составе кала (значительное их количество связано с непереваренными волокнами пищи). Эта потеря желчных кислот восполняется их синтезом в печени.

Хотя желчеобразование идет непрерывно, интенсивность его изменяется в некоторых процессах вследствие регуляторных влияний. Так, усиливают желчеобразование акт еды, различные виды принятой пищи, то есть желчеобразование несколько изменяется при раздражении интерорецепторов ЖКТ, других внутренних органов и при условно-рефлекторных воздействиях.

К числу гуморальных стимуляторов желчеобразования относится сама желчь. Чем больше желчных кислот поступает из тонкой кишки в кровь воротной вены, тем больше их выводится в составе желчи и тем меньше желчных кислот синтезируется гепатоцитами. Если в кровь поступает меньше желчных кислот, то дефицит восполняется усилением синтеза желчных кислот в клетках печени. Секретин увеличивает секрецию желчи (выделение в ее составе воды и электролитов). Слабее стимулируют желчеобразование глюкагон, гастрин и холецистокинин-панкреозимин.

Движение желчи в желчевыделительном аппарате обусловлено разностью давления в его частях и в двенадцатиперстной кишке, а также состоянием сфинктеров впепечепочпых желчных путей. Выделяют три сфинктера (рис. 2.5): в месте слияния пузырного и общего желчного протоков (сфинктер Мирицци), в шейке желчного пузыря (сфинктер Люткенса) и в концевом отделе общего желчного протока (сфинктер Одди). Тонус мышц этих сфинктеров важен для направления движения желчи.

Через сфинктер Одди небольшое количество желчи выходит в двенадцатиперстную кишку. Этот период первичной реакции желчевыделительного аппарата длится 7-10 минут. За ним следует период опорожнения желчного пузыря, во время которого сокращения пузыря чередуются с расслаблением, и через открытый сфинктер Одди в двенадцатиперстную кишку переходит сначала в основном пузырная желчь, а позже — печеночная. Длительность латентного и эвакуаторного периодов, количество выделенной желчи различны и зависят от вида принятой пищи. Сильными возбудителями желчевыделения являются яичные желтки, молоко, мясо и жиры. После приема хлеба возникают слабые сокращения желчного пузыря и небольшое по объему желчевыделение. Через 3-6 часов после приема пищи наблюдают понижение желчевыделения, затухание сократительной деятельности желчного пузыря, в котором вновь начинает депонироваться печеночная желчь.

Недостаточное поступление желчи и кишечник называется гипохолией, полное прекращение ее поступления — ахолией. Эти явления возможны при закупорке или сдавлении общего желчного протока, нарушении желчеобразовательной функции печени. При ахолии резко страдает переваривание и всасывание жира, так как липаза поджелудочного сока в отсутствие желчи малоактивна, а жиры неэмульгированы и контакт их с липолитическим ферментом затруднен. При недостатке желчи страдает всасывание жирных кислот, холестерина, жирорастворимых витаминов. Вследствие недостаточного переваривания и всасывания жира развивается стеаторея — избыточное содержание жира в испражнениях. С калом при этом выводится до 70-80% жира. В кишечнике нерасщепленный жир обволакивает пищевые массы и затрудняет действие на них панкреатических протеолитических ферментов и α-амилазы. Гидролитическая активность ферментов при недостатке желчи падает, так как желчь принимает участие в нейтрализации кислого желудочного содержимого и способствует поддержанию в двенадцатиперстной кишке щелочной среды, являющейся оптимальной для ферментов дуоденального сока.

Наконец, желчные кислоты стимулируют сорбционные свойства кишечного эпителия, поэтому при их дефиците уменьшается адсорбция кишечными клетками ферментов из химуса и нарушается мембранное пищеварение. Таким образом, при гипо- и ахолии нарушаются также начальные и промежуточные этапы переваривания белков и углеводов в тонкой кишке.

Вместе с неусвоенными жирами из кишечника выводятся и жирорастворимые витамины. Развиваются гиповитаминозы (в частности, нередко понижается свертываемость крови в связи с дефицитом витамина К).

При гипо- и ахолии ослабляется перистальтика кишечника, что в сочетании с выпадением бактерицидного действия желчи ведет к усилению процессов брожения и гниения развивается дисбактериоз кишечника. В результате наступает интоксикация организма.

Рефлекторные влияния на желчевыделительный аппарат осуществляются условно- и безусловно-рефлекторно с участием многочисленных рефлексогенных зон, в том числе рецепторов полости рта, желудка и двенадцатиперстной кишки. Большую роль в качестве гуморального стимулятора желчевыделения играет холецистокинин, вызывающий сокращение желчного пузыря. Сокращения желчного пузыря (хотя и слабые) вызывают также гастрин, секретин, бомбезин. Тормозят сокращения желчного пузыря глюкагон, кальцитопин, антихолецистокинин, вазо-активный интестинальный пептид, панкреатический полипептид.

Белки — сложные азотсодержащие биополимеры, мономерами которых служат аминокислоты (органические соединения, содержащие карбоксильную группу и аминогруппу). Их биологическая роль многообразна. Белки выполняют в организме пластические, каталитические, гормональные, транспортные и многие другие функции.

Аминокислоты делятся на эссенциальные и неэссенциальные в зависимости от того, возможно ли их образование в организме из предшественников. К незаменимым аминокислотам относятся лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан, треонин и ватин, а также цистеин и тирозин, синтезируемые, соответственно, из метионина и фенилаланина. Девять заменимых аминокислот (аланин, аргинин, аспаргиновая и глутамовая кислота, аспаргин, глутамин, глицин, пролин и серии) могут отсутствовать в рационе, гак как способны образовываться из других веществ. Для детей аргинин и гистидин тоже являются незаменимыми аминокислотами. В организме также существуют аминокислоты, которые продуцируются путем модификации боковых цепей вышеперечисленных (например, компонент коллагена — гидроксипролин, компонент сократительных белков мышц — 3-метилгистидин).

Большинство аминокислот имеют изомеры (D- и L-формы), из которых только L-формы входят в состав белков человеческого организма. D-формы могут участвовать в метаболизме, превращаясь в L-формы, однако утилизируются гораздо менее эффективно.

По химическому строению аминокислоты делятся на двухосновные, двухкислотные и нейтральные с алифатическими или ароматическими боковыми цепями, что имеет важное значение для их транспорта, поскольку каждый класс аминокислот обладает специфическими переносчиками. Аминокислоты с аналогичным строением обычно вступают в сложные, часто конкурентные взаимоотношения.

Так, ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин и триптофан) близкородственны между собой. Хотя фенилаланин является незаменимой, а тирозин синтезируемой из него заменимой аминокислотой, наличие тирозина в рационе как будто бы «сберегает» фенилаланин. Если фенилаланина недостаточно или его метаболизм нарушен (например, при дефиците витамина С), тирозин становится незаменимой аминокислотой. Подобные взаимоотношения характерны и для серосодержащих аминокислот метионина (незаменимой) и образующегося из него цистеина.

Триптофан в ходе превращений, для которых необходим витамин В₆ (пиридоксин), включается в структуру НАД (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), то есть дублирует роль ниацина. Приблизительно половина обычной потребности в ниацине удовлетворяется за счет триптофана: 1 мг ниацина пищи эквивалентен 60 мг триптофана. Поэтому состояние пеллагры может развиваться не только при недостатке витамина РР в рационе, но и при нехватке триптофана или нарушении его обмена, в том числе вследствие дефицита пиридоксина.

Аминокислоты делятся на глюкогенные и кетогенные в зависимости от того, могут ли они при определенных условиях становиться предшественниками глюкозы или кетоновых тел (табл. 3.1).

Поступление азотсодержащих веществ с пищей происходит в основном за счет белка, в менее значимых количествах — за счет свободных аминокислот и других соединений. В животной пище основное количество азота содержится в виде белка. В продуктах растительного происхождения большая часть азота представлена небелковыми соединениями; в этих продуктах также содержится множество аминокислот, которые не встречаются в организме человека и зачастую не могут метаболизироваться им.*

Человек не нуждается в поступлении с пищей нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые основания синтезируются в печени из аминокислот, а избыток этих оснований, поступивших с пищей, выводится в виде мочевой кислоты. В синтезе пиримидиновых колец принимает участие витамин B₁₂, для образования пуриновых структур необходима фолиевая кислота. Именно поэтому дефицит этих нутриентов отражается прежде всего на органе с высоким уровнем пролиферации, где идет наиболее интенсивный синтез нуклеиновых кислот, кроветворной ткани.

Обычный (но не оптимальный) ежедневный прием белка среднестатистическим человеком составляет приблизительно 100 г. К ним присоединяется примерно 70 г белка, сегрегируемого в полость ЖКТ. Из этого количества абсорбируется около 160 г. Самим организмом в сутки синтезируется в среднем 240-250 г белка. Такая разница между поступлением и эндогенным преобразованием свидетельствует об активности процессов ресинтеза (рис. 3.1).

Для здорового человека характерно состояние азотного равновесия, когда потери белка (с мочой, калом, эпидермисом и т. п.) соответствуют его количеству, поступившему с пищей. При преобладании катаболических процессов возникает отрицательный азотный баланс, который характерен для низкого потребления азотсодержащих веществ (низкобелковые рационы, голодание, нарушение абсорбции белка) и многих патологических процессов, вызывающих интенсификацию распада (опухоли, ожоговая болезнь и т. п.). При доминировании синтетических процессов количество вводимого азота преобладает над его выведением — и возникает положительный азотный баланс, характерный для детей, беременных женщин и реконвалесцентов после тяжелых заболеваний.

После прохождения энтерального барьера белки поступают в кровь в виде свободных аминокислот. Следует отметить, что клетки слизистой оболочки ЖКТ могут метабол изировать некоторые аминокислоты (в том числе глутамовую и аспаргиновую кислоту в аланин). Способность энтероцитов видоизменять эти аминокислоты, возможно, позволяет избежать токсического эффекта при их избыточном введении.

Аминокислоты, поступившие в кровь при переваривании белка и синтезированные в клетках, в крови образуют постоянно обновляющийся свободный пул аминокислот, который составляет около 100 г.

75% аминокислот, находящихся в системной циркуляции, представлены аминокислотами с ветвящимися цепями (лейцином, изолейцином и валином). Из мышечной ткани в кровоток выделяются аланин, который является основным предшественником синтеза глюкозы, и глутамин. Многие свободные аминокислоты подвергаются трансформации в печени. Часть свободного пула инкорпорируется в белки организма и при их катаболизме вновь поступает в кровоток. Другие аминокислоты непосредственно подвергаются катаболическим реакциям. Некоторые свободные аминокислоты используются для синтеза новых азотсодержащих соединений (пурина, креатинина, адреналина) и в дальнейшем деградируют, не возвращаясь в свободный пул, в специфичные продукты распада.

Печень обеспечивает постоянство содержания различных аминокислот в крови. Она утилизирует примерно 1/3 всех аминокислот, поступающих в организм, что позволяет предотвратить скачки в их концентрации в зависимости от питания. Первостепенная роль печени в азотном и других видах обмена обеспечивается ее расположением: продукты переваривания попадают по воротной вене непосредственно в этот орган. Кроме того, печень непосредственно связана с экскреторной системой — билиарным трактом, что позволяет выводить некоторые соединения в составе желчи. Гепатоциты — единственные клетки, обладающие полным набором ферментов, участвующих в аминокислотном обмене. Здесь выполняются все основные процессы азотного метаболизма:

Печень является основным местом деградации большинства незаменимых аминокислот (за исключением аминокислот с ветвящимися цепями).

Синтез азотсодержащих соединений (белка и нуклеиновых кислот) в печени весьма чувствителен к поступлению их предшественников из пищи. После каждого приема пищи наступает период повышенного внутрипеченочного синтеза белков, в том числе альбумина. Аналогичное усиление синтетических процессов происходит и в мышцах. Эти реакции связаны прежде всего с действием инсулина, который сегрегируется в ответ на введение аминокислот и/или глюкозы. Некоторые аминокислоты (аргинин и аминокислоты с ветвящимися цепями) усиливают продукцию инсулина в большей степени, чем остальные. Другие (аспаргин, глицин, серин, цистеин) стимулируют секрецию глюкагона, который усиливает утилизацию аминокислот печенью и воздействует на ферменты глюконеогенеза и аминокислотного катаболизма. Благодаря этим механизмам происходит снижение уровня аминокислот в крови после поступления их с пищей. Действие инсулина наиболее выражено для аминокислот, содержащихся в кровотоке в свободном виде (аминокислоты с ветвящимися цепями), и малозначимо для тех, которые транспортируются в связанном виде (триптофан). Обратное инсулину влияние на белковый метаболизм оказывают глюкокортикостероиды.

Печень обладает повышенной скоростью синтеза и распада белков по сравнению с другими тканями организма (кроме поджелудочной железы). Это позволяет ей синтезировать «на экспорт», а также быстро обеспечивать лабильный резерв аминокислот в период недостаточного питания за счет распада собственных белков. Особенность внутрипеченочного белкового синтеза заключается в том, что он усиливается под действием гормонов, которые в других тканях производят катаболический эффект. Так, при голодании белки мышц, чтобы обеспечить организм энергией, подвергаются распаду, а в печени одновременно усиливается синтез белков, являющихся ферментами глюконеогенеза и мочевинообразования.

Прием пищи, содержащей избыток белка, приводит к интенсификации синтеза в печени и мышцах, к образованию избыточных количеств альбумина и деградации излишка аминокислот до предшественников глюкозы и липидов. Глюкоза и триглицериды утилизируются как горючее или депонируются, а альбумин становится временным хранилищем аминокислот и средством их транспортировки в периферические ткани.

При голодании уровень альбумина прогрессивно снижается, а при последующей нормализации поступления белка медленно восстанавливается. Поэтому хотя альбумин и служит показателем белковой недостаточности, он низкочувствителен и не реагирует оперативно на изменения в питании (см. гл. 13 «Оценка состояния питания»).

Семь из десяти эссенциальных аминокислот деградируют в печени (либо образуя мочевину, либо впоследствии используясь в глюконеогенезе). Мочевина преимущественно выделяется с мочой, но часть ее поступает в просвет кишечника, где подвергается урсазному воздействию микрофлоры. Аминокислоты с ветвящимися цепями катаболизируются в основном в почках, мышцах и головном мозге.

Мышцы синтезируют ежедневно 75 г белка. У среднего человека они содержат 40% всего белка организма. Хотя белковый метаболизм происходит здесь несколько медленнее, чем в других тканях, мышечный белок представляет собой самый большой эндогенный аминокислотный резерв, который при голодании может использоваться для глюконеогенеза.

В отсутствие пищи синтез альбумина и мышечного белка замедляется, но продолжается деградация аминокислот. Поэтому на начальном этапе голодания мышцы теряют аминокислоты, которые идут на энергетические нужды. В дальнейшем организм адаптируется к отсутствию новых поступлений аминокислот (снижается потребность в зависящем от белка глюконеогенезе за счет использования энергетического потенциала кетоновых тел) — и потеря белка мускулатуры уменьшается.

Мышцы являются основной мишенью воздействия инсулина (в них под его влиянием усиливается поступление аминокислот, увеличивается синтез мышечного белка и снижается распад).

В процессе превращений в мышцах образуются аланин и глутамин, их условно можно считать транспортными формами азота. Аланин непосредственно из мышц попадает и печень, а глутамин сначала поступает в кишечник, где частично превращается в аланин. Поскольку в печени из аланина происходит синтез глюкозы, частично обеспечивающий мышцу энергией, возникающий кругооборот получил название глюкозо-аланинового цикла.

К азотсодержащим веществам мыщц также относятся высокоонергетичный креатин-фосфат и продукт его деградации — креатинин. Экскреция креатинина обычно рассматривается как мера мышечной массы. Однако это соединение может поступать в организм с высокобелковой пищей и влиять на содержание его в моче, что покажут результаты исследования. Продукт распада миофибриллярных белков — 3-метилгистидин — экскретируется с мочой в течение короткого времени и служит достаточно точным показателем скорости распада в мышцах (при мышечном истощении скорость его выхода пропорционально снижается).

Почки выводят конечные продукты азотного распада (мочевину, креатинин и др.), но, кроме того, в них происходит ресинтез глюкозы из аминокислот, а также они регулируют образование аммиака, компенсируя избыток ионов водорода в крови. Глюконеогенез и функционирование кислотно-щелочной регуляции тесно скоординированы, поскольку субстраты этих процессов появляются при дезаминировании аминокислот: углерод — для синтеза глюкозы, азот — для аммиака. Существует даже мнение, что именно производство глюкозы оказывается основной реакцией почек на ацидоз, а образование аммиака происходит вторично.

Для нервной ткани характерны более высокие, чем в плазме, концентрации аминокислот. Это позволяет обеспечить мозг достаточным количеством ароматических аминокислот, являющихся предшественниками нейромедиаторов. Некоторые заменимые аминокислоты, такие как глутамат, из которого при участии пиридоксина образуется γ-аминомасляная кислота (ГАМК), и аспартат, также влияют на возбудимость нервной ткани. Их концентрация здесь высока, при этом заменимые аминокислоты способны синтезироваться местно.

Специфическую роль играет триптофан, являющийся предшественником серотонина. Именно с повышением концентрации триптофана (а следовательно и серотонина) связана сонливость после еды. Такой эффект особенно выражен при приеме больших количеств триптофана совместно с углеводистой пищей. Повышенная секреция инсулина снижает в крови уровень аминокислот с ветвящимися цепями (которые при преодолении барьера «кровь — мозг» вступают в конкурентные отношения с ароматическими аминокислотами), но в то же время не оказывает влияния на концентрацию связанного с альбумином триптофана. Благодаря подобным эффектам препараты триптофана могут использоваться в психиатрической практике.

Ограничение ароматических аминокислот в рационе (в связи с их влиянием на центральную нервную систему) имеет профилактическое значение при ведении пациентов с печеночной энцефалопатией. Элементные аминокислотные диеты с преимущественным содержанием лейцина, изолейцина, валина и аргинина помогают избежать развития белковой недостаточности у гепатологических больных и в то же время не приводят к возникновению печеночной комы.

Основные пластические функции нротеиногенных аминокислот перечислены в табл. 3.2.

Метаболизм белка в организме тесно связан с витамином В₆, который является кофактором ферментов трансаминирования, обеспечивающих синтез заменимых и первый этап катаболизма всех аминокислот. Поэтому повышенный уровень потребления белка требует адекватного повышения количества пиридоксина.

Углеводы

Углеводы — это полиатомпые альдегидо- или кетоспирты, которые подразделяются в зависимости от количества мономеров на моно-, олиго- и полисахариды (табл. 3.3).

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), олигосахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и перевариваемые полисахариды (крахмал, гликоген) являются основными источниками энергии, а также выполняют пластическую функцию.

Неперевариваемые полисахариды (целлюлоза, гем и целлюлоза и др.), или пищевые волокна, играют в питании важнейшую роль, участвуя в формировании каловых масс, регулируя моторную функцию кишечника, выступая в качестве сорбентов (табл. 3.4). Пектины (коллоидные полисахариды) и пропектины (комплексы пектинов с целлюлозой), камеди, слизи используются в диетотерапии в связи с их детоксицирующим эффектом. К пищевым волокнам относят и не являющийся углеводом лигнин.

Перевариваемые углеводы в тонком кишечнике расщепляются до дисахаридов, а далее путем пристеночного пищеварения — до моносахаридов (рис. 3.2).

Всасывание моносахаров происходит путем облегченной диффузии и активного транспорта, что обеспечивает высокую их абсорбцию даже при низкой концентрации в кишечнике. Основным углеводным мономером является глюкоза, которая изначально доставляется в печень по системе воротной вены, а далее или метаболизируется в ней, или поступает в общий кровоток и доставляется в органы и ткани.

Метаболизм глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо-6-фосфата, который, в отличие от свободной глюкозы, не способен покидать клетку. Дальнейшие превращения этого соединения идут в следующих направлениях:

Таким образом, метаболизм глюкозы может происходить по разным направлениям, связанным с ее энергетическим потенциалом, пластическими возможностями или способностью депонироваться.

Обеспечение тканей глюкозой как энергетическим материалом происходит за счет экзогенных сахаров, использования запасов гликогена и синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников. В базальном (доабсорбциониом) состоянии печень вырабатывает глюкозу со скоростью, равной ее утилизации во всем организме. Примерно 30% производства глюкозы печенью происходит за счет гликогенолиза, а 70% — как результат глюконеогенеза. Общее содержание гликогена в организме составляет примерно 500 г. Если нет экзогенного поступления глюкозы, запасы гликогена истощаются через 12-18 часов. При отсутствии резервного гликогена в результате голодания резко усиливаются процессы окисления другого энергетического субстрата жирных кислот. Одновременно увеличивается скорость глюконеогенеза, направленного в первую очередь на обеспечение глюкозой головного мозга, для которого она является основным источником энергии.

Синтез глюкозы происходит из аминокислот, лактата, пирувата, глицерина и жирных кислот с нечетной углеродной цепью. Большинство аминокислот способны быть предшественниками глюкозы, однако основную роль при этом, как сказано выше, играет аланин. Из аминокислотных источников происходит синтез примерно 6% эндогенной глюкозы, из глицерина, пирувата и лактата, соответственно, 2%, 1% и 16%. Вклад жирных кислот в глюконсогенез малозначим, поскольку лишь небольшой процент их имеет нечетное углеродное число.

В постабсорбционном состоянии печень из органа, вырабатывающего глюкозу, превращается в орган запасающий. При повышении концентрации глюкозы скорость ее утилизации периферическими тканями почти не изменяется, поэтому основным механизмом элиминации ее из кровотока является именно депонирование. Только небольшая часть избыточной глюкозы непосредственно участвует в липогенезе, который происходит в печени и жировой ткани. Эти особенности углеводного метаболизма становятся значимыми при парентеральном введении высококонцентрированных растворов глюкозы.

Обмен глюкозы в мышцах по сравнению с печенью имеет редуцированный характер. Ведь печень обеспечивает углеводами все органы и ткани, а мышцы работают в соответствии с принципом самообслуживания. Здесь происходит создание запаса гликогена в состоянии покоя и использование его и вновь поступающей глюкозы при работе. Запасы гликогена в мышцах не превышают 1% от их массы. Основные энергетические потребности интенсивно работающей мускулатуры удовлетворяются за счет окисления продуктов обмена жиров, а глюкоза используется здесь гораздо в меньшей степени. В процессе гликолиза из нее образуется пируват, который утилизируют скелетные мышцы. При повышении уровня работы мышечная ткань вступает в анаэробные условия, преобразуя пируват в лактат. Тот диффундирует в печень, где используется для глюкозного ресинтеза, а также может окисляться в миокарде, который практически всегда работает в аэробных условиях.

Регуляция содержания глюкозы в крови осуществляется гормонами — инсулином, глюкагоном, глюкокортикостероидами, адреналином, соматостатином. Инсулин играет ключевую роль в регуляции углеводного метаболизма, обеспечивая поступление глюкозы в клетку, активируя ее транспорт через клеточные мембраны, ускоряя окисление. Кроме того, он стимулирует гликогенообразование, липо- и протеиногенез. Одновременно тормозится гликогенолиз, липолиз и глюконеогенез. Глюкагон, наоборот, активирует процессы, ведущие к росту концентрации глюкозы в крови. Глюкокортикостероиды повышают уровень гликемии, стимулируя процессы продукции глюкозы печенью. Адреналин усиливает мобилизацию гликогена. Соматотропный гормон увеличивает секрецию и глюкагона, и инсулина, что ведет как к увеличению депонирования глюкозы, так и к усилению утилизации. Соматостатин тормозит продукцию соматотропина и опосредованно сдерживает выработку инсулина и глюкагона.

Специфические превращения других перевариваемых углеводов по сравнению с глюкозой имеют меньшее значение, поскольку в основном их метаболизм происходит через образование глюкозы. Отдельное значение придается фруктозе, которая также является быстроутилизируемым источником энергии и (как глюкоза, но более мягко) участвует в липогенезе. При этом утилизация не перешедшей в глюкозофосфат фруктозы не требует стимуляции инсулином, соответственно, она легче переносится при нарушении толерантности к глюкозе.

Пластическая функция углеводов заключается в их участии в синтезе гликопротеинов и гликолипидов, а также в возможности выступать предшественниками триглицеридов, заменимых аминокислот, использоваться при построении многих других биологически значимых соединений.

Жиры (липиды), представленные в организме в основном триглицеридами (соединениями глицерина и жирных кислот), представляют собой наиболее важный энергетический субстрат. Благодаря высокой калорической плотности (в среднем 9 ккал/г по сравнению с 4 ккал/г у глюкозы) жиры составляют более 80% энергетических запасов в организме. Энергетическая ценность отдельных триглицеридов определяется длиной углеродных цепей жирных кислот, поэтому при использовании специализированных энтеральных и парентеральных продуктов их калорийность может быть ниже средней (например, у препаратов триглицеридов со средней углеродной цепью 8 ккал/г). При нормальном питании жиры обеспечивают до 40% общей калорийности питания.

Жирные кислоты подразделяются на насыщенные и ненасыщенные (содержащие двойные химические связи). Источником насыщенных жирных кислот является преимущественно животная пища, ненасыщенных продукты растительного происхождения.

Пищевая ценность жировых продуктов определяется их триглицеридным спектром и наличием других факторов липидной природы. Синтез насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот возможен в организме человека.

Особое значение в диетологии придается ненасыщенным жирным кислотам (НЖК), являющимся эссенциальными факторами питания. Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), выполняющие в организме важнейшие функции (это предшественники ряда биологически активных веществ), должны поступать экзогенно (табл. 3.5). К эссенциальным жирным кислотам относятся линолевая и линоленовая. Линолевая кислота метаболизируется в организме в арахидоновую кислоту, а линоленовая — в эйкозапентаеновую и докозагексаеновую кислоты, которые могут поступать в организм с мясными и рыбными продуктами, но в незначительных количествах. Линолевая кислота и образуемая из нее арахидоновая кислота относятся к омега-6-жирным кислотам, линоленовая кислота и продукты ее метаболизма (эйкозапентаеновая и докозагексаеновая) — омега-3-жирные кислоты. Дефицит эссенциальных жирных кислот в рационе вызывает прежде всего нарушение биосинтеза арахидоновой кислоты, которая входит в большом количестве в состав структурных фосфолипидов и простагландинов. Содержание линолевой и линоленовой кислоты во многом определяет биологическую ценность пищевых продуктов. Недостаточность эссенциальных жирных кислот развивается в основном у больных, находящихся на полном парентеральном питании без применения жировых эмульсий.

При обработке растительных масел — производстве маргаринов — происходит изомеризация ненасыщенных жирных кислоте созданием трансизомеров, которые утрачивают некоторые биологические функции своих предшественников.

Триглицериды со средней длиной углеродной цепи (среднецепочечные триглицериды, СЦТ; medium chain triglycerides, МСТ) имеют более высокую усвояемость, чем другие виды триглицеридов. Они гидролизируются в кишечнике без участия желчи, больше атакуются липазами. Кроме того, введение среднецепочечных триглицеридов оказывает гипохолестеринемический эффект, так как они не участвуют в мицеллообразовании, необходимом для всасывания холестерина. Недостатком применения препаратов, содержащих триглицериды со средней длиной углеродной цепи, является то, что они используются исключительно как энергетический (но не пластический) субстрат. Кроме того, окисление таких жирных кислот приводит к интенсивному накоплению кетоновых тел и может усугубить ацидоз.

Стерины и фосфолипиды не относятся к эссенциальным факторам питания, но играют важнейшую роль в метаболизме.

Фосфолипиды являются незаменимыми компонентами организма. Основная их роль — обеспечение фундаментальной структуры мембраны как барьера проницаемости. Биосинтез структурных фосфолипидов в печени направлен на обеспечение ими самой печени и других органов. Фосфолипиды оказывают липотропное действие, способствуя мицеллообразованию жиров в пищеварительном тракте, транспорту их из печени, а также стабилизируя липопротеины.

Стерины в животных продуктах представлены холестерином, а в растительных смесью фитостеринов.

Холестерин является структурным компонентом мембран и предшественником стероидов (гормонов, витамина D, желчных кислот). Пополнение запасов холестерина происходит за счет кишечной абсорбции и биосинтеза (1 г/сут). Количество всасывающегося в кишечнике холестерина ограниченное (0,3-0,5 г/сут), при излишнем содержании в пище он выводится с фекалиями. Абсорбция холестерина ингибируется его растительными структурными аналогами — фитостеринами. Сами фитостерины тоже могут включаться в эндогенные липидные образования, но их участие минимально. При избыточном поступлении холестерина с пищей его синтез в печени, кишечнике и коже практически прекращается.

Поступающий из кишечника в составе хиломикронов холестерин в значительной степени задерживается в печени, где используется в синтезе желчных кислот и для построения мембран гепатоцитов. В составе желчи в результате реабсорбции в организм возвращается около 40% жиров. Не подвергшиеся обратному всасыванию в кишечнике холестерин и желчные кислоты — это основной путь выведения холестерина из организма (рис. 3.3).

В кровотоке липиды существуют в составе транспортных форм: хиломикронов, липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). В эптероцитах образуются хиломикроны и ЛПОНП, в гепатоцитах — ЛПОНП и ЛПВП, в плазме крови — ЛПВП и ЛПНП.

Хиломикроны и ЛПOНП транспортируют преимущественно триглицериды, а ЛПНП и ЛПВП холестерин. Холестеринсодержащие липопротеины регулируют баланс холестерина в клетках: ЛПНП обеспечивают потребности, а ЛПВП предупреждают избыточное накопление.

Различают пять типов дислинопротеинемий. I тип связан с нарушением лизиса хиломикронов, IIа тип — результат нарушения распада ЛПНП и снижения поступления холестерина в клетку, II тип характеризуется замедлением распада ЛПОНП, IV тип связан с усилением синтеза триглицеридов в печени в результате гиперинсулинизма; механизмы развития типов IIб и V точно неизвестны.

На состав триглицеридов и липопротеинов выраженное влияние оказывает состав пищи. Продукты животного происхождения, включающие преимущественно насыщенные жирные кислоты и холестерин, оказывают атерогенный эффект, повышают содержание в крови ЛПBП и триглицеридов. Наоборот, ПНЖК (их источник растительные масла) и особенно омега-3 жирные кислоты (содержащиеся в жире рыб) оказывают профилактическое действие (табл. 3.6).

Как и при метаболизме углеводов, ведущую роль в липидном обмене играет печень. Исключительно в печени локализованы такие процессы, как биосинтез холестерина, желчных кислот и фосфолипидов. В обмене других липидов она выполняет модифицирующие и регуляторные функции. В отличие от богатых запасов гликогена, печень практически не содержит собственных резервов триглицеридов (менее 1%), однако занимает ключевую позицию в процессах мобилизации, потребления и синтеза жиров в других тканях. Такая ее роль основана на том, что практически все потоки обмена жиров проходят через печень: липиды пищи в виде хиломикронов поступают в нее через общий кровоток по печеночной артерии; свободные жирные кислоты, мобилизованные из жировых депо, переносятся в виде комплексов с альбумином; соли желчных кислот, реабсорбируясь в кишечнике, вновь поступают по воротной вене.

Энергетический потенциал липидов обеспечивает более половины основной энергетической потребности большинства тканей, что особенно выражено в условиях голода. При голодании или снижении утилизации глюкозы триглицериды жировой ткани гидролизируются в жирные кислоты, которые в таких органах, как сердце, мышцы и печень, подвергаются интенсивному (3-окислению с образованием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Продуктами неполной утилизации жиров печенью являются кетоновые тела. К ним относятся ацетоуксусная кислота, p-оксибутират и ацетон. В норме кетоны образуются в незначительном количестве и полностью утилизируются как источник энергии нервной тканью, скелетными и висцеральными мышцами. В условиях ускоренного катаболизма жирных кислот и/или снижения утилизации углеводов синтез кетонов может превысить возможности их окисления внепеченочными органами и привести к развитию метаболического ацидоза. Ингибирующее влияние на кетоногенез оказывают углеводы рациона.

Головной мозг и нервная ткань практически не используют жиры как источник энергии, так как здесь не происходит р-окисления. Однако эти ткани могут использовать кетоновые тела. В норме доля процессов окисления кетоновых тел незначительна по сравнению с катаболизмом глюкозы. Однако в условиях голодания кетоновые тела становятся важным альтернативным источником энергии.

Кетоны используются и мышцами наряду с происходящей здесь утилизацией глюкозы и (3-окислением. При незначительной физической нагрузке мышцы окисляют в основном углеводы; увеличение интенсивности и длительности работы требует преобладания катаболизма жиров; (3-окисление в большинстве тканей стимулируется переносчиком липидов карнитином, но особенно весомое значение он имеет для мышечной ткани.

Свободнорадикальные формы кислорода вызывают процессы перикисного окисления, которому в первую очередь подвержены полиненасыщенные жирные кислоты. Это физиологический процесс, обеспечивающий регуляцию активности клеток. Однако при избыточном образовании свободных радикалов их окислительная активность приводит к нарушению структуры и гибели клетки. Для ограничения перикисного окисления существует система антиоксидантной защиты, которая ингибирует образование свободных радикалов и разлагает токсичные продукты их окисления. Функционирование этой системы во многом зависит от алиментарно поступающих антиоксидантов (токоферолов, селена, серосодержащих аминокислот, аскорбиновой кислоты, рутина).

Синтез жирных кислот (за исключением эссенциальных) может происходить из любых веществ, для которых конечным продуктом метаболизма является ацетил-КоА, но основным источником липогенеза служат углеводы. При излишнем количестве глюкозы в печени (после еды) и достаточных запасах гликогена глюкоза начинает разлагаться до предшественников жирных кислот. То есть если потребление углеводов превышает энергетические потребности организма, их избыток в дальнейшем превращается в жиры.

Регуляция метаболизма жирных кислот и глюкозы тесно связаны; повышенное окисление жирных кислот ингибирует утилизацию глюкозы. Поэтому инфузия жировых эмульсий с соответственным повышением уровня свободных жирных кислот в крови ослабляет действие инсулина на утилизацию глюкозы и стимулирует печеночный глюконеогенез. Этот момент немаловажен при парентеральном питании больных с изначально нарушенной толерантностью к глюкозе.

Взаимосвязь между обменом основных нутриентов осуществляется за счет существования общих предшественников и промежуточных продуктов метаболизма. Наиболее важным общим продуктом метаболизма, участвующим во всех обменных процессах, является ацетил-КоА (рис. 3.4). Поток веществ от углеводных и белковых источников через ацетил-КоА в сторону липогенеза имеет однонаправленный характер, поскольку в организме не существует механизма, обеспечивающего превращение этого двухуглеродного вещества в трехуглеродные соединения, необходимые для глюконеогенеза или синтеза заменимых аминокислот. Хотя при катаболизме липидов и происходит образование небольших количеств промежуточных трехуглеродных продуктов, оно малозначительно.

Общим конечным путем всех метаболических систем являются цикл Кребса и реакции дыхательной цепи. Цикл выработки лимонной кислоты связан с поставкой двуокиси углерода для реакций синтеза жирных кислот и глюконеогенеза, с образованием мочевины, пуринов и пиримидинов. Взаимосвязь между процессами углеводного и азотного обмена обусловливают промежуточные продукты цикла Кребса. Другие звенья этого цикла являются предшественниками липонеогенеза.

Как уже отмечалось выше, основную роль в метаболизме нутриентов играет печень (табл. 3.7).

Сама идея создать идеальную пищу и сделать питание идеальным, дать пищу всем голодающим, предупредить многочисленные заболевания и в конечном счете изменить природу человека казалась чрезвычайно привлекательной. Действительно, развитие человека привело в далеком прошлом к одной из величайших революций, а именно к переходу от охоты и собирательства к землепашеству, а в позднейшие времена — к индустриальному изготовлению ряда продуктов питания. Предполагалось, что создание искусственной пищи позволит восстановить экологию, при этом отпадет проблема благоприятных и неблагоприятных для урожаев погодных условий и т. д.

Тем не менее даже сейчас, в XXI в., мы не можем сказать, что намного приблизились к решению задачи, которую в начале прошлого века сформулировал Бертло. Более того, можно со всей определенностью сказать, что эта проблема не будет решена ни в настоящем столетии, ни в обозримом будущем по очень важным причинам, хотя достижения в области технологии и химии позволяют реализовать программу изготовления идеальной пищи.

В чем же причины невозможности создания идеальной пищи? Дело в том, что идея Бертло и ряд теорий физиков и химиков перекликались и хорошо согласовывались с общими тенденциями эволюции человека. Действительно, при попытках охарактеризовать пищу и режим питания человека будущего следует иметь в виду изменения социальных и экономических условий общества и возможную эволюцию структуры самого человека. Рассмотрим одно из крупнейших обобщений, сделанное выдающимся советским эволюционистом A. П. Быстровым. Он, опираясь на закономерности предшествующей эволюции, охарактеризовал предполагаемую эволюцию современного человека разумного (homo sapiens) к человеку разумнейшему (homo sapientissimus), которым он должен стать через десятки или сотни тысяч лет. В конечном счете человек будущего, согласно этой гипотезе, будет иметь огромный мозг, крайне слабый и лишенный зубов челюстной аппарат (рис. 4.1), сближенные плечевой пояс и таз и вследствие этого значительно укороченный ЖКТ. Оказывается также, что существует тенденция к уменьшению количества ребер и количества пальцев кисти руки (причем последнее — за счет развития конкретных пальцев). Другими словами, у человека будущего будет одно ребро, и он будет трехпалым (рис. 4.2).

Таким образом, в ходе предполагаемой эволюции человек, не связанный с тяжелой работой, трансформируется в некий чисто мыслящий организм. Ясно, что питание такого человека должно коренным образом измениться уже в силу того, что он не сможет пережевывать пищу, а в результате укорочения ЖКТ и ослабления его функций организм будет усваивать лишь предварительно расщепленные пищевые вещества. Важно отметить: если бы эволюция человека пошла по такому пути, то тип питания, так блестяще охарактеризованный А. Франсом, стал бы обязательным.

Действительно, при атрофированном зубном аппарате и укороченном ЖКТ другое питание было бы невозможно. Возникает вопрос: ожидают ли нас такая эволюция и идеальное питание?

Идея идеальной пищи и идеального питания в целом основана на строгих научных постулатах. Ее научная форма развивалась на базе классической теории, получившей название теории сбалансированного питания, которая формировалась под влиянием работ крупнейших ученых, начиная с Лавуазье и Гельмгольца и заканчивая естествоиспытателями XX в. В нашей стране теорию сбалансированного питания детально и очень успешно разрабатывал академик А. А. Покровский. Главное положение этой теории заключалось в подставлении о том, что питание — это процесс поддержания и уравновешивания молекулярного состава организма, то есть процесс возмещения тех расходов, которые происходят в организме в связи с основным обменом, работой, а у молодых организмов — еще и с ростом. В результате поглощения и переваривания разных пищевых веществ из них извлекаются необходимые компоненты и отбрасывается балласт. Соотношение пищевых веществ, поступающих в организм с рационом, должно быть хорошо сбалансированным. При этом существует равновесие между количеством и спектром поступающих и теряемых веществ. При помощи специальных механизмов такое равновесие поддерживается очень точно. В сущности, речь идет о том, что благодаря специальным чувствительным системам улавливаются потери организмом соответствующих веществ, что приводит к трансформации пищевой активности, специализированному выбору разных видов пищи и т. д.

Иными словами, теория сбалансированного питания базируется па применении основных законов сохранения материи и энергии к биологическим системам. Применительно к живым организмам эти законы можно сформулировать как законы сохранения молекулярного состава данных организмов.

Считается, что пища состоит из нескольких компонентов:

В конце XIX — начале XX и. наметилась основная концепция, касающаяся усовершенствования технологии питания. Так, уже в конце XIX в. возникла идея отбрасывания балластных веществ и формирования максимально обогащенной пищи, состоящей только из полезных всасываемых веществ нутриентов. В начале XX в. многие видные ученые полагали, что можно создать идеальную пищу, которая в виде питательных порошков вводилась бы в ЖКТ.

В окончательном виде теория сбалансированного питания, основанная на балансных подходах к оценке пищи и режиме питания, была сформулирована в конце XIX начале XX вв., причем она сохраняет свое значение до настоящего времени. Особенно хорошо эта теория иллюстрируется на примере диких животных, инстинкты которых позволяют им поддерживать структуру своего тела с необычайной точностью и удивительным постоянством. Что касается человека, то в результате воспитания (часто неправильного), традиций, предрассудков он в значительной мере утратил эти инстинкты, поэтому ему нужны дополнительные рекомендации. Теория сбалансированного питания и дает такие рекомендации, которые, в сущности, лежат в основе рационального питания.

Однако в целом рациональное питание — это в большинстве случаев не идеальное питание, а компромиссное (если можно так сказать) между теоретически возможным оптимальным питанием и питанием, обусловленным реальными ситуациями (социальными, климатическими и др.), которые существуют в настоящее время. Поэтому задача ученых и экономистов сводится к обоснованию двух типов питания: теоретически оптимального и реального, или рационального.

В настоящее время доминируют идеи оптимизации питания человека, основанные на современной теории сбалансированного питания. В основу этой теории положены следующие постулаты:

Таким образом, основные посылки теории сбалансированного питания ясны. Эта теория была одной из первых (если не первой) молекулярных физико-химических теорий в биологии и медицине и во многом послужила развитию новых идей и прогнозов в области питания. Более того, на основе теории сбалансированного питания были получены важнейшие практические и теоретические результаты, в частности, были открыты необходимые для жизнедеятельности организма незаменимые аминокислоты, витамины, минеральные соли, микроэлементы и т. д. Наконец, теория сбалансированного питания служит научной базой для перехода от сельскохозяйственного производства продуктов питания к промышленному. Преимущества последнего, как упомянуто выше, отмечал академик А. Н. Несмеянов.

Все крупнейшие достижения современной пищевой промышленности и современного питания — следствие поразительной по красоте и простоте теории сбалансированного питания. Так, благодаря ей были преодолены многие дефекты и болезни, связанные с недостатком витаминов, незаменимых аминокислот, микроэлементов и т. д., созданы и научно обоснованы рационы питания для разных групп населения, учитывающие физическую нагрузку, функциональное состояние организма, климатические и другие условия жизни.

На основе теории сбалансированного питания разработаны практические рекомендации, связанные с пищевыми ресурсами и питанием. На ней базируются все промышленные, агротехнические и медицинские разработки, которые сводятся к улучшению свойств потребляемой пищи за счет увеличения содержания нутриентов на фоне уменьшения доли балластных веществ. На этом принципе построена технология современной переработки продуктов животноводства и растениеводства, в том числе зерновых культур, а также приготовление очищенных муки и хлеба, рафинированных сахара, масла, соков и т. д.

Сейчас понятно, что практические следствия и рекомендации теории сбалансированного питания, к сожалению, стимулировали развитие ряда заболеваний, которые занимают первые места в цивилизованном человеческом обществе. Это обстоятельство можно объяснить тем, что идея улучшенной, обогащенной пищи лишь на первый взгляд прекрасна и гуманна. Действительно, можно создать идеальную пищу, есть возможность хранить не огромное количество пищевых продуктов, а, отбросив балласт, лишь ту их часть, которая необходима для питания; можно перевозить из одной части света в другую не все продукты, а только их компоненты, представляющие пищевую ценность, и т. д. Однако на самом деле оказалось, что рафинированные пищевые продукты по многим признакам дефектны, а обогащенная пища, как уже сказано, служит причиной многих заболеваний. К таким заболеваниям относятся те, с которыми мы боремся много лет (см. табл. 4.1). В качестве другого примера можно привести болезнь бери-бери, распространенную в тех странах, где рис — основной продукт питания. В соответствии с теорией сбалансированного питания малоусвояемая поверхность риса удалялась как балласт. Но потом выяснилось, что именно она содержит один из необходимых витаминов — В₁, отсутствие которого приводит к атрофии мышечного аппарата, сердечно-сосудистым нарушениям и пр.

Из теории сбалансированного питания следует важный вывод, заключающийся в возможности прямого (парентерального) питания, то есть питания непосредственно через кровь. Первоначально предполагалось, что главная трудность прямого питания обусловлена сложностями очистки необходимых компонентов пищи, вводимых в кровь. Эти технические трудности были преодолены химиками и технологами. Тем не менее после внутривенного введения даже хорошо очищенных питательных веществ возникают некоторые дефекты. Поэтому парентеральное питание, параллельное желудочно-кишечному, которое во многих случаях спасает больного, не сможет стать питанием здорового человека.

Наиболее полное выражение идея идеальной пищи получила в так называемом элементном (мономерном) питании. Эта идея, казавшаяся чрезвычайно важной, сводилась к тому, что потребляемую пищу следует заменить веществами, поступающими из ЖКТ в кровь и участвующими в обмене веществ. К таким веществам относятся конечные продукты переваривания пищи — глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты и др. Другими словами, пища должна состоять из набора моносахаридов, заменяющих олиго- и полисахариды, набора аминокислот, заменяющих белки, набора жирных кислот и т. д. В элементные диеты входят также различные соли, микроэлементы, витамины. Предварительные эксперименты на животных и наблюдения за человеком демонстрировали широкие возможности элементной диеты. Теоретический анализ показывал: можно управлять потоком пищевых веществ, который связан с определенным составляющим компонентом, что исключается при питании естественными продуктами. Следовательно, элементное питание, по всей видимости, давало ряд ценных преимуществ.

Следует заметить, что концепция питания в космосе была разработана на основе теории сбалансированного питания. Несмотря на значительные различия во взглядах разных авторов, в 1970-х гг. было решено, что космонавты при длительных полетах смогут использовать именно элементные диеты, содержащие оптимальный набор необходимых элементов и минимум балластных веществ. Ряд таких диет разработал один из руководителей американской программы элементного питания профессор Уинитц (Winitz). Он был настроен весьма оптимистически и писал, что на Марс люди полетят благодаря элементному питанию.

Однако идея элементного питания здорового человека потерпела фиаско. Было обнаружено, что оно обладает определенными недостатками, которых не заметили американские ученые во главе с профессором Уинитцем. Вскоре стало понятно, почему сначала именно в США были получены столь блестящие результаты в опытах, в которых сопоставлялось влияние на организм элементных и обычных полимерных диет. В наших лабораториях эксперименты были поставлены на здоровых добровольцах (на энтузиастах), тогда как американские ученые проводили свои опыты на заключенных. У последних появлялась перспектива досрочного освобождения, и этот психологический фактор оказал существенное влияние на результаты экспериментов. Когда в США были проведены повторные исследования уже на добровольцах, то было обнаружено, как констатировал профессор Уинитц, что не только до Марса, но и до Луны при питании элементным рационом добраться не удастся.

В то же время элементные диеты не противопоказаны. Они просто не могут длительное время замещать нормальный рацион. Но при некоторых заболеваниях и в определенных ситуациях (стресс, спортивные соревнования, специальные условия работы, климатические условия и др.) весьма целесообразно заменять часть пищи ее элементами. В настоящее время такая замена успешно реализуется, и можно даже рекомендовать временный переход на элементные диеты.

Вместе с тем стало совершенно очевидно, что в ходе эволюции человек приспособился не к элементным (мономерным), а к полимерным рационам, то есть к той пище, которую он потреблял многие тысячи лет.

Таким образом, экспериментальная проверка ряда выводов, вытекающих из классической теории, а также фундаментальные открытия в биологии привели к формированию новой теории — теории адекватного питания.

До середины XX в. считалось, что усвоение пищи протекает но двухзвенной схеме: полостное пищеварение → всасывание. Это классическое представление об ассимиляции пищи сложилось в результате исследований таких выдающихся ученых, как К. Бернар, Р. Гейденгайн, И. П. Павлов, В. Бейлисс, Е. Старлинг. Казалось, что все основные проблемы решены, оставалось лишь изучить некоторые детали. В частности, неизвестно было, что происходит с проникающими через мембраны кишечных клеток молекулами димерами и олигомерами. Разобраться в этом удалось И. И. Мечникову, который установил, что расщепление молекул осуществляют ферменты цитоплазмы, и назвал этот процесс внутриклеточным пищеварением.

Открытие в 1958 г. мембранного пищеварения не было прямым продолжением работ Павлова и Мечникова, однако, как считал и автор открытия академик Уголев, традиции этих великих ученых — нобелевских лауреатов, глубокий анализ и дискуссии о путях эволюции полостного и внутриклеточного пищеварения были исключительно важными для интерпретации существующих фактов, которые не укладывались в рамки классического представления. В результате двухзвеннная схема усвоения пищевых веществ была заменена на трехзвенную: полостное пищеварение → мембранное пищеварение → всасывание. Внутриклеточное пищеварение, присущее низшим организмам, у высших животных служит дополнительным механизмом расщепления некоторых малых молекул и играет определенную роль на ранних этапах онтогенеза. Для лучшего понимания процесса ассимиляции пищи в целом кратко охарактеризуем все известные типы пищеварения.

Полостное пищеварение происходит в ротовой полости, в желудке и тонкой кишке, где часто сочетается с мембранным, а иногда и с внутриклеточным. Осуществляется этот тип пищеварения ферментами, которые секретируютея клетками и действуют за их пределами. Растворенные в водной фазе ферменты атакуют поглощенные организмом субстраты, разрушая преимущественно крупные молекулы и молекулярные комплексы, то есть обеспечивают начальные этапы пищеварения.

Внутриклеточное пищеварение реализуется, когда нерасщеплепные или частично расщепленные пищевые вещества проникают внутрь клеток, где гидролизуются содержащимися в цитоплазме ферментами. Существует два подтипа внутриклеточного пищеварения везикулярный и молекулярный. В первом случае проникновение вещества происходит вместе с втянутым внутрь клетки участком плазматической мембраны. В результате этого процесса — эндоцитоза — образуется везикулярная структура, которая часто сливается с лизосомой, содержащей большой набор гидролитических ферментов. В такой вновь образовавшейся структуре — фагосоме — и происходит расщепление поступивших в клетку веществ. Непереваренные остатки фагосомы выбрасываются из клетки. Следует заметить, что эндоцитоз протекает очень медленно, а потому его роль в обеспечении пищевых потребностей организма несущественна. При молекулярном пищеварении находящиеся в цитоплазме ферменты гидролизуют проникающие в клетку небольшие молекулы (димеры и олигомеры).

Мембранное пищеварение обнаружено на всех ступенях эволюционной лестницы. У человека и высших животных этот тип пищеварения осуществляется в тонкой кишке и реализуется ферментами, связанными со структурами мембран кишечных клеток. К этим ферментам относятся:

В отличие от адсорбированных панкреатических ферментов, мембранные прочно связаны с липопротеиновой мембраной микроворсинок щеточной каймы кишечных клеток, что объясняется их молекулярной структурой. Как правило, ферментативно активные белки мембраны кишечных клеток — олигомеры с большой молекулярной массой (так, молекулярная масса щелочной фосфатазы составляет 120-130 кД, олигосахаридаз — более 200 кД), как и другое трансмембранные белки, относятся к амфипатическим белкам, то есть состоят из гидрофильной (до 90-95% от основной массы) и гидрофобной частей. Гидрофильная часть выполняет каталитическую функцию, несет на себе углеводные остатки и существенно выдается над уровнем мембраны, гидрофобная пронизывает мембрану и может частично выступать на ее внутренней поверхности. Активные центры ферментов обращены в полость тонкой кишки, то есть ориентированы по отношению к мембране и водной среде. Этим мембранное пищеварение принципиально отличается от внутриклеточного и полостного типов, но оно малоэффективно по отношению к крупным молекулам и тем более их комплексам. Панкреатичсские ферменты реализуют преимущественно промежуточные этапы гидролиза пищевых веществ (углеводов, белков, жиров и т. д.), мембранные — заключительные. Мембранное пищеварение объединяет процессы полостного пищеварения и всасывания, что облегчает проникновение расщепленных продуктов в клетку. Взаимоотношение полостного и мембранного пищеварения представлено на рис. 2.2 в гл. 2 «Основы физиологии и патофизиологии пищеварения».

Мы подошли к очень важному аспекту проблемы питания, который, в сущности, стал одной из причин формирования новой теории. Речь идет о том, что исключительно плодотворная классическая теория сбалансированного питания не была достаточно эволюционной (точнее — она просто не была эволюционной и в полной мере биологичной). Именно поэтому на смену ей приходит теория адекватного питания (процесс ее формирования еще не окончен). Как следует из названия теории, ее смысл заключается, во-первых, в том, что питание должно быть не просто сбалансированным, но и подаваться в той форме, которая соответствует многим эволюционным особенностям организма. Это обстоятельство чрезвычайно важно, и его нельзя недоучитывать. Во-вторых, некоторые фундаментальные концепции питания человека должны быть рассмотрены и пересмотрены в связи с новыми достижениями в области физиологии, биохимии, медицины и биологии в целом. Ряд новых открытий в биологии и медицине продемонстрировал, что питание — не просто процесс снабжения организма пищевыми веществами, каким мы его представляли совсем недавно. Решить эту сложную проблему крайне трудно. Поэтому попытаемся осветить лишь некоторые ее важнейшие стороны.

Кризис теории сбалансированного питания и открытие неизвестных ранее физиологических механизмов (лизосомное и мембранное пищеварение, различные виды транспорта пищевых веществ, общие эффекты кишечной гормональной системы), результаты сопоставления ряда характеристик безмикробных и обычных животных, данные прямых исследований влияния элементных диет на организм привели к ревизии ряда основных положений теории сбалансированного питания. Благодаря этому были сформулированы новая теория адекватного питания и новые основополагающие постулаты.

Основные постулаты теории адекватного питания значительно отличаются от таковых теории сбалансированного питания. Однако один из них является общим. Он заключается в том, что питание поддерживает молекулярный состав организма и обеспечивает его энергетические и пластические потребности.

Другие постулаты новой теории в сжатой форме представлены ниже.

Все перечисленные постулаты взаимосвязаны и образуют совокупность новых нетрадиционных представлений, подходов и методов исследования, а также технических приемов.

Часто теорию адекватного питания критикуют за то, что она слишком «пищеварительная». Это не так. Эта теория технологична. Именно поэтому она придает большое значение механизмам, обеспечивающим ассимиляцию пищи. Такой технологический подход позволяет рассматривать ряд проблем, которые недостаточно оценивались теорией сбалансированного питания, но которые имеют решающее значение с точки зрения теории адекватного питания.

По-видимому, новая теория, открывая большие возможности, вместе с тем накладывает и определенные ограничения, требуя согласования производственных технологий с естественными технологиями живых систем.

Охарактеризуем некоторые постулаты и следствия, вытекающие из теории адекватного питания, более подробно.

Идея И. И. Мечникова о целесообразности подавления кишечной бактериальной флоры, еще недавно столь популярная, в настоящее время должна быть подвергнута коренному пересмотру. Действительно, при сопоставлении обычных и безмикробных, или стерильных (то есть лишенных кишечной микрофлоры), организмов оказалось, что последние в метаболическом, иммунологическом и даже нейрологическом отношении резко отличаются от обычных. Так, у безмикробных животных значительно недоразвита иммунная защитная система, они более чувствительны к дефектному питанию, в частности к рационам с недостаточностью незаменимых аминокислот и витаминов. Установлено также, что у людей, которые в силу каких-либо причин со дня рождения были отделены от окружающей среды и не формировали собственную бактериальную флору в кишечнике, пищевые потребности совсем иные, чем у обычных. Эти и другие факты свидетельствуют о важной роли микрофлоры ЖКТ в жизнедеятельности организма.

Эндоэкология представлена своеобразным набором тесно взаимодействующих бактерий, которые реализуют массу важных трансформаций, касающихся как эндогенных, так и экзогенных веществ. В результате трансформационных изменений указанных веществ, а также балластных пищевых волокон появляются дополнительные питательные вещества. Нe менее важно, что популяция бактерий ЖКТ реализует особый вид гомеостаза — трофостаз (греч. irophe — пища, питание), то есть поддержание постоянства трофического потока, поступающего из пищеварительного тракта во внутреннюю среду организма. В отсутствие бактериальной флоры наша трофическая устойчивость резко нарушается. Существенно также, что для поддержания нормальной эндоэкологии требуются контакты с достаточно большим коллективом людей, обладающих своей определенной бактериальной флорой. Нормальная эндоэкология может быть нарушена при различных воздействиях, что вызывает увеличение потока бактериальных метаболитов (см. рис. 4.5), провоцирует ряд тяжелых заболеваний.

Таким образом, в настоящее время совершенно очевидно, что мы постоянно получаем в какой-то мере дефектный пищевой рацион и что наша бактериальная флора помогает нам устоять против возникающих неблагоприятных условий. В то же время бактериальная флора продуцирует некоторое количество токсических веществ. Следовательно, мы все время подвергаемся двум воздействиям нашей эндоэкологии (положительному и отрицательному) и находимся одновременно как бы в двух состояниях — здоровья и болезни. Поэтому с учетом этих обстоятельств создание идеальной пищи и идеального питания совершенно нереально. Точно так же нереальна идея о возможности существования человека с редуцированным ЖКТ.

Следует иметь в виду удивительный факт: ЖКТ — это не только орган, обеспечивающий поступление необходимых веществ в организм, это эндокринный орган, который, как выяснилось, по своему значению и мощи превосходит все остальные эндокринные железы, вместе взятые. Такое открытие справедливо относится к так называемой тихой революции в биологии и медицине.

Итак, эндокринная система ЖКТ — больше, чем гипофиз, щитовидная железа, надпочечники, половые железы и другие эндокринные структуры, и продуцирует больше разных гормонов, чем упомянутые эндокринные органы. Удаление даже части эндокринной системы пищеварительного тракта приводит к гибели животного или к его чрезвычайно тяжелому заболеванию. Возникающая патология касается прежде всего общих, а не только пищеварительных функций организма. Например, после удаления двенадцатиперстной кишки наблюдаются выраженные структурные изменения таких эндокринных органов, как щитовидная железа, кора надпочечников, гипофиз, гипоталамус. Это вполне понятно, так как клетки эндокринного аппарата ЖКТ вырабатывают более 30 гормонов и гормоноподобных соединений, действующих не только на пищеварительную систему, но и на другие системы организма.

Следовательно, питание — это процесс поступления не только пищевых веществ, но и химических сигналов, которые определенным образом управляют организмом. Неудивительно поэтому, что у молодых организмов некоторый набор пищевых компонентов вызывает больший эффект, чем у старых. В последнем случае даже их более оптимальный набор может не вызывать ассимиляторных эффектов. Это объясняется тем, что, как мы подчеркивали, эндокринная система ЖКТ реализует не только пищеварительные эупептические, но и эутрофические эффекты, участвуя в регуляции ассимиляции пищи и ряда других жизненно важных функций.

В зависимости от эволюционных особенностей питания пища содержит большее или меньшее количество балластных структур, непосредственно не участвующих в обмене веществ организма. Роль этих балластных веществ, преимущественно пищевых волокон, содержащихся в овощах, фруктах, неочищенных злаках и ряде других продуктов, теорией сбалансированного питания не учитывалась. В частности, в пище человека должно быть довольно значительное количество балласта. Выяснилось, что под влиянием теории сбалансированного питания промышленность стремилась получить, например, высокоочищенные муку, зерно, используемое для каш, и другие рафинированные продукты. Однако оказалось, что пищевые волокна существенно влияют на деятельность ЖКТ, электролитный обмен и ряд других функций первостепенной важности. Обнаружено также, что в отсутствие балластных веществ бактериальная флора ЖКТ вырабатывает значительно больше токсических веществ, чем в норме, и менее эффективно выполняет защитную и другие функции. Более того, в ходе эволюции сами балластные вещества включились в выполнение ряда функций организма, в том числе в обмен стероидов. Так, потребление человеком цельнозернового хлеба приводит к снижению холестерина в крови, что сопоставимо с результатом введения холестеринснижающих препаратов. Объясняется этот феномен тем, что обмен холестерина, обмен желчных кислот и стероидных гормонов взаимосвязаны.

Таким образом, пищевые волокна следует использовать как для нормализации эндоэкологии, так и для прямого воздействия на обмен холестерина, солей, водный обмен и т. д. Надо сказать, что пищевые волокна сейчас применяются для этого достаточно часто.

На Западе широко развивается промышленное производство пищевых волокон. В нашей стране также перестали изготовлять, например, чистые фруктовые соки и вместо этого наладили производство различных изделий из фруктов и овощей, содержащих пищевые волокна. Действительно, один из самых ценных компонентов в яблоках или овощах — это пищевые волокна. То же самое можно сказать и о многих других продуктах.

Итак, в последнее время наблюдается быстрый прогресс наших знаний в области физиологии и биохимии питания и процессов ассимиляции пищи. Один из основных стимулов развития теоретических проблем питания — практические потребности. Чтобы их реализовать, прежде всего необходимо обоснование с точки зрения физиологии оптимальных и допустимых норм питания разных возрастных, профессиональных и других групп населения. В свете этих актуальных задач важно, что мы становимся свидетелями формирования новой междисциплинарной науки — трофологии, которая охватывает важнейшие стороны биологических и физиологических процессов, объединяемых термином «питание и ассимиляция пищевых веществ». Для формирования и развития этой новой науки большое значение имеют проблемы пищи и питания, решение которых требует нетрадиционных подходов.

Формирование трофологии как одной из комплексных междисциплинарных наук связано с развитием новых представлений о физиологии питания и решением ряда теоретических и прикладных проблем первостепенной важности. Теоретической базой трофологии послужило в первую очередь обнаружение общих фундаментальных закономерностей, характеризующих трофические процессы организмов, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы, а главным образом — общность механизмов переваривания пищевых веществ и их всасывания. Трофология опирается также на универсальность структурных и функциональных блоков, которые служат основой трофических связей и биотических кругооборотов. При этом трофические связи определяют жизнь как планетарное явление.

К прикладным проблемам, стимулирующим развитие трофологии, следует отнести прежде всего одну из основных проблем человечества — голод, связанный с катастрофической нехваткой продовольственных ресурсов, а также неправильное питание, приводящее, как отмечено выше, ко многим тяжелым заболеваниям.

Трофология представляет собой комплексную науку о механизмах и закономерностях ассимиляции пищевых веществ на всех уровнях организации биологических систем — от уровня клетки, органа и организма до соответствующих связей в популяции, биоценозах и биосфере. В рамках трофологии информация, касающаяся питания и ассимиляторных процессов в биологических системах, может быть рассмотрена с единых позиций. Такая возможность открылась после того, как в результате развития знаний об элементарных биологических процессах было обнаружено, что в основе ассимиляции лежат общие закономерности.

Предметом трофологии являются закономерности ассимиляции жизненно необходимых пищевых веществ (добывание, прием, переработка и поступление во внутреннюю среду организма), а также характеристика их свойств, распределение и обмен между различными биологическими структурами и системами.

Таким образом, трофология охватывает многие области биологических наук, в том числе клеточную и тканевую трофику, гастроэнтерологию, науку о питании, включая диетологию, иммунологию, микробиологию, экологию. К трофологии относятся ассимиляторные аспекты не только почти всех биологических и медицинских наук, но и некоторые проблемы химических, технологических и социальных наук, сельского хозяйства и многие пограничные темы для исследований (например, физиология аппетита, трофические функции гормонов, депонирование и мобилизация пищевых ресурсов в организме).

Трофология как любая наука выдвигает свои актуальные теоретические и прикладные проблемы. К основным теоретическим вопросам относятся механизмы поглощения и ассимиляции пищевых веществ, распределения и перераспределения пищевых веществ в целом организме и в клетке, а также трофические взаимосвязи и их регуляция в биоценозах, механизмы обеспечения пищевыми веществами трофических цепей, роль трофических процессов в циркуляции веществ в биоценозах и в биосфере, трофические проблемы эволюции видов, биоценозов и биосферы. К числу прикладных — проблемы оптимизации пищи и питания, критерии для разработки индустриальной технологии питания на базе трофологического анализа, защита и сохранение естественных систем, управление трофическими циклами в определенных биоценозах и в биосфере, создание искусственной рациональной и эффективной трофической системы.

Большое прикладное значение трофологии можно предвидеть уже сегодня. В настоящее время можно высказать предположение относительно создания адекватной пищи, принимая во внимание специфические трофические процессы в организме человека. При этом особое внимание следует уделять не только использованию необходимых пищевых веществ, но также регуляции и сохранению нормальной бактериальной флоры в ЖКТ.

Понимание биосферы как трофосферы, состоящей из различных трофоценозов с их многочисленными цепными и сетеобразными связями, которые обеспечивают циркуляцию веществ и энергии, позволяет поддерживать экологическое равновесие посредством анализа соотношений пищи в каждом звене. Эти сведения полезны также для решения проблемы защиты окружающей среды. При нарушении трофических цепей существует возможность их восстановления посредством добавления отсутствующих звеньев. С трофологической точки зрения можно плодотворно влиять на разведение растений и животных, а также на все отрасли народного хозяйства, которые занимаются переработкой животных и растительных продуктов.

Следовательно, прикладные аспекты трофологии выходят за рамки научных положений об индивидуальном питании, поэтому могут быть взяты за основу для промышленного производства пищевых веществ и поддержания равновесия биологических сообществ. Учитывая значение поставленных трофологией проблем и общечеловеческую ценность ее задач, можно полагать, что эта наука скоро займет важное место среди других дисциплин.

Культура питания

Трофология пытается решить целый комплекс первоочередных задач, стоящих сейчас перед человечеством. Одна из самых насущных — снабжение пищевыми продуктами, так как в настоящее время каждый пятый человек на Земле страдает от голода, а каждую неделю в мире от недоедания и болезней умирают 280 000 детей. Однако ограничиться только снабжением населения Земли достаточным количеством пищи невозможно. Не менее существенная и критическая проблема, стоящая перед человечеством, — это полноценное питание. Как упомянуто выше, помимо множества болезней, вызванных недостаточным питанием, имеют место не менее многочисленные и тяжелые заболевания, являющиеся результатом неправильного питания.

Действительно, некоторые типы пищи благоприятны при больших физических нагрузках, тогда как при значительных психологических нагрузках необходим другой рацион. Более того, изменения эмоционального фона также требуют изменений рациона. Существенно различаются типы питания в условиях жаркого и холодного климата, причем эти различия не могут быть сведены лишь к экономическим факторам. Наконец, для увеличения продолжительности жизни следует употреблять гипокалорийные рационы. В то же время для интенсивного функционирования требуется достаточно калорийное питание.

Представления о питании должны быть дополнены данными В. А. Тутельяна и его сотрудников, которые приводятся в развиваемой ими концепции оптимального питания (Е. И. Ткаченко, 2003).

При оценке питания, существующего в ряде областей мира, и оценке тенденций в питании человека в процессе его эволюции показало, что произошло резкое (в 2-3 раза) снижение количества потребляемой человеком пищи из-за снижения энергозатрат. Следствием этого стало недополучение человеком некоторых биологически активных компонентов пищи (биофлавоноидов, фитостеролов, изотиоцианатов, кадмия, германия, лития, хрома, ванадия, никеля и др.). Достаточное количество минорных компонентов присутствует в объеме пищи, содержащей 5-6 тыс. ккал. Дефицит минорных компонентов пищи приводит к снижению качества здоровья.

По мнению В. А. Тутельяна (2002), под термином «здоровье» следует понимать как состояние организма, когда все параметры находятся в пределах нормы, так и наличие резервных возможностей, обеспечивающих адаптивные реакции. Недостаточная адаптация обусловлена во многом дефицитом эссенциальных микронутриентов и минорных компонентов пищи. Среди эссенциальных нутриентов изучаются биологические и терапевтические эффекты аминокислот (глутамина, аргинина, аминокислот с разветвленной цепью), нутрицевтиков липидной природы (омега-3 жирных кислот, длинно- и среднецепочечных жирных кислот), различных антиоксидантов (витаминов С, Е, β-каротина), убихинона, биофлавоноидов, пектина и пищевых волокон.

В настоящее время питание не может рассматриваться как простое снабжение организма некоторым набором химических элементов. Это сложный процесс, в котором ЖКТ взаимодействуете остальными органами и системами организма и служит источником огромного количества гормональных сигналов. Необходимо также учитывать эндоэкологию. С этих позиций последствия применения антибиотиков и самолечения трагичны, так как происходит подавление бактериальной флоры ЖКТ, которая возникает вскоре после рождения. Сам процесс переработки пищи также чрезвычайно важен и имеет большое значение для организма. Таким образом, современные представления о пищеварении и питании существенно отличаются от той сравнительно простой схемы, которая была принята ранее. В свете этих новых представлений следует сказать несколько слов о человеке будущего.

Гипотеза А. П. Быстрова представляет собой интеграцию результатов анализа, проведенного многими исследователями и касающегося основных тенденций развития позвоночных и тех изменений, которые характерны для человека в ходе формирования вида. Однако в действительности нельзя исключить, что в течение весьма длительного времени будет действовать стабилизирующий отбор и облик современного человека в основных чертах сохранится. Сохранятся также его внутреннее строение и архитектура основных функций, в том числе функция ассимиляции пищи. Это связано, в частности, с тем, что, как мы только что упоминали, ЖКТ служит одновременно системой, обеспечивающей гормональную регуляцию и поддержание эндоэкологии определенного типа. Следовательно, с эволюционными особенностями человека необходимо обращаться крайне осторожно.

Наконец, следует в сжатой форме охарактеризовать культуру питания. Человек — прекрасное творение природы. В связи с этим наряду с духовной и физической культурой должна иметь место и культура питания. Хотелось бы заметить, что культура питания в широком смысле этого слова управляет обменом веществ и должна быть включена в совокупность физиологической, биохимической и других культур, которые вместе составят биологическую культуру. Последняя должна занять почетное место наряду с культурой нравственной, социальной и др.

В настоящее время еще трудно охарактеризовать все особенности культуры питания. Но уже сейчас ясно, что в первую очередь она связана с пониманием деятельности ЖКТ и обмена веществ в организме. При этом следует учитывать национальные традиции, так как определенные сообщества сформировались достаточно давно и адаптировались к своим рационам. Примером может служить непереносимость молока. Эта проблема затрагивает все человечество, так как указанным заболеванием страдают сотни миллионов людей (табл. 4.2). Предполагается, что непереносимость молока можно объяснить историей определенной этнической группы и, возможно, наличием или отсутствием на заре ее становления молочной культуры. Вместе с тем нельзя с уверенностью говорить, что традиционная пища во всех случаях оптимальна. Например, для населения Индии характерно вегетарианство, связанное с религиозными традициями, что приводит к белковой недостаточности.

Необходимо обратить внимание и на культуру питания детей в раннем возрасте. Во-первых, здесь следует иметь в виду культуру питания молоком, во-вторых, возможность модифицировать традиционную пищу, принятую в разных социальных группах, определенных сообществах, так, чтобы она соответствовала физиологическим потребностям растущего организма.

В свете представлений о культуре питания следует рассматривать ряд проблем, в том числе регуляцию аппетита. Вероятно, у человека частично нарушена та поразительная способность регулировать потребление пищи, которая свойственна животным. Регуляция аппетита — один из важных механизмов поддержания постоянства молекулярного состава организма. Вместе с тем этот механизм — один из наиболее уязвимых в силу целого ряда обстоятельств, рассмотрение которых выходит за пределы этой главы. Неправильное пищевое воспитание и неверное пищевое поведение человека (то есть отсутствие культуры питания) приводят к нарушению регуляции аппетита. Наиболее распространенная ошибка, связанная с культурой питания, — употребление слишком большого количества пищевых продуктов одних типов и слишком мало — других. Уже в рамках теории сбалансированного питания для преодоления этого коренного дефекта были сформулированы понятия идеальной пищи и идеального питания, а также предложены их модели. Однако, как отмечено выше, с позиций теории адекватного питания пища не должна и не может быть идеальной. Более уместно представление об адекватной пище, которая широко варьирует в зависимости от внешних условий и внутренней среды организма.

Соотношение разных компонентов в пище и характер питания, которые должны обеспечивать эффективное функционирование депо питательных веществ в организме и тренировку различных метаболических систем, необходимо рассматривать с точки зрения культуры питания. Следует заметить, что некоторые «нутритивные секты», использующие определенные типы и режимы питания, часто добиваются полезных эффектов, так как воздействуют на те или иные формы обмена веществ. Однако в ряде случаев эффекты оказываются, к сожалению, кратковременными, а иногда и нежелательными. Именно поэтому культура питания должна формироваться под контролем специалистов и в строгом соответствии с потребностями организма.

Проблемы культуры питания, а также процессы питания следует рассматривать в рамках трофологии. В результате развития этой науки возможно изменение многих традиционных представлений в различных областях знаний, что должно эффективно служить выполнению прикладных задач. Дальнейшее развитие трофологии кажется неизбежным. Это определяется теми преимуществами, которые становятся понятными при интерпретации различных аспектов ассимиляции пищи с позиций общих закономерностей. Кроме того, это зависит от практических потребностей человечества, таких как снабжение пищей, регуляция экосистем и, наконец, освоение космического пространства, что требует создания искусственных микробиосфер и микротрофосфер.

Трофология уже сейчас может частично ответить на вопрос, какой должна быть пища с учетом протекания в организме человека сформировавшихся в ходе эволюции трофических процессов. Если в конце XIX в. и даже в 50-х гг. прошлого столетия мы рассматривали элементные и безбалластные диеты в качестве идеальных и говорили о метаболическом комфорте, то сейчас все более предпочтительным становится другой путь — разработка адекватной пищи. В этом случае предусматривается полимеризация пищи (поли- или олигомерная пища), наличие в ней волокнистых структур с различными свойствами и т. д. Иными словами, пища и питание должны быть адекватны эволюционно возникшим структурно-функциональным характеристикам организма и его особенностям. Понятие адекватности позволяет оптимизировать питание в соответствии с возрастом человека, характером его деятельности, климатическими условиями и т. д.

Каждая эпоха ставит вечный вопрос о способах удовлетворения одной из самых насущных потребностей человека потребности в пище. Но ответ на него всегда разный и зависит от уровня наших знаний. Новая более глубокая и эволюционная теория адекватного питания, сформулированная на основе научного прогресса и развития современного естествознания, открывает широкие возможности и в то же время лишает нас ряда иллюзий, к которым относятся представления об идеальной пище и идеальном питании.

Последовательная обработка пищи происходит в результате ее постепенного перемещения по пищеварительному тракту через отделы организма (ротовую полость, пищевод, желудок, кишечник), структура и функции которых строго специализированы. Об этом шел подробный разговор в гл. 2 «Основы физиологии и патофизиологии пищеварения». Здесь же важно более детально остановиться на ряде основных моментов.

В ротовой полости пища подвергается не только механическому измельчению, но и частичной химической обработке: содержащаяся в слюне β-амилаза расщепляет углеводы. Далее пищевой комок перемещается но пищеводу в желудок, где смешивается с кислым желудочным соком, обладающим ферментативной активностью, антибактериальными свойствами и способностью денатурировать клеточные структуры и молекулы белков, и образует жидкий или полужидкий химус. Состав желудочного сока соответствует количеству и качеству пищи, а секреторная активность координирована с моторикой желудка. Клетки слизистой оболочки желудка сегрегируют ферменты пепсинового ряда, которые обеспечивают гидролиз белков на начальных этапах (в желудке разрушается около 10% пептидных связей в молекуле белка). Кроме того, под влиянием желудочной липазы происходит частичное расщепление жиров, особенно высокодиспергированных, которые содержатся в молоке и яичных желтках. Из фундального отдела желудка, где в поверхностных слоях пищевой массы происходит гидролиз белков и жиров, а в глубоких за счет слюнной р-амилазы продолжается расщепление углеводов, химус перемещается в пилорический отдел, откуда после частичной нейтрализации эвакуируется в кишечник. На рис. 4.6 и 4.7 приведены схемы переваривания и всасывания углеводов и белков в тонкой кишке.

Рассказывая о типах пищеварения, мы косвенно упоминали о процессах, протекающих в тонкой кишке, — одном из главных органов пищеварительной системы, где расщепляются белки, углеводы и жиры. Напомним, что здесь реализуются все три типа пищеварения (полостное, мембранное и внутриклеточное), и обсудим некоторые дополнительные детали.

После действия пепсинов из желудка в тонкую кишку поступает смесь из незначительного количества аминокислот, а в основном белков, поли- и олигопептидов. Их дальнейшую судьбу определяют ферменты поджелудочной железы, которые поступают в полость тонкой кишки в виде пассивных форм, активация которых происходит в двенадцатиперстной кишке. В результате совместного поэтапного действия этих ферментов (трипсина, химотрипсина, эластазы и карбоксипептидаз) образуется смесь свободных аминокислот и олигопептидов, состоящих из 2-6 аминокислотных остатков.

Углеводы (крахмал и гликоген) гидролизуются р-амилазой до р-декстринов, три- и дисахаридов (мальтозы, мальтотриозы, изомальтозы) без значительного накопления глюкозы.

В гидролизе жиров (триглицеридов животного и растительного происхождения) принимает участие желчь, которую вырабатывают клетки печени. Желчь эмульгирует жиры, что приводит к увеличению поверхности соприкосновения их с липазой, которая при взаимодействии с другим ферментом — колипазой — гидролизует триглицериды, последовательно отщепляя жирные кислоты с образованием ди-, моноглицеридов и незначительного количества жирных кислот и глицерина. В отсутствие колипазы желчные кислоты ингибируют активность липазы. Пищевые фосфолипиды, скорее всего, должны быть частично гидролизованы панкреатической фосфолипазой А2 прежде, чем триглицериды войдут в контакт с липазой.

Гидролиз пищевых веществ (хотя и незначительный) происходит и на подступах к внешнему слою слизистой оболочки тонкой кишки, а именно — в слизи, которая обладает не только защитной, смазывающей и барьерной функцией, но и пищеварительной. В ее слое содержатся как панкреатические, так и мембранные ферменты, попавшие в слизь при слущивании (десквамации) и деградации кишечных клеток. Заключительные этапы гидролиза белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, эфиров фосфорной кислоты, витаминов осуществляются мембранными ферментами, встроенными в липопротеиновую апикальную мембрану кишечных клеток.

Дисахариды, поступающие с пищей (например, пищевой сахар) или образующиеся при гидролизе крахмала либо гликогена, расщепляются мембранными ферментами до моносахаридов, которые транспортируются через апикальную мембрану кишечных клеток и далее — во внутреннюю среду организма, в систему циркуляции.

Триглицериды расщепляются под действием не только липазы поджелудочного сока, но и мембранной моноглицеридлипазы. Жиры всасываются в виде жирных кислот и частично — 2-моноглицеридов.

Расщепление белков и продуктов их полостного гидролиза реализуется в дальнейшем кишечными пептидазами, которых значительно больше, чем олигосахаридаз. Полипептиды, поступающие в зону щеточной каймы, расщепляются до олигопептидов, дипептидов и аминокислот, способных к всасыванию. Пептиды, состоящие более чем из трех аминокислотных остатков, гидролизуются преимущественно мембранными ферментами, а три- и дипептиды — как мембранными, так и внутриклеточными ферментами цитоплазмы. Глицилглицин и некоторые пролиновые и оксипролиновые дипептиды, не имеющие существенного питательного значения, всасываются частично или полностью в нерасщепленном виде.

В целом за счет мембранного пищеварения расщепляется большая часть глюкозидных, пептидных и эфирных связей.

Есть основания полагать, что внутриклеточные пептидазы обеспечивают также расщепление малогидролизуемых или негидролизуемых мембранными ферментами пептидов, транспортируемых через мембрану кишечных клеток. Кроме того, они функционируют у новорожденных, участвуя в расщеплении белков, поступающих в кишечные клетки в этот период жизни. Возможно, внутриклеточные пептидазы могут также функционировать и при некоторых формах патологии тонкой кишки, сопровождающейся нарушением целостности мембраны кишечных клеток. Существование в кишечных клетках как мембранных, так и внутриклеточных пептидаз повышает надежность клеточной системы протеолиза в целом и предохраняет организм от поступления в его внутреннюю среду чужеродных белков и антигенов.

Наконец, анализ локализации субэпителиальных процессов гидролиза в тонкой кишке позволил предположить существование соединительнотканного пищеварения, которое связано с эндотелием сосудов, лейкоцитами и, возможно, фибробластами.

В толстой кишке пищеварение весьма незначительно, так как поступающий в этот отдел химус уже почти не содержит непереваренных пищевых веществ. Тем не менее в слизистой оболочке толстой кишки присутствуют пищеварительные ферменты, что свидетельствует о потенциальной возможности их участия в пищеварительных процессах (например, у больных с короткой тонкой кишкой). В полости толстой кишки присутствуют также в незначительных количествах пищеварительные ферменты и бактериальная флора, вызывающая сбраживание углеводов и гниение белков, в результате чего образуются органические кислоты, газы (углекислый газ, метан, сероводород) и ядовитые вещества (фенол, скатол, индол, крезол), которые после всасывания в кровь обезвреживаются в печени. Вследствие микробного брожения расщепляется и клетчатка. Видовой состав и соотношение отдельных групп микробов, обитающих в кишечнике человека и животных, значительно различаются. В толстой кишке обнаружено более 400 видов микробов. У взрослого человека преобладают облигатно-анаэробные палочки (около 90%), на долю факультативно-анаэробных микробов (кишечной палочки, молочных бактерий, стрептококков) приходится около 10%.

В толстой кишке происходит всасывание воды (до 95%), минеральных и органических компонентов химуса, а также электролитов, глюкозы, аминокислот и некоторых витаминов, продуцируемых кишечной флорой.

Регуляция пищеварения

Функции пищеварительной системы зависят от состава и количества пищи, что впервые было показано Павловым, а в дальнейшем подтверждено многими отечественными и зарубежными учеными. Существует определенная связь между активностью разных пищеварительных ферментов и качеством пищи. Если в пищеварительный канал поступают жиры, белки и углеводы, то в первую очередь перевариваются жиры, затем углеводы и наконец — белки. Адаптационно-компенсаторные перестройки ферментных систем, реализующих мембранное пищеварение, также обусловлены качественным составом пищи. Одним из примеров адаптации ферментного набора к составу пищи служит наличие лактазы (фермента, расщепляющего молочный сахар) у большинства высших животных в период молочного питания и снижение активности этого фермента при переходе к смешанному питанию.

Различия в наборе пищеварительных ферментов могут быть как фенотипического, так и генотипического происхождения. Питание может стимулировать не только секрецию ферментов, но и их синтез, а состав диеты — определять соотношение пищеварительных ферментов в данном организме.

Деятельность пищеварительного аппарата координируется с помощью нервных и гормональных регуляторов. Парасимпатическая нервная система стимулирует двигательную активность ЖКТ, а симпатическая угнетает ее. Между составом пищи, длительностью ее переваривания и скоростью продвижения по ЖКТ существует сбалансированная зависимость, которая поддерживается частично посредством местной саморегуляции, но в основном рефлекторно. В регуляции деятельности пищеварительного аппарата участвуют также сигналы, поступающие с рецепторов, локализованных в большинстве его органов и обеспечивающих, в частности, анализ пищи в ротовой полости.

Разные гормоны, вырабатываемые прежде всего передней долей гипофиза и корой надпочечников, а также клетками желудка, поджелудочной железы и особенно тонкой кишки, влияют на синтез пищеварительных ферментов, их перенос и включение в состав липопротсиновой мембраны кишечных клеток, на процессы всасывания и моторику желудка и кишечника, а также на секреторную деятельность разных отделов ЖКТ.

Нервные и гормональные эффекты взаимодействуют. Например, секреторная деятельность желудка и поджелудочной железы активируется во время еды. В 1897 г. Павлов установил, что такое стимулирующее влияние реализуется через блуждающий нерв. Повышение тонуса блуждающего нерва при потреблении пищи сопровождаегся секрецией гастрина и ряда других желудочно-кишечных гормонов. При раздражении слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки выделяются секретин, вызывающий секрецию жидкой части сока поджелудочной железы, и холецистокинин, стимулирующий выделение ферментов клетками поджелудочной железы и сокращение желчного пузыря. В это же время в кровь поступает энтерогастрон, который тормозит желудочную секрецию и моторику ЖКТ. Секреторная деятельность тонкой кишки регулируется энтерокринином, секреция бруннеровых желез — дуокринином (его физиологический эффект может быть вызван совместным действием холецистокинина, секретина и гастрина). Гормоны ЖКТ контролируют также основные этапы ассимиляции пищи, включая ее потребление, трансформацию под действием пищеварительных ферментов, всасывание образующихся продуктов гидролиза, пищевой лейкоцитоз и другие процессы. Влияние гормонов и медиаторов во многих случаях связано с их взаимодействием с рецепторными структурами мембран клеток пищеварительных органов, которые в свою очередь с помощью системы вторичных посредников (циклических аденозин- и гуанозинмонофосфатов) контролируют метаболизм секреторных, всасывающих, двигательных и эндокринных элементов.

Сравнивая пищеварительный аппарат высших организмов с химическим заводом, Павлов дал чрезвычайно яркое описание пищеварительного процесса: «В своей основной задаче в организме пищеварительный канал есть, очевидно, химический завод, подвергающий входящий в него сырой материал пищу обработке, главным образом химической; чтобы сделать его способным войти в организм и там послужить материалом для жизненного процесса. Этот завод состоит из ряда отделений, в которых пища, смотря по своим свойствам, более или менее сортируется и задерживается на время, или сейчас же переводится в следующее отделение. В завод, в его различные отделения, подвозятся специальные реактивы, доставляемые или из ближайших мелких фабрик, устроенных в самих стенках завода, так сказать, на кустарный лад, или из более отдаленных обособленных органов, больших химических фабрик, которые сообщаются с заводом трубами, реактивопроводами. Это так называемые железы с их протоками. Каждая фабрика доставляет специальную жидкость, специальный реактив с определенными химическими свойствами, вследствие чего он действует изменяющим образом только на известные составные части пищи, представляющей обыкновенно сложную смесь веществ. Эти свойства реактивов определяются главным образом нахождением в них особенных веществ, так называемых ферментов».

Фундаментальные представления Павлова о пищеварении сохранили свое значение до наших дней, хотя в то же время новые открытия внесли важные и принципиальные дополнения в эту схему. Так, открытие мембранного пищеварения позволило Уголеву сформулировать концепцию энзиматического (ферментного) трансформационного барьера, который относится к неспецифическим защитным барьерам и зависит от органов пищеварительного аппарата.

Поступление пищевых веществ в ЖКТ человека и высших животных следует рассматривать не только как способ восполнения энергетических и пластических материалов, но и как аллергическую и токсическую агрессию. Питание связано с опасностью проникновения во внутреннюю среду организма различного рода антигенов и токсических веществ, причем особую опасность представляют чужеродные белки. Лишь благодаря сложной системе защиты негативные стороны питания эффективно нейтрализуются. В этих процессах особую роль играет тонкая кишка, осуществляющая у высших организмов несколько жизненно важных функций — пищеварительную, всасывательную (транспортную) и барьерную. Именно в тонкой кишке пища подвергается многоступенчатой ферментативной обработке, что необходимо для последующего всасывания и ассимиляции образующихся продуктов гидролиза пищевых веществ, не имеющих видовой специфичности. Так организм в определенной мере предохраняет себя от воздействия чужеродных субстанций. Понятно, что энзиматический барьер, состоящий из пищеварительных гидролаз, представлен рядом отдельных пространственно разделенных барьеров, но в целом образует единую взаимодействующую систему. Таким образом, ЖКТ — это не только ассимиляторная система, но и барьер (или система барьеров), предотвращающий поступление вредных веществ во внутреннюю среду организма.

В заключение надо сделать несколько замечаний о патологии мембранного пищеварения (патология полостного пищеварения известна клиницистам значительно лучше).

Итак, в настоящее время известно, что при различных заболеваниях ЖКТ наблюдаются выраженные нарушения полостного и мембранного пищеварения, а также всасывания. Нарушения могут иметь инфекционную и неинфекционную этиологию, быть приобретенными или наследственными. Например, у взрослого человека расщепление пищевых веществ происходит преимущественно в проксимальной части тонкой кишки, тогда как дистальная часть служит резервной зоной. Любое каудальное смещение приводит к тому, что не полностью гидролизованный субстрат поступает в толстую кишку и вызывает явления типа пищевых интолерантностей, то есть непереносимостей. Дефекты мембранного пищеварения и всасывания возникают также при нарушениях распределения ферментных и транспортных активностей тонкой кишки после оперативных вмешательств, в частности после резекции различных отделов тонкой кишки.

Известные формы патологии мембранною пищеварения могут быть обусловлены атрофией ворсинок и микроворсинок, нарушениями структуры и ультраструктуры кишечных клеток, изменением ферментного слоя и сорбционных свойств структур кишечной слизистой оболочки, расстройством моторики кишечника, при котором нарушается перенос пищевых субстратов из полости тонкой кишки на ее поверхность, при дисбактериозах, при дефектах транспортных систем и т. д.

Нарушения мембранного пищеварения встречаются при довольно широком круге заболеваний (тропическая и нетропическая формы спру, азиатская холера, различные гастроэнтериты, энтероколиты, илеоеюниты и т. д.), а также после интенсивной терапии антибиотиками, различных оперативных вмешательств на ЖКТ (например, после гастроеюностомии и субтотальной резекции желудка). При многих вирусных заболеваниях (полиомиелите, свинке, аденовирусном гриппе, гепатите и кори) возникают тяжелые расстройства пищеварения и всасывания с явлениями диареи и стеатореи. При этих заболеваниях имеет место выраженная в разной степени атрофия ворсинок, нарушения структуры щеточной каймы, недостаточность ферментного слоя кишечной слизистой, что, естественно, приводит к нарушениям мембранного пищеварения.

Нередко нарушения структуры щеточной каймы, что само по себе ведет к серьезным дефектам мембранного пищеварения, сочетаются с резким уменьшением ферментативной активности кишечных клеток. Известны многочисленные случаи, когда структура щеточной каймы остается практически нормальной, но тем не менее обнаруживается недостаточность одного или нескольких пищеварительных ферментов. Многие пищевые интолерантности (сахаразная, лактазная, изомальтазная и др.) обусловлены этими специфическими нарушениями ферментного слоя кишечных клеток.

Ферментные недостаточности кишечной слизистой оболочки могут быть связаны как с нарушением синтеза ферментов в кишечных клетках, так и с нарушением их встраивания в апикальную плазматическую мембрану. Они могут быть также обусловлены ускорением деградации соответствующих кишечных ферментов.

Таким образом, для правильной интерпретации ряда заболеваний, в том числе патологии ЖКТ, необходимо учитывать нарушение мембранного пищеварения. Дефекты этого механизма приводят к изменению поступления необходимых пищевых веществ в организм с далеко идущими последствиями.

Открытие академиком А. М. Уголевым мембранного пищеварения позволило внести существенный вклад в развитие современной теории питания.

В заключение напомним один из важнейших заветов Гиппократа: «Позвольте пище быть вашим лекарством».

Определение потребности в белке

Потребность в белке — эволюционно сложившаяся доминанта в питании человека, обусловленная необходимостью обеспечивать оптимальный физиологический уровень поступления незаменимых аминокислот.

Потребность в белке определяется двумя основными методами:

ВОЗ и ряд других международных организаций провели исследования, направленные на определение уровня потребления белка, безопасного для здоровья человека. Результаты были обобщены в 1985 г. в рапорте «Потребности в энергии и белке», выпущенным ВОЗ совместно с Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООП (ФДО, FAO).

Согласно данным ВОЗ/ФАО, минимальные облигатные потери азота составляют: с мочой — 37 мг/сут на 1 кг массы тела; через гастроинтестинальный тракт (с фекалиями, секретами и дссквамированными клетками) — 12 мг/сут; с кожей и ее дериватами — 4-8 мг/сут; другими путями (при дыхании, со спермой и т. п.) — 2 мг/сут для мужчины и 3 мг/сут для женщины на 1 кг массы тела.

Потребность в белке, необходимом для поддержания азотного баланса, колеблется от 0,45 до 0,57 г/кг массы тела. Этот разброс в значениях определяется источником белка и уровнем потребления энергии. То есть количество белка, необходимого организму для сохранения стабильного азотного обмена, варьирует в зависимости от калорийности одновременно поступающих энергетических субстратов и качественного состава вводимого протеина.

Высокий уровень обеспечения организма энергией позволяет значительно снизить потребность в белке. Например, при энергетическом обеспечении 45 ккал/кг для достижения азотного равновесия необходимо вводить 0,65 г/кг яичного белка. При увеличении энергетического компонента до 57 г/кг потребность в нем снижается до 0,45 г/кг. Аналогично при низком потреблении энергии организм нуждается в 0,87 г/кг рисовою белка, если он является единственным белком в рационе. Высокий уровень энергообеспечения уменьшает эту дозу до 0,58 г/кг.

Кроме того, сохранение азотного равновесия достигается при меньшем количестве высококачественного белка, близкого к идеальному.

Понятие идеального белка, содержащего оптимальные соотношения незаменимых аминокислот, разработано ФАО в 1957 г. (табл. 5.1). Состав его сходен с составом белка молока и яиц. Далеки от идеального растительные белки (за исключением соевых бобов), имеющие дефицит незаменимых аминокислот. Так, зерновые и орехи содержат мало лизина и триптофана, бобовые бедны серосодержащими аминокислотами. Это имеет большое значение при подборе вегетарианской диеты, когда из смеси белков из разных растительных источников, имеющих дефицит различных аминокислот, можно составить относительно здоровую диету.

Понятие качества белка основано на концепции, что ценность пищевого белка определяется незаменимой аминокислотой, присутствующей в минимальной концентрации но отношению к потребностям человека. Таким образом, качество белка оценивается по аминокислотному числу, которое рассчитывается как отношение количества лимитирующей аминокислоты по сравнению с белком идеальным. Качество белка определяется наличием в нем полного набора незаменимых аминокислот в определенном соотношении как между собой, так и с заменимыми аминокислотами.

Кроме аминокислотного состава значимость белка в питании определяется его усвояемостью. Усвояемость белка — показатель, характеризующий долю абсорбированного в организме азота от общего количества, потребленного с пищей. Классической оценкой является биологическая ценность белка — показатель качества белка, характеризующий степень задержки азота и эффективность его утилизации для растущего организма или для поддержания азотистого равновесия у взрослых. Это величина абсорбируемого из данного белка азота, определяемая путем измерения экскреции азота относительно его потребления. Скорость переваривания и абсорбции наиболее высока у рыбного и молочного белка, несколько ниже — у мясного и наиболее мала у растительных белков (см. гл. 8 «Пищевая и биологическая ценность продуктов питания».)

Знание аминокислотного состава продуктов позволяет оценить их пищевую ценность для человека, используя аминокислотное число как показатель качества. Однако отдельные процессы могут значительно изменять белковую ценность продуктов. Так, некоторые сырые растения (соевые бобы) содержат ингибиторы трипсина, влияющего на процессы переваривания, который разрушается при нагревании. Снижение биологической ценности белка может происходить при неправильном хранении или тепловой обработке. При нагревании лизина в присутствии восстанавливающих сахаров происходит его связывание (например, при кипячении молока). При сильном нагревании, особенно в присутствии сахаров или окисленных жиров, белки могут стать устойчивыми к перевариванию, что также уменьшает доступность аминокислот. При обработке щелочами возможно образование токсичного соединения лизина с цистеином. В условиях окисления белок теряет метионин.

На утилизацию аминокислот может влиять их сбалансированность в рационе. В экспериментальных исследованиях описаны токсические и антагонистические эффекты при несбалансированном приеме определенных аминокислот. Наиболее выраженными токсическими эффектами при избыточном введении обладают метионин, гистидин и тирозин. При этом отдельные аминокислоты (например, аргинин) могут нейтрализовать токсический эффект других. Аминокислотный антагонизм характерен для структурно сходных аминокислот. Хорошо изучены антагонистические взаимоотношения между аминокислотами с ветвящимися цепями — лейцином, изолейцином и валином. Термин «аминокислотный дисбаланс» характеризует состояние, когда недостаток какой-либо лимитирующей аминокислоты ограничивает использование других в процессах синтеза белка. Однако все эти явления едва ли могут наблюдаться при нормальном потреблении пищи.

Потребность в белке при различных состояниях

Зависимость потребности в белке от ряда факторов, прежде всего качественного состава потребляемого протеина и количества энергии, делает затруднительным определение конкретных рекомендуемых значений.

ВОЗ/ФАО (1985) установила минимальную суточную потребность в белке в количестве 0,75 г/кг массы тела. Этот показатель был определен как безопасный уровень потребления белка, то есть минимальное количество белка, которое может употребляться человеком без нанесения ущерба здоровью. ВОЗ (2007) рекомендует взрослым употреблять 0,66 ± 0,09 г белка на килограмм массы тела при достаточном соотношении «белок — энергия» (табл. 5.2).

Отметим, что безопасный уровень потребления подразумевает полную абсорбцию вводимого белка. При обычной смешанной диете до 10-15% белка не усваивается, поэтому рекомендуется соответствующее увеличение квоты белка в рационе (до 0,83-0,86 г/кг массы тела).

Рекомендуемые нормы потребления белка значительно отличаются в разных странах. Такие различия во многом объясняются особенностями качественного состава национальных диет. В последнее время в мире наметилась тенденция к снижению белкового компонента в рационе. Низкое, но адекватное содержание протеина в рационе, но мнению большинства исследователей, является более обоснованным, чем принятые ранее рекомендации но высокому потреблению белка. Эта позиция аргументируется нефротоксичным эффектом чрезмерных доз белка и тем, что в высокобелковых продуктах содержится много скрытых жиров. Противоречат данной концепции исследования, утверждающие, что организм легко адаптируется к увеличению введения белка, более высокие потребности и повышенная скорость преобразования белка в мышцах ассоциируются с более высоким уровнем его потребления.

В России традиционно рекомендуют достаточно высокий уровень потребления белка. Экспертами Европейского регионарного отдела ВОЗ в 1992 г. был выделен ряд проблем питания российской популяции, среди которых отмечалось, что в РФ приняты завышенные нормы по потреблению белка (особенно животного), насыщенных жиров, соотношению белковых и небелковых калорий в рационе. В 2008 г. были приняты новые нормы потребности в белке для населения России. Согласно им, физиологическая потребность в белке для взрослого населения от 65 до 117 г/сут для мужчин и от 58 до 87 г/сут для женщин. В суточном рационе рекомендуемая взрослым доля белков животного происхождения от общего количества белков составляет 50% (см. Приложение 2 к данному Руководству).

Для питания больных в стационарах, согласно Приказу Минздрава России от 05.08.2003 №.3.30 «О мерах но совершенствованию лечебного питания в лечебно-профилактических учреждениях Российской Федерации» (далее Приказ №330), стандартной признана диета энергетической ценностью 2170-2400 ккал/ сут, содержащая белков — 85-90 г, жиров — 70-80 г, углеводов — 300-330 г.

Количество белка, необходимое для поддержания азотного баланса, при различных физиологических и патологических состояниях весьма разнится.

Во время беременности примерно 1 кг белка откладывается в организме матери и плода, что требует дополнительного введения 6 г белка в сутки. Во время лактации для компенсации секреции белка в молоко к обычному количеству прибавляется 17,7 г белка (см. гл. 11 «Питание беременных, рожениц и кормящих женщин»).

При тяжелом психологическом стрессе увеличивается потеря азота, однако ежедневные повседневные стрессы не вызывают значимых колебаний в уровне белка.

При ряде состояний (лихорадка, переломы, ожоговая болезнь, хирургическая травма) в острой фазе заболевания происходит интенсивная потеря белка, поэтому при выздоровлении необходимо его восстановление. Так, атрофия тканей при соблюдении постельного режима приводит к утрате 0,3 кг белка тела. К этому количеству может прибавиться потеря до 0,4 кг белка при резекции желудка, 0,7 кг — при переломе бедренной кости, 1,2 кг — после 35% ожога. Существуют разные мнения о необходимости увеличения белкового компонента в питании во время пика метаболической реакции организма на повреждение, но усиленное восполнение белковых потерь в период выздоровления однозначно является необходимым (табл. 5.3).

Потребности в белке в зависимости от заболевания при искусственном питании, согласно Приказу №330, приведены в табл. 5.4.

При некоторых заболеваниях потребление белка необходимо ограничивать, например, при уремии (когда ограничена экскреция азотсодержащих соединений) или печеночной недостаточности (для избежания печеночной комы). Тогда возникает проблема: необходимо избежать белкового истощения тканей и в то же время не превысить способность организма справиться с белковой нагрузкой. Установлено, что потребление больным хронической почечной недостаточностью 0,5-0,б г белка на 1 кг массы тела позволяет организму лучше справляться с вторичными инфекционными осложнениями, чем ранее рекомендовавшиеся минимальные дозы (см. гл. 31 «Лечебное питание при заболеваниях почек и мочевыводящих путей»). При онкологических процессах пищевая реабилитация позволяет раковому больному восстановить утраченные функции клеточного иммунитета и способствует лучшей переносимости химио- и лучевой терапии (см. гл. 37 «Питание в профилактике и лечении онкологических и гематологических заболеваний»).

В клинической практике достаточность получаемой квоты белка можно оценить путем определения азотного баланса на основании разницы между поступающим и выводимым азотом.

Азотный баланс = N поступление – N выведение. (1)

Для подсчета азотного равновесия определяют количество белка, вводимого в сутки, и содержание азота мочевины (или, что является более точным, общий азот) в суточной моче. Выводимый азот складывается из азота мочевины, немочевинного азота и потерь азота через кишечник, кожные покровы и т. п. Учитывая, что белки содержат примерно 15% азота, уравнение (1) приобретает следующий вид:

Азотный баланс (г/сут) = (потребляемый белок/ 6,26) – (AM + 4) (2)

где AM — азот мочевины;

AM - 0,466 х мочевина (г/сут).

Для увеличения массы тела необходим положительный азотный баланс — не менее 4 6 г/сут. Азотный баланс зависит от потребления энергии.

Понятие о потребности в энергии тесно связано с расходом энергии, то есть для сохранения стабильной массы тела поступление энергии должно соответствовать ее расходу. Определение расхода энергии базируется на установлении величины основного обмена (ВОО).

ВОО — минимальное количество энергии, необходимое для осуществления жизненно важных процессов, то есть затраты энергии на выполнение всех физиологических, биохимических процессов, на функционирование органов и систем организма в состоянии температурного комфорта (20°С), полного физического и психического покоя натощак.

Величина ВОО обусловливается рядом факторов, наиболее значимыми из которых являются возраст, пол и масса тела.

Для определения основного обмена (ОО) конкретного человека наиболее точным методом является непрямая калориметрия, связанная с определением объемов вдыхаемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа и основанная на известных значениях количества энергии, которая выделяется при сгорании белков, жиров и углеводов.

Окисление белков (г) = 6,25 х азот мочи.

Окисление углеводов (г) = (-2,56 х азот мочи) – (2,91 х VO₂ + (4,12 х VCO₂).

Окисление жиров (г) – (-1,94 х азот мочи) + (1,69 х VO₂ – (1,69 х VCO₂),

где VO₂, — потребление О₂, л/сут;

VCO₂ — выделение СO₂, л/сут.

Респираторный коэффициент (RQ) — отношение выделенной углекислоты к потребленному организмом кислороду за единицу времени (VCО₂/VО₂), величина, характеризующая процессы окисления энергетических субстратов в организме. Поэтому расчет респираторного коэффициента позволяет при непрямой калориметрии получить данные о преимущественном использовании источников энергии организмом. Так, при значении RQ > 1 преобладает липогенез, RQ = 1 в основном происходит утилизация углеводов, при RQ < 0,7 утилизируются жиры.

Суммарное уравнение непрямой калориметрии (уравнение Вейра) для определения основного обмена имеет следующий вид:

ВОО (ккал/сут)= (3,941 х VO₂) + (1,106 х VCO₂) – (2,17 х ОАМ),

где VO₂ — потребление СО₂ (л/сут);

VCО₂ — выделение СО₂ (л/сут);

ОАМ — общий азот суточной мочи (г/сут).

Методика может использоваться для установления потребности в калориях больных с резко измененным весом при значительной задержке жидкости или гиперкатаболических процессах.

Для расчета расхода (а соответственно, и потребности) энергии требуется прибавить к количеству энергии, потраченной на поддержание основного обмена, затраты, связанные с физической активностью организма, а у больного человека — и обусловленные также патологическими метаболическими изменениями.

Удобно использовать формулы уровня ВОО, принятые ВОВ (табл. 5.5).

ВОЗ (1985) рекомендует определять потребность в энергии здоровых лиц на основании следующих расчетов (рис. 5.1).

Средние суточные потребности в энергии в зависимости от возраста и пола, по данным ВОЗ (2007), приведены выше в табл. 5.5.

ФАО/ВОЗ рекомендует также коэффициенты определения энергетической потребности для взрослых лиц в зависимости от физической активности, связанной с их профессиональной деятельностью (табл. 5.6).

В Российской Федерации, согласно Нормам физиологических потребностей, физиологические потребности и энергии для взрослых составляют от 2100 до 4200 ккал/сут для мужчин и от 1800 до 3050 ккал/сут для женщин. У женщин ВОО на 15% ниже, чем у мужчин. При беременности и грудном вскармливании потребности в энергии увеличиваются в среднем на 15% и 25% соответственно. Расход энергии па адаптацию к холодному климату в районах Крайнего Севера увеличивается в среднем на 1%.

Физиологические потребности в энергии для детей: 110-115 ккал/кг массы тела для детей до 1 года и от 1200 до 2900 ккал/сут — для детей старше 1 года. У детей в период новорожденности 15% потребляемой с пищей энергии тратится на рост. С возрастом отношение ВОО/масса тела постепенно снижается до наступления полового созревания. Максимальной потребности в энергии соответствует быстрый рост в подростковом возрасте.

Для лиц с массой тела, близкой к среднестатистической, энергоемкость и химический состав рациона можно определить по нормативной таблице (см. Приложение 2 к данному Руководству). При работе с трудоспособными контингентами можно умножать рассчитанную базовую ВОО на коэффициент физической активности (КФА), принятый у нас в стране. Все взрослое население в зависимости от величины энергозатрат делится на группы, в которых учитываются производственная физическая активность и иные энергозатраты: пять групп для мужчин и четыре группы для женщин (табл. 5.7).

Потребности здорового человека в энергии составляют в среднем 35 ккал/кг массы тела и преимущественно зависят от величины уровня физической активности. Средние величины основного обмена взрослого и детского населения России (2008) указаны в табл. 5.8.

Потребности в энергии больного, по сравнению со здоровым, определяются также степенью метаболического стресса и наличием лихорадки. На величину основного обмена оказывает влияние ряд лекарственных препаратов. Так, аспирин, кофеин и адреналин повышают обменные процессы, адреноблокаторы, анестетики и наркотические анальгетики, наоборот, снижают их.

Наиболее удобным методом подсчета метаболических потребностей в клинической практике является расчет базальных энергетических показателей по формуле Харриса-Венедикта с последующими поправками (см. Приложение 1 к данному Руководству). Именно он рекомендован для использования в ЛIIУ Приказом №330.

ВОО (мужчины) = 66,5 + (13,7 х МТ) + (5,0 х Р) + (6,8 х В);

ВОО (женщины) = 655,1 + (9,6 х МТ) + (1,8 х Р) - (4,7 х В),

где ВОО — величина основного обмена (ккал/сут);

МТ — масса тела (кг);

Р — рост (см);

В — возраст (лет).

В дальнейшем разные авторы на основании принципа Харриса-Венедикта создавали новые формулы для оценки ВОО. Наибольшей популярностью пользуются модификации Роза-Шизгэл (1984) и Миффлип-Ст. Джеор (1990) (см. Приложение 1 к данному Руководству).

Расход энергии (РЭ) = ВОО х ФА х ТФ х ФП,

где ФА — фактор активности (двигательный режим);

ФП — фактор повреждения;

ТФ — температурный фактор.

Приведем примеры расчета потребности в энергии.

Пример 1. Больной мужчина 40 лет, масса тела 70 кг, рост 175 см, диагноз — «сепсис», температура тела — 39°С, находится на постельном режиме.

ВОО = 66,5 + (13,7 х 70) + (5 х 175) + (6,8 х 40) = 2172,5 ккал.

РЭ = 2172,53 х 1,1 х 1,5 х 1,2 = 4301,55 (ккал).

Пример 2. Больная гриппом женщина 40 лет с нормальной массой meла (64 кг), рост 165 см, температура тела 40°С, находится на постельном режиме.

РЭ = ВОО х 1,1 х 1,3.

ВОО = 655,1 + (9,6 х 64) + (1,8 х 165) - (4,7 х 40) = 1378 ккал.

РЭ = 1378 х 1,1x13 = 1970 ккал.

Пример 3. Больной пневмонией мужчина 30 лет с белково-энергетической недостаточностью, рост 174 см, масса тела 52 кг, дефицит массы тела 30%, температура тела 39°С, находится на палатном режиме.

РЭ = BOO х 1,2 х 1,2 х 1,3.

ВОО = 66,5 + (13,7 х 51) + (5 х 174) - (6,8 х 50) = 1293,2 ккал.

РЭ = 1295,2 х 1,2 х 1,2 х 1,3 = 2424,6 ккал.

В зависимости от нутриционных показателей, скорости метаболических процессов и выраженности азотистых потерь потребности больного человека в энергии колеблются от 25 до 45 ккал на 1 кг массы тела в сутки.

Энергетический компонент рациона обеспечивается углеводами и жирами. Отношение белковых калорий к общей калорийности рациона (ретиполовый эквивалент, РЕ, %) значительно различается в разных странах. В российских рекомендациях он достигает 10-15%.

ВОЗ и ФАО в последние десятилетия провели ряд исследований, позволивших выработать рекомендации по питанию разных групп населения (Fats and oils in human nutrition, 1993; Fats and oils in human nutrition, 1994; Preparation and use of food-based dietary guidelines, 1996; Carbohydrates in human nutrition, 1997; Human energy requirements, 2001; Scientific update on carbohydrates in human nut rit ion, 2007; Protein and amino acid requirements in human nutrition, 2007; Fats and Fatty Acids in Human in Nutrition, 2008; WHO Scientific Update on trans fatty acids (TFA), 2009; Fats and fatty acids in human nutrition, 2010). В рекомендациях ВОЗ, направленных на профилактическое питание (предотвращение хронических неинфекционных заболеваний), предлагаются рекомендации, приведенные в табл. 5.9. Следует учитывать, что они имеют популяционную, а не индивидуальную направленность.

Хотя углеводы не являются незаменимым компонентом питания, их минимальное количество в рационе не должно быть менее 50-60 г. В отчете ВОЗ «Углеводы и питании человека» (1997) отмечается, что углеводы должны обеспечивать 55% энергии рациона, причем менее 10% должно приходиться па простые сахара, а в научном отчете ВОЗ (2007) подчеркивается, что при этом должны учитываться не только свободные простые сахара, но и входящие в состав других продуктов питания.

Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека в РФ (2008) составляет 50-60% от энергетической суточной потребности (от 257 до 586 г/сут), для детей до 1 года — 13 г/кг от массы тела, для детей старше 1 года — от 170 до 420 г/сут.

Потребность в пищевых волокнах точно не установлена, ориентировочно она находится в пределах 20-40 г/сут. Согласно Нормам физиологических потребностей, взрослые лица должны употреблять 20 г пищевых волокон в сутки, а дети старше 3 лет — 10-20 г/сут. В группу пищевых волокон входят полисахариды, в основном растительные, перевариваются в толстом кишечнике в незначительной степени и существенно влияют на процессы переваривания, усвоения, микробиоциноз и эвакуацию пищи.

При поступлении в организм достаточного количества углеводов они оказывают белоксберегающий эффект, то есть экзогенные аминокислоты используются в основном на пластические, а не на энергетические нужды. При резком снижении углеводов в диете происходит усиление окисления липидов, сопряженное с интенсивным кетогенезом, а также увеличение катаболизма белка. Избыток поступления углеводов приводит к интенсификации линогенеза с возможным развитием ожирения. В РФ оптимальным для здорового человека считается потребление углеводов в количестве 50-65% от энергетической ценности рациона. Поступающие углеводистые продукты должны обеспечивать не только калорийность пищи, но и достаточное количество необходимых организму растительных волокон.

При оценке состава рациона необходимо учитывать жирнокислотный состав продуктов. Согласно рекомендация ВОЗ (2009) жиры должны составлять 20-35% от общей энергоценности рациона (минимальный уровень — 15%, максимальный — 35%), при этом НЖК - 10%, ПНЖК — 6-11%.

Согласно российским Нормам физиологических потребностей, физиологическая потребность в жирах составляет от 70 до 154 г/сут — для мужчин, от 60 до 102 г/сут — для женщин, 5,5-6,5 г/кг массы тела — для детей до 1 года, от 40 до 97 г/сут — для детей старше 1 года. Согласно рекомендациям ВОЗ и М3 РФ, пропорция насыщенных жиров не должна превышать 10% от общего жира рациона. Физиологическая потребность в мононенасыщенных жирных кислотах для азрослых должна составлять 10% от калорийности суточного рациона. Физиологическая потребность в ПНЖК для взрослых — 6-10%, а для детей — 5-10% от калорийности суточного рациона.

Две основные группы ППЖК — кислоты семейств омега-6 и омега-3. Физиологическая потребность азрослых в омега-6 жирных кислотах составляет 8-10 г/сут, в омега-3 жирных кислотах — 0,8-1,6 г/сут (или 5-8% от калорийности суточного рациона для омега-6 и 1-2% от калорийности суточного рациона для омега-3). Оптимальное соотношение в суточном рационе омега-6 к омега-3 жирным кислотам должно составлять 5-10:1. Физиологическая потребность в омега-6 и омега-3 жирных кислотах — 4-9% и 0,8-1% от калорийности суточного рациона для детей от 1 года до 14 лет и 5-8% и 1-2% — для детей от 14 до 18 лет соответственно. Количество холестерина и суточном рационе взрослых и детей не должно превышать 300 мг. Оптимальное содержание фосфолипидов в рационе взрослого человека — 5-7 г/сут.

Данные о потребности в энергоемких нутриентах при различных состояниях приводятся в соответствующих главах данного Руководства (см. т акже гл. 10 «Питание взрослого населения»).

Витамины делят на водорастворимые и жирорастворимые, кроме того, в настоящее время выделяют энзимовитамины (В₁, В₂, РР, В₆, В₁₂, Н, пантотеновая и фолиевая кислота), гормоновитамины (A, D, К) и витамины-антиоксиданты, или редокс-витамины (А, С, Е, липоевая кислота, биофлавоноиды, полифенолы) (табл. 6.1).

По данным В. А. Тутельяна (2000), среди взрослого населения России отмечается значительный дефицит витаминов. Так, дефицит витамина С выявлен у 80-90%, витамина В₁ — у 75%, витамина В₂ — у 58%, витамина В₆ — у 71%, фолиевой кислоты — у 60-90%, каротина — у 52% населения.

При отсутствии поступления не синтезируемых эндогенно витаминов развиваются авитаминозы, для которых характерна яркая клиническая картина (например, цинга при отсутствии аскорбиновой кислоты); гиповитаминозы встречаются при недостаточном поступлении витаминов, при этом имеют место менее специфичные и выраженные клинические проявления.

Коррекция гиповитаминозов только витаминными препаратами иногда не дает должного эффекта без введения в рацион достаточного количества белков, а также тех или иных макро- или микроэлементов. Микроэлементы присутствуют в структуре многих витаминзависимых коферментов, поэтому симптомы витаминной недостаточности часто зависят от дефицита апофермент-витамин-минерального комплекса. Имеет значение взаимодействие самих витаминов. Так, синергистами являются витамины-антиоксиданты (Е, С, А), аскорбиновая кислота и тиамин. Антагонизм присущ тиамину и пиридоксину, ретинолу и филлохинонам, пиридоксину и токоферолам. Существует прямой химический антагонизм витамина С и цианокобаламина, в связи с чем нельзя назначать их смешивание в одном шприце. Из-за взаимодействия нескольких витаминов и микроэлементов водной биохимической цепочке (например, участие в биологическом окислении витаминов В₁, В₂, РР, В₁₅, железа и меди) одни и те же клинические симптомы могут встречаться при дефицитах различных нутриентов. Поражение высокоаэробных эпителиальных клеток кожи и слизистых, изменение волос и ногтей наблюдаются при недостаточном поступлении различных нутриентов, участвующих в биологическом окислении.

Физиологическая роль витамина В₁

Физиологическая роль тиамина связана с его участием в построении коферментов ряда ферментов:

Перечисленные три фермента обеспечивают метаболизм различных нутриентов, но прежде всего углеводов, а следовательно, энергетический обмен (углеводы — основной поставщик энергии). При избытке углеводов в рационе увеличивается потребность в тиамине и может развиться относительная недостаточность витамина В₁. При авитаминозе В₁ понижается дыхательный коэффициент, происходит накопление продуктов недоокисления пирувата, которые действуют токсически на ЦНС. Возникающий метаболический ацидоз и энергодефицит ухудшает работу градиентных насосов клеток, в том числе нервных, сердечных и мышечных. В условиях нарушения окисления углеводов организм вынужден использовать белки и жиры, что ведет к мышечной атрофии, задержке физического развития у детей. Нарушаются превращение углеводов в жиры и синтез жирных кислот.

Тиамин необходим для биосинтеза важнейшего нейромедиатора ацетилхолина. При дефиците тиамина затруднено образование ацетил-КоА из пирувата и ацетилирование холина, что приводит к нарушению синтеза ацетилхолина и соответствующей клинической симптоматике (атонические запоры, снижение желудочной секреции, неврологические расстройства).

Метаболизм витамина В₁

Витамин В₁ синтезируется растительными клетками в зеленых частях высших растений, а также рядом микроорганизмов, в том числе кишечной палочкой (Е. Coli). В растительных продуктах тиамин находится в свободном состоянии, в животных — в фосфорилированном, иногда он может быть связан с белком (апоферментом). Комплексные соединения тиамина гидролизуются и дефосфорилируются в ЖКТ, свободный тиамин всасывается в начальных отделах тонкой кишки при помощи переносчика, а при больших дозах путем диффузии. Через 15 минут после приема тиамин обнаруживается в плазме крови, а через 30 минут — в тканях. Тиамин накапливается в мозге, сердце, почках, надпочечниках, печени, около 50% — в скелетных мышцах. В печени образуются активные метаболиты тиаминдифосфат и тиаминтрифосфат. Элиминация витамина осуществляется за счет метаболизма в печени со средней скоростью 1 мг/сут. Период полувыведения тиамина составляет 9-18 суток.

Развитие гиповитаминоза В₁ возможно при преимущественно углеводном питании и глюкозотолерантности, что может служить причиной возникновения онкологических процессов и роста уже имеющихся опухолей. Толерантность к глюкозе приводит к ацидозу и повышенной потребности в активации ферментных путей с участием тиаминзависимой транскетолазы. Это состояние можно охарактеризовать как приобретенную ферментопатию (недостаточность активности транскетолазы в условиях избытка углеводов в питании). Избыток молочной и пировиноградной кислоты раздражает рецепторы нервных окончаний и снижает болевой порог. Замедляется превращение углеводов в жиры, снижается синтез стероидов и ацетилхолина, страдает энергетический обмен. Задержка синтеза стероидов может вызвать расстройства эндокринной системы; недостаточное образование липидов становится причиной дефицита простагландипов и лейкотриенов. Дефицит ацетилхолина, обусловленный гиповитаминозом В₁, приводит к нарушению проведения нервных импульсов по нервным путям, неврологическим расстройствам. Что касается вегетативной нервной системы, то в первую очередь пострадает блуждающий нерв, так как ацетилхолин является его конечным медиатором, отсюда снижение секреции и моторики ЖКТ.

При длительном применении фуросемида, как правило, увеличивается потеря тиамина с мочой и возникает гиповитаминоз В₁.

Клинические проявления дефицита витамина В₁

Шоковыми системами при авитаминозе В₁ являются нервная, сердечно-сосудистая и пищеварительная. При значительном дефиците тиамина развивается тяжелое заболевание бери-бери (ранее часто встречалось в Восточной Азии, на Филиппинах, в Индокитае, Японии). Название бери-бери происходит от индийского beri (ножные оковы) из-за неуверенной, шатающейся походки больных. В европейских странах население употребляет больше продуктов, богатых тиамином, поэтому здесь чаще наблюдается не бери-бери, а симптом Вернике (энцефалопатия) или синдром Вейса (преимущественное нарушение сердечно-сосудистой системы, а также нервной и пищеварительной). В настоящее время предполагается, что бери-бери — это комбинированный авитаминоз (прежде всего В₁, а также В₂, РР, В₆, С).

Для гипо- и авитаминоза В₁ характерны следующие признаки:

Описаны три формы бери-бери:

Гиповитаминоз В₁ встречается довольно часто в цивилизованных странах вследствие избыточного употребления рафинированных углеводистых продуктов и сладостей. Тиаминовая недостаточность отмечается у каждого четвертого алкоголика. Недостаточность витамина В₁ может развиваться в результате потребления пищи, содержащей значительное количество тиаминазы (фермента, разрушающего тиамин) и других антивитаминных веществ, которыми богаты сырая рыба (карп, сельдь и др.) и морские животные. Сочетание морских продуктов с полированным рисом было причиной возникновения бери-бери у японских матросов адмирала К. Такаки. Адмирал снизил заболеваемость бери-бери, обогатив рацион моряков овощами, молоком и мясом.

Тиамин разрушается при продолжительной варке, особенно в щелочной среде, теряется при рафинировании зернопродуктов (мюсли, крупы быстрого приготовления и др.). Всасывание витамина В₁ ухудшают табак, алкоголь, кофе и продукты питания, содержащие углекислые соли и соли лимонной кислоты.

Ускоряется выведение тиамина у рабочих в горячих цехах, при производственном контакте с тетраэтилсвинцом (работники бензозаправок и нефтепроизводства), при контакте с сероуглеродом.

Дефицит тиамина в Международной классификации болезней МКВ-10 представлен следующим образом.

Потребность в витамине B₁ и его источники

Суточная потребность в тиамине составляет 0,4 мг на каждые 1000 ккал, или 1,5 мг (здесь и далее суточная потребность указана согласно Нормам физиологических потребностей (см. Приложение 2 к данному Руководству)).

Пищевые источники тиамина (мг/100 г): свиная вырезка (1,45), мясо поросят (1,40), горох лущеный (0,9), свинина беконная (0,60), дрожжи (0,60), овсяная (0,49), гречневая (0,43), пшенная (0,42) крупа, субпродукты (0,38), хлеб из муки грубого помола (0,25). Овощи и фрукты, а также молоко бедны витамином В₁.

Физиологическая роль витамина В₂

Биологическая роль рибофлавина определяется его участием в построении двух важнейших коферментов флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД), входящих в состав окислительно-восстановительных ферментных систем, так называемых флавопротеидов. ФАД участвует в построении флавопротеидов, катализирующих янтарную кислоту (метаболит цикла Кребса) и жирные кислоты. Кроме того, ФАД входит в состав моноаминоксидазы (МАО) основного фермента разрушения катехоламинов, α-глицерофосфатдегирогеназы (обеспечивает метаболизм глицерина и фосфотриоз), ксантиноксидазы (катализирует окисление пуринов до мочевой кислоты) и ряда других ферментов. Таким образом, рибофлавин участвует в процессах биологического окисления и энергетического обмена. Наряду с витамином А рибофлавин обеспечивает остроту восприятия цвета и света, темповую адаптацию, он необходим для построения зрительного пурпура, защищающего сетчатку от избыточного воздействия ультрафиолетового облучения. Витамин В₂ нужен для эритроцитарной глутатионредуктазы, предохраняющей эритроциты от аутоокисления.

Недавно был открыт протективный эффект рибофлавина — потенцирование устойчивости к гипоксии в условиях острой гипербарической гипоксии.

При недостатке рибофлавина уменьшается количество окислительных ферментов, страдает окисление органических веществ, дающих энергию для роста и развития, поэтому витамин В₂ называют водорастворимым витамином роста. Он участвует в обмене гомоцистеина наряду с витаминами В₆, В₁₂, В_с.

Метаболизм витамина В₂

В пище рибофлавин находится в фосфорилированном состоянии и связан с белками, для всасывания он должен расщепиться и дефосфорилироваться. Пероральное применение синтетического рибофлавина в избыточных дозах нс приводит к увеличению его всасывания, однако содержание свободного витамина в желчи и просвете кишки возрастает. После абсорбции рибофлавин совершает энтерогепатический круговорот. В стенке кишки витамин В₂ фосфорилируется, затем в печени сначала образуется рибофлавин-5'-монофосфат (ФМН), следом — ФАД. Наиболее значительное количество рибофлавина обнаруживается в миокарде, печени, почках, мозге. За сутки выделяется с мочой около 10% принятой дозы, остальная часть подвергается канальцевой реабсорбции.

Клинические проявления дефицита витамина В₂

При гипо- и авитаминозе В₂ страдают высокоаэробный эпителий кожи и полости рта (рис. 6.1, 6.2, 6.3). Наблюдаются поражения слизистой оболочки губ с вертикальными трещинами и десквамацией эпителия (хейлоз), ангулярный стоматит (заеды), глоссит (язык отечен, «географический», с отпечатками зубов, гипертрофия сосочков), себорейный дерматит носогубного треугольника, ушей, шеи, мошонки. Имеются васкуляризация роговицы (интерстициальный кератит), блефарит и конъюнктивит, нарушается темповая адаптация и ухудшается цветовое зрение. Снижается детоксикационный потенциал печеночных оксидаз при метаболизме ряда лекарств. Арибофлавиноз может сопровождаться нормохромной гипорегенераторной анемией и лейкопенией, особенно часто — у детей.

Дефицит рибофлавина отражается на тканях, богатых капиллярами и мелкими сосудами. Поскольку к ним относится и ткань мозга, то проявлением болезни может быть церебральная недостаточность, характеризующаяся общей слабостью, головокружением, снижением тактильной и болевой чувствительности, повышением сухожильных рефлексов. Проявления авитаминоза усугубляются жировой и углеводной нагрузкой.

Основные причины гиповитаминоза В₂ — это резкое снижение потребления молочных продуктов, хронические заболевания ЖКТ, прием медикаментов, являющихся антагонистами рибофлавина (акрихин и его производные). Табак и алкоголь снижают всасывание рибофлавина, он разрушается в сочетании с пищевой содой и на свету.

Дефицит рибофлавина в МКБ-10 представлен следующим образом.

Потребность в рибофлавине и его источники

Суточная потребность в витамине В₂ составляет 1,8 мг.

Пищевые источники рибофлавина (мг/100 г): печень (2,60), почки (1,8), сердце (0,75), дрожжи (0,68), миндаль (0,65), сыр (0,32-0,50), овсяная крупа (0,49), яйца (0,44), грибы (0,30-0,45), язык (0,37), творог жирный (0,30), хлеб (0,25), говядина (0,23), соя (0,22), греча (0,20), халва (0,20). Витамин устойчив к тепловой обработке.

Витамин РР называют антипеллагрическим, поскольку он предотвращает развитие пеллагры.

Основными представителями ниацина являются никотиновая кислота и никотинамид. биологическая активность этих соединения одинакова, но никотиновая кислота оказывает более выраженное сосудорасширяющее действие. В животных тканях ниацин содержится в основном в виде никотинамида.

Физиологическая роль ниацина

Ниацин является коферментом в НАД-зависимых дегидрогеназах (обеспечение тканевого дыхания, метаболизма углеводов и аминокислот), ПАДФ-зависимых ферментах пентозного цикла и синтеза липидов, НМН-зависимых энзимах (алкоголь-дегидрогеназа, малик-фермент). Функция дегидрогеназ заключается в первичном дегидрировании (отнятии ионов водорода и электронов) различных нутриентов и их метаболитов и поставке ионов водорода и электронов в цепь биологического окисления, сопряженного с фосфорилированием.

Ниацин влияет на эритропоэз, замедляет свертываемость крови и повышает ее фибринолитическую активность. В центральной нервной системе стимулирует тормозные процессы, ослабляя проявления неврозов и истерии. Кроме того, ниацин, улучшая тканевое дыхание обкладочных клеток, повышает желудочную секрецию. Помимо этого ниацин улучшает метаболизм, микроциркуляцию и оксигенацию миокарда, усиливает его сократительную способность. Витамин РР расширяет мелкие периферические сосуды, тем самым улучшая кровообращение и обмен веществ в коже и подкожных тканях.

Метаболизм ниацина

Никотиновая кислота всасывается преимущественно в фундальной части желудка и начальных отделах тонкой кишки. Абсорбция витамина сопровождается его аминированием и дезаминированием в стенке кишки и желудка. Выводится с мочой в виде исходного соединения, никотинамида и метаболитов.

Клинические проявления дефицита ниацина

Гиповитаминоз РР может длительное время протекать бессимптомно, затем появляются слабость, вялость, повышенная утомляемость, депрессия, нарушение сна, тахикардия, бледность и сухость кожи.

При авитаминозе развивается пеллагра заболевание, протекающее с поражением ЖКТ, кожи, ЦНC (три «Д» — диарея, дерматит, деменция). Название болезни происходит от итальянского pelle agra — шершавая кожа. Пеллагрой болело малообеспеченное сельское население тех стран, где в питании большую роль играла кукуруза. Лейцин кукурузы ингибирует превращение триптофана в ниацин.

Основные клинические проявления дефицита ниацина:

НикотиНамид как акцептор метальных групп участвует в регуляции синтеза в печени ЛПОНП. Прием ниацина уменьшает синтез ЛПОНП и уменьшает скорость деградации ЛПВП, что используется при лечении и профилактике гиперлипопротеинемии. Но большие дозы витамина РР при длительном применении способствуют обратимому стеатозу печени. Метальные донаторы (холип, метионин, бетаин) при совместном применении с ниацином препятствуют этому процессу.

Никотиновая кислота может освобождать гистамин из мастоцитов неспецифически (по типу аллергоидной реакции). При этом возникают крапивница, зуд, гиперемия кожи, жар, повышение желудочной секреции, иногда коллапс.

Дефицит ниацина в МКВ-10 представлен следующим образом.

Потребность в ниацине и его источники

Как уже говорилось выше, развитие пеллагры может быть связано с однообразным питанием кукурузой, в которой ниацин находится в связанной форме и почти не усваивается. Кроме того, в кукурузе содержится мало триптофана, который в организме превращается в ниацин (из 60 мг триптофана образуется 1 мг ниацина). В связи с этим существует понятие «ниациновый эквивалент» — это 1 мг ниацина или 60 мг триптофана.

Потребность взрослого человека в ниацине составляет 6,6 ниацинового эквивалента на 1000 ккал в сутки (14-28 мг/сут).

К дефициту ниацина могут привести мальабсорбция, алкоголизм, белковое голодание, длительная терапия противотуберкулезными препаратами (фтивазид, циклосерин, изониазид), которые являются антагонистам пиридоксина, необходимого для превращения триптофана в ниацин. В составе ниацинзависимых ферментов часто имеются цинк, магний, марганец, молибден и кобальт, дефицит которых способствует проявлению гиповитаминоза РР. Вторичная пеллагра встречается при болезни Хартнупа (ниацин плохо абсорбируется из кишечника) и карциноидном синдроме из-за нарушения метаболизма ниацина.

Пищевые источники ниацина (мг/100 г): арахис (14,7), дрожжи (11,4), печень (7,1-12,0), семечки подсолнуха (10,1), грибы свежие (4,8-9,0), птица (5,2-8,3), мясо (2,3-6,2), греча (4,2), хлеб грубого помола (3,6), бобовые (2,2).

Витамин В₅ был открыт в 1933 г. и назван пантотеновой кислотой (от греч. «всюду» или «вездесущий»). В 1935 г. была синтезирована кальциевая соль пантотеновой кислоты.

Физиологическая роль витамина B₅

Физиологическая роль данного витамина значительна, так как от него зависят почти 80 ферментов. Витамин В₅ входит в состав ацетил-КоА и ацилпереносящего белка, участвует в процессах ацетилирования, окислительном дскарбоксилировании кетокислот (пировиноградной, α-кетоглютаровой и др.), синтезе лимонной кислоты (при включении в цикл Кребса), кортикостероидов, ацетилхолина, в окислении и биосинтезе жирных кислот. Пантотеновая кислота оказывает гиполипидсмическое действие, уменьшает резистентность к инсулину, снижает уровень инсулина и глюкозы крови, активирует липолиз, улучшает репаративные процессы в организме.

Синтез пантотеновой кислоты (связанной формы) происходит при участии тироксина. В свою очередь пантотеновая кислота защищает организм от токсического действия тироксина. При недостаточности пантотеновой кислоты в организме нарушается деятельность щитовидной железы, что может привести к микседеме.

Метаболизм витамина В₅

Кальция пантотенат хорошо всасывается в тонкой кишке, где превращается в пантотеновую кислоту. Кишечная микрофлора в норме синтезирует 3,4 мг пантотеновой кислоты в сутки, поэтому витамин может всасываться и в толстой кишке. Максимальная концентрация пантотеновой кислоты определяется в печени, затем - в надпочечниках и почках. Небольшое количество ее концентрируется в миокарде и скелетной мускулатуре. Около 60-70% пантотеновой кислоты выводится в неизменном виде с мочой, остальное количество — с содержимым кишечника.

Витамин значительно разрушается при тепловой обработке, при варке переходит в бульон.

Клинические проявления дефицита витамина B₅

К дефициту витамина могут привести заболевания тонкой кишки с синдромом мальабсорбции, значительный дефицит в пище белков, жиров, витаминов группы В, витамина С, а также длительное применение антибиотиков и сульфаниламидов.

Считают, что дефицит витамина B₅ играет роль в патогенезе педиолалгии (эритромегалии) — заболевания, связанного с поражением малых артерий дистальных отделов нижних конечностей. При гипопантотенозе наблюдаются жжение в стопах, онемение пальцев ног, жгучие мучительные боли в нижних конечностях, особенно по ночам, депрессия. Кожа стоп становится красной. Снижается сопротивляемость организма к инфекциям, часто возникают острые респираторные заболевания. Авитаминоз B₅ у человека не описан, он получен в экспериментах на животных и проявляется дерматитом, судорогами, парезами, эрозиями слизистой оболочки ЖКТ, стеатозом печени и гиполипидемией. У добровольцев с искусственно вызванным дефицитом пантотеновой кислоты наблюдали утомляемость, расстройство сна, головные и мышечные боли, диспепсические расстройства.

Потребность в витамине В₅и его источники

Суточная потребность в витамине B₅ — 5 мг.

Пищевые источники пантотеновой кислоты (мг/100 г): печень говяжья (6,8), печень свиная (5,8), почки говяжьи (3,8), почки свиные (3,0), горох лущеный (2,3), соя (1,75), фасоль (1,2), яйца куриные (1,3), кета, сардина (1,0).

Витамин В₆ существует в виде трех производных 3-оксипиридина — пиридоксина, пиридоксаля и пиридоксамина. Термином «пиридоксин» обозначается вся эта группа. В пищевых продуктах наиболее распространены пиридоксаль и пиридоксамин.

Физиологическая роль витамина В₆

Все названные формы взаимопревращаются в ходе ферментативных реакций. Биологически активной формой витамина В₆ являются его фосфорилированные производные: пиридоксаль-5-фосфат и пиридоксамин-5-фосфат. Фосфорилирование происходит в печени и почках.

Витамин В₆ является коферментом ферментов аминокислотного обмена, обеспечивающих реакции переаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования. В составе аминотрансфсраз, катализирующих переаминирование, он участвует в синтезе заменимых аминокислот; в составе декарбоксилаз, отцепляющих карбоксильные группы от аминокислот, участвует в образовании биогенных аминов (серотонина, гистамина, тирамипа, триптамина и др.). При дефиците витамина В₆ в первую очередь нарушается белковый обмен и наблюдаются отрицательный азотистый баланс, гипераминоацидемия, аминацидурия и оксалурия, обусловленная нарушением обмена глиоксалевой кислоты.

При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется γ-аминомасляная кислота, являющаяся медиатором торможения в ЦНС, вот почему пиридоксин — единственный витамин, при дефиците которого наблюдаются эпилептиформные судороги. Глутаматдекарбоксилаза необходима также для утилизации триптофана и синтеза серотонина, при нарушении обмена которых образуются метаболиты типа ксантуреновой кислоты (она препятствует инсулиногенезу, что может быть причиной гипергликемии).

С участием пиридоксинзависимых ферментов происходит синтез ниацина и серотонина из триптофана, а также разрушение избытка гомоцистеина.

Наряду с участием в обмене аминокислот пиридоксальфосфат нужен для построения фосфорилазы, катализирующей расщепление гликогена до глюкозо-1-фосфата, для синтеза предшественника гема γ-аминолевулиновой кислоты, а также для превращения линолевой кислоты в арахидоновую. Таким образом, пиридоксин необходим для углеводного и жирового обмена и синтеза гемоглобина.

Низкий уровень пиридоксальфосфата в крови является фактором риска развития атеросклероза и анемии.

Витамину В₆ присуща липотронная активность, так как он участвует в обмене метионина.

Метаболизм витамина В₆

Пиридоксин и его производные в пищевых продуктах находятся в связанном состоянии. В тонкой кишке они дефосфорилируются и всасываются путем простой диффузии. В печени и почках витамин B₆ вновь фосфорилируется. Наибольшие концентрации витамина обнаруживаются в печени, миокарде, почках.

Клинические проявления дефицита витамина В₆

Поскольку витамин В₆ широко распространен в продуктах питания и синтезируется кишечной микрофлорой, то чисто диетический дефицит его практически невозможен. Однако в американских детских больницах в 1951 1954 гг. у грудных детей, питавшихся разбавленным автоклавированным молоком с низким содержанием пиридоксина, наблюдались судорожные эпилептиформные припадки. Гиповитаминоз может развиться вследствие ряда причин, в частности при мальабсорбции, алкоголизме, стрессе, лихорадке, беременности, гипертиреозе и других состояниях, протекающих с ускорением катаболизма белка, а также при избытке в питании белков, богатых триптофаном, метионином и цистеином. Табак ухудшает всасывание пиридоксина, поэтому курильщики нуждаются в дополнительном приеме витамина В₆.

Гиповитаминоз В₆ может быть обусловлен наследственными заболеваниями: гомоцистинурией, цистатионинурией, ксантуренурией(синдром Кнаппа-Комровера), пиридоксинзависимым судорожным синдромом и пиридоксинзависимой анемией. Недостаточность пиридоксина развивается при использовании лекарств, обладающих антагонистическими свойствами к нему (изониазид, фтивазид, тубазид, циклосерин пеницилламин, хлорамфеникол, этионамид, иммунодепрессанты, L-ДОФА и эстрогены).

Гиповитаминоз В₆. проявляется следующими симптомами:

Часто дефицит пиридоксина сопровождается дефицитом магния, что утяжеляет клинику гиповитаминоза.

Дефицит пиридоксина в МКБ-10 представлен следующим образом.

Потребность в витамине В₆ и его источники

Потребность в витамине В₆ зависит от возраста, пола и во многом определяется потреблением белка. Для взрослых мужчин и женщин суточная потребность в витамине В₆ составляет 2,0 мг (увеличивается на 0,3-0,5 мг при беременности и лактации). Желательно соблюдать соотношение 0,032 мг витамина В₆ на 1 г потребляемого белка.

Пищевые источники витамина В₆ (мг/100 г): печень (0,50-0,70), кура (0,52), почки (0,50), мясо (0,42-0,50). Растительные продукты: фасоль (0,90), соя (0,85), хрен (0,70), чеснок (0,60), дрожжи (0,58), мука пшеничная обойная (0,55), рис (0,54), крупа ячневая (0,54), пшено (0,52), перец красный сладкий (0,50), гранат (0,50), кукуруза (0,48), греча ядрица (0,40), картофель (0,30).

Витамин В₆ фоточувствителен, теряется при консервировании, устойчив к тепловой обработке, но в щелочной среде может разрушаться на 20-35%.

Основные представители фолиевая (птероилглутаминовая) кислота и ее активная коферментная форма тетрагидрофолиевая кислота.

Физиологическая роль фолацина

Фолиевую кислоту впервые выделили в 1941 г. из листьев (folia) шпината и установили, что она содержит остатки метилптеридина, глутаминовой и парааминобензойной кислоты (ПАБК). ПАБК незаменима для многих микроорганизмов. Кишечная микрофлора человека синтезирует фолацин при наличии ПАБК. В природе распространены так называемые связанные фолаты, в которых птероевая кислота соединена с четырьмя и более остатками глутаминовой кислоты. В кишечнике происходит гидролиз полиглутаматов до моноглутамата с помощью кишечных ферментов — γ-глутамилкарбоксипептидаз (конъюгаз). Бобы содержат много полиглутаматов, но в них имеется термоактивирусный ингибитор конъюгаз. В норме усваивается 30-40% природных полиглутаматов.

Фолацин в крови переносится специальным траспортером в виде N5-метил-тетрагидрофолата. Внутри клетки происходит его деметилирование при участии витамина В₁₂. Из дигидрофолата при действии дигидрофолатредуктазы образуется биологически активный тетрагидрофолат, который сохраняется внутри клеток. Тетрагидрофолат — это кофермент, способствующий включению одноуглеродных фрагментов (метильной, формильной, метиленовой групп) из серина и дериватов гистидина в различные соединения. Фолатзависимые ферменты участвуют в синтезе пуринов и пиримидинового азотистого основания тимина. При дефиците фолацина уридилаты не превращаются в гимидилаты. Синтез PНК при этом существенно не страдает, но в ДНК тиминовые нуклеотиды частично замещаются на уридиновые. Синтез ДНК замедляется, образуется аномальная ДНК, при этом страдают быстро пролиферирующие клетки — гемопоэтические и эпителиальные. Нестабильная ДНК формирует структуры типа колец Кабо и телец Жолли. Кольца Кабо — это бледно-розовые включения в эритроцитах в виде колец, эллипсов или восьмерок, они могут появляться при тяжелых формах анемии с нарушением дифференцировки клеток эритроидного ряда. Тельца Жолли — это остатки ядерного вещества (мелкие темно-фиолетовые включения), наблюдающиеся при мегалобластных анемиях, гемолизе, состоянии после спленэктомии.

Тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК) переносит метильные группы, способствуя синтезу метионина из гомоцистеина, который в свою очередь является донатором могильных групп для образования холина, адреналина, креатина и др.

Метаболизм фолацина

Фолиевая кислота в растительных продуктах содержится в виде полиглутаматов. В тощей и частично в подвздошной кишке этот комплекс освобождается от моноглутаматов и витамин легко всасывается. При повреждении ворсинок энтероцитов (например, при целиакии) всасывание нарушается. Фолацин депонируется в большом количестве (до 75%) в печени. Метаболиты фолацина выделяются почками.

Клинические проявления дефицита фолацина

Всасывание фолацина снижается у алкоголиков под действием этанола, при приеме ряда лекарств (пентамидина, триамтерена, пириметамина, триметоприма, фенитоина, метотрексата, аминонтерина, аметоптерина, барбитуратов, сульфаниламидов), а также в кислой среде. Повышенная потребность в фолацине существует у больных с энтеритами, гемолитическими анемиями, шелушащимися кожными заболеваниями, при беременности и кормлении грудью. Дефицит фолацина во время беременности может привести к нарушению психического развития и уродствам у детей.

При целиакии усвоение фолатов резко падает, как полагают, вследствие первичного дефекта гидролаз. Недостаточное мембранное пищеварение фолатов и, как следствие, мальабсорбция фолацина способствуют нарушению регенерации кишечного эпителия. Таким образом, образуется порочный круг.

Дефицит фолацина может приводить к вторичной гомоцистеинурии, нехватке метионина, что вызывает стеатоз печени и атеросклероз.

Клиническая картина гиповитаминоза фолиевой кислоты развивается медленно, так как запасы данного витамина исчерпываются через 3-6 месяцев. Более всего страдают кроветворная и пищеварительная системы.

Клинические проявления гиповитаминоза фолиевой кислоты:

Дефицит фолиевой кислоты в МКГБ-10 представлен следующим образом.

Потребность в фолацине и его источники

Потребность в фолацине составляет 400 мкг/сут, при беременности возрастает до 600 мкг/сут. Считается, что рацион может обеспечить примерно 2/3 суточной потребности в фолацине, а 1/3 синтезируется кишечной микрофлорой. Витамин значительно разрушается при тепловой обработке (на 80-90%) и при измельчении продуктов.

Пищевые источники фолацина (мкг/100 г): дрожжи (550), печень говяжья (240), печень свиная (225), соя (200), зелень петрушки (110), фасоль (90,0), шпинат (80), салат (48), творог нежирный (40,0), белые грибы (40,0), пшено (40,0), хрен (37,0), фасоль (36,0), твердые сыры (10,0-45,0), гречневая и ячневая крупа (32,0), капуста брюссельская (31), крупа овсяная (29,0), хлеб (22,5-30,0).

Витамин В₁₂ в чистом виде был выделен в 1948 г., но его химическую структуру удалось установить лишь в 1955 г., за что Д. Ходжкин был удостоен Нобелевской премии. Основными представителями кобаламинов являются оксикобаламин и цианокобаламин. Витамин В₁₂ — собирательное название. Из природных источников были выделены производные витамина В₁₂, содержащие ОН-группу (оксикобаламин), хлор (хлоркобаламин), Н₂О (аквакобаламин), азотистую кислоту (нитритокобаламин), а также аналоги витамина, которые вместо 5,6-диметилбензимидазола содержали 5-оксибензимидазол (аденин), 2-метиладенин, гипоксантин и метилгипоксантин.

Физиологическая роль витамина В₁₂

Биологически активными (коферментными) формами витамина В₁₂ являются метилкобаламин и N⁵-дезоксиаденозилкобаламин.

Метилкобаламин участвует в реакциях трасметилирования, что лежит в основе его липотропных свойств, он необходим для метилирования гомоцистеина в метионин. При нарушении этой реакции образуется избыток гомоцистеина, который может способствовать развитию атеросклероза. Нехватка метионина затрудняет образование холина, а значит, фосфолипидов и ацетилхолина, а также экскрецию липопротеидов печенью. Нарушается превращение N⁵-метилтетрагидрофолиевой кислоты в тетрагидрофолат, что приводит к дефициту фолацина. В основе клинической картины как гиповитаминоза В₁₂, гак и фолацина лежит мегалобластическая анемия. Фолацин и кобаламин являются синергистами, большие дозы фолацина эффективны при гиповитаминозе В₁₂. Поскольку фолацин необходим для синтеза пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов не только клеткам гемопоэза, но и всем остальным клеткам, особенно быстро пролиферирующим, то при дефиците его нарушается пролиферация эпителия ЖКТ, что может приводить к возникновению эрозий, а на фоне лейкопении — к язвенно-некротическому процессу в слизистых оболочках рта, пищевода, желудка, кишечника. Участие витамина В₁₂ в биосинтезе нуклеиновых кислот определяет его влияние на процессы кроветворения и пролиферации клеток.

N⁵-дезоксиаденозилкобаламин необходим для окисления жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, а также для окислительного распада метионина, валина, изолейцина и треонина. При недостаточности этой реакции в организме накапливается избыток метилмалоновой кислоты, которая наряду с пропионовой кислотой превращается в жирные кислоты с нефизиологическим нечетным числом углеродных атомов. Эти метаболиты вызывают жировую дистрофию нервных клеток и демиелинизацию нервных волокон.

При недостаточности витамина В₁₂ может развиться иммунодефицит в связи с образованием гиперсегментированных нейтрофилов, малоустойчивых к «дыхательному взрыву», который уничтожает внутриклеточные бактерии и вирусы.

Метаболизм витамина В₁₂

Кобаламин — кобальтсодержащее геминоподобное соединение, известен как внешний фактор Касла, для усвоения которого необходим внутренний фактор Касла — гексозаминсодержащий мукопротеин, вырабатываемый обкладочными клетками слизистой оболочки желудка. Витамин В₁₂с внутренним фактором Касла образует комплекс, защищающий его от разрушения в кишечнике. Лишь в составе такого комплекса витамин всасывается при участии специального рецептора. Однако в высоких концентрациях (свыше 200 мкг) витамин В₁₂ может всасываться без внутреннего фактора Касла как в кишечнике, так и в ротовой полости. При наследственных дефектах самого внутреннего фактора Касла или рецептора развивается мегалобластическая анемия, что встречается редко, чаще наблюдается злокачественная анемия Аддисона-Бирмера, обусловленная выработкой аутоантител к обкладочным клеткам слизистой оболочки желудка или к внутреннему фактору Касла.

Кобаламин не синтезируется ни животными, ни высшими растениями, лишь микроорганизмы способны его вырабатывать. Микрофлора кишечника человека синтезирует витамин В₁₂ при наличии витамина РР. Однако образование витамина В₁₂ в толстой кишке значения не имеет, так как витамин практически не всасывается из нее. Из подвздошной кишки витамин поступает в портальный кровоток в комплексе с транскобаламином II, проникает в гепатоциты и депонируется в них в комплексе с транскобаламином I в столь значительном количестве, что запасов витамина В₁₂хватает человеку примерно на 3-4 года. Из печени он выводится в кишечник (до 3-7 мкг/сут), где снова всасывается (энтерогепатическая циркуляция). За сутки всасывается около 20-25% витамина, содержащегося в пище. С мочой выводится только следовое количество витамина В₁₂.

Клинические проявления дефицита витамина В₁₂

Любой патологический процесс, сопровождающийся глубокой атрофией слизистой оболочки тела желудка, а также резекция желудка могут быть причиной возникновения дефицита витамина В₁₂. Так, у 5 20% лиц старшего возраста наблюдается дефицит витамина В₁₂, обусловленный атрофией слизистой оболочки желудка, снижением функции обкладочных клеток, синтезирующих внутренний фактор Касла.

Всасывание витамина происходит в основном в подвздошной кишке. Следовательно, заболевания, протекающие с поражением подвздошной кишки (например, болезнь Крона, лимфома), резекция данного отдела кишки часто приводят к гипо- или авитаминозу В₁₂.

Доказана роль чистого вегетарианства в развитии гиповитаминоза (растительные продукты практически не содержат кобаламина). Кроме того, причиной витаминодефицитного состояния могут быть дифиллоботриоз, анкилостомидоз (паразиты избирательно абсорбируют витамин В₁₂), прием неомицина, колхицина, парааминобензойной кислоты, препаратов калия, холестирамина (нарушение всасывания витамина). При курении ускоряется инактивация витамина В₁₂.

Авитаминоз В₁₂ характеризуется:

Иногда дефицит витамина В₁₂ может сопровождаться развитием ортостатической гипотонии и купируется внутривенным введением витамина.

Нередко дефицит витамина В₁₂ сочетается с нехваткой меди, что сопровождается анемией, нейтропенией, миелопатией с нарушением походки и сенсорной атаксией.

Дефицит витамина В₁₂ и его избыток в МКБ-10 представлен следующим образом.

Потребность в витамине В₁₂ и его источники

Потребность в витамине В₁₂ составляет 3 мкг/сут.

Пищевые источники витамина В₁₂ (мкг/100 г): печень говяжья (60,0), печень свиная (30,0), почки говяжьи (25,0), скумбрия жирная (12,0), сардина (11,0), сельдь атлантическая жирная (10,0), кета (4,10), нототения (2,8), морской окунь (2,4), треска (1,6), говядина (3,0), творог нежирный (1,32), твердые сыры (1,05-2,2).

Витамин В₁₂ устойчив к тепловой обработке, но разлагается на свету.

Биотин был выделен из сухого яичного белка в 1935 г. Существует восемь стереоизомеров биотина, из которых только один правовращающий изомер имеет биологическую активность.

Физиологическая роль биотина

Интересен тот факт, что в сыром яичном белке содержится высокоспецифичный антагонист биотина — гликопротеид авидин. В эксперименте было показано, что употребление 12 сырых яичных белков в день снижает всасывание биотина до такой степени, что через несколько суток развивается картина гиповитаминоза Н. Для усвоения биотина из пищи необходим панкреатический фермент биотиназа, который освобождает биотин отбелка. При врожденной недостаточности биотиназы у новорожденных наблюдается десквамативная эритродермия Лейнера.

Биотин синтезируется кишечной микрофлорой, он широко распространен в продуктах питания, поэтому гиповитаминоз в естественных условиях не наблюдается. К витаминной недостаточности могут приводить: мальабсорбция, дисбактериоз кишечника, длительное парентеральное питание, употребление сырых яиц.

Витамин Н является коферментом карбоксилаз, в том числе пируваткарбоксилазы, ацетил-КоА-карбоксилазы, пропионил-КоД-карбоксилазы, транскетолазы, что очень важно для метаболизма глюкозы. Установлено, что биотин регулирует экспрессию генов, ответственных за интенсивность метаболизма. Он стимулирует работу генов на уровне глюкозы крови (через продукцию инсулина, инсулиновые рецепторы, панкреатическую и печеночную глюкокиназу). В то же время биотин уменьшает экспрессию печеночной фосфоэнолпируваткарбоксикиназы, которая стимулирует синтез глюкозы в печени. Таким образом, биотин регулирует деятельность генов, которые обеспечивают углеводный и жировой гомеостаз. Дефицит биотина связан с пониженной толерантностью к глюкозе, а его фармакологические дозы уменьшают концентрацию липидов в плазме.

Биотин необходим для синтеза жирных кислот и стеринов, а также для образования оксалоацетата, способствующего включению в цикл Кребса одноуглеродных фрагментов. Таким образом, биотин участвует в обмене жиров, белков и углеводов.

Биотин обеспечивает нормальное функционирование потовых желез, нервной ткани, костного мозга, мужских семенных желез, клеток кожи и волос, минимизирует симптомы дефицита цинка.

Клинические проявления дефицита витамина Н

Для гиповитаминоза Н характерны:

При беременности часто развивается дефицит биотина, что оказывает тератогенное действие на плод.

Потребность в биотине и его и источники

Потребность в биотине составляет 50 мкг/сут.

Пищевые источники биотина (мкг/100 г): почки свиные (140), печень говяжья (98), почки говяжьи (88), печень свиная (80), соя (60), желтки яиц (56), рис (12), арахис и дрожжи (30), кукуруза (21), овсяная крупа (20), горох лущеный (19,5), творог нежирный (7,6), зеленый горошек (5,3).

В XX в. за открытия, связанные с витамином С, были получены две Нобелевские премии — Альбертом Имре Сент-Дьердьи в 1937 г. и Лайнусом Полингом в 1954 г.

Аскорбиновая кислота является незаменимым фактором питания только для человека, обезьяны, морской свинки и летучей мыши. Все остальные животные и растения синтезируют ее из глюкозы. Существуют три формы витамина С:

Физиологическая роль витамина С

Аскорбиновая кислота является природным антиоксидантом, так как содержит лабильные атомы водорода, несущие неспаренный электрон. При соединении с активными формами кислорода и липоперекисями витамин С, как и другие антиоксиданты, нейтрализует их, образуя стабильные несвободнорадикальные соединения.

Редокс-витамины (С, А, Е, липоевая кислота, витамин Р), являясь синергистами между собой, входят в состав единой антиоксидантной системы клеток. Они взаимодействуют с антиоксидантами, вырабатываемыми самим организмом: глутатионом, цистеином, металлозависимыми и селенозависимыми ферментами (каталаза, глутатион-пероксидаза, супероксиддисмутаза), глобулинами острой фазы, мочевой кислотой и билирубином. Аскорбиновая кислота нужна для реактивации витамина Е и каротиноидов, восстановления глутатиона, при этом биофлавоноиды (витамин Р) значительно уменьшают дозы аскорбиновой кислоты, необходимой для этих процессов.

Витамин С снижает скорость окисления ЛПОНП, что способствует транспорту витаминов Е и А и торможению процессов атерогенеза.

Витамин С участвует в синтезе кортикостероидов, метаболизме катехоламинов (превращение дофамина в норадреналин), окислении ароматических аминокислот (тирозина и фенилаланина), синтезе серотонина из триптамина. Поэтому адекватное обеспечение витамином необходимо для нормальной функции коры надпочечников и мозга.

Аскорбиновая кислота важна для состояния соединительной ткани, так как обеспечивает синтез коллагена из проколлагена, активируя ферменты пролилгидроксилазу и лизилгидроксилазу, гидроксилирующие пролин и лизин в молекуле проколлагена. При недостаточности этой реакции больше всего поражается насыщенный гидроксипролиновыми остатками коллаген кровеносных сосудов, что ведет к геморрагическому синдрому.

Активируя гексокиназу, аскорбиновая кислота обеспечивает проникновение глюкозы в клетки и отложение ее в печени. Она участвует в синтезе и метаболизме гормонов щитовидной железы, улучшает всасывание железа из кишечника, нейтрализует нитрозамины пищи, снижая риск развития рака желудка и кишечника.

Аскорбиновая кислота ингибирует активность фосфодиэстеразы, повышая уровень 3',5'-цАМФ в тканях, оказывает регенерирующее действие. Витамин С улучшает иммунологический статус организма за счет усиления активности Т-клеточного звена иммунитета, стимуляции бактерицидной активности и миграционной способности нейтрофилов.

Витамин С способствует всасыванию железа и кальция из кишечника, но препятствует всасыванию меди. Снижают действие витамина С тетрациклины, сульфамедикаменты, барбитураты, ацетилсалициловая кислота. При приеме витамина С уменьшается действие хинидина, антикоагулянтов, холинолитиков.

Доказана способность витамина С выводить из организма в составе комплексной терапии избыток свинца, нитрозаминов, мышьяка, бензолов, цианидов.

В кислой среде аскорбиновая кислота и аскорбиген достаточно хорошо сохраняются при тепловой обработке. В виде дегидроаскорбиновой кислоты витамин С легко (без затрат энергии) проникает из тонкой кишки через мембраны энтероцитов. В клетках дегидроаскорбиновая кислота быстро восстанавливается, превращаясь вновь в аскорбиновую кислоту при участии тиоловых и дисульфидных групп. Витамин С избирательно накапливается в задней доле гипофиза и надпочечниках. Метаболизируется он главным образом в печени, превращаясь в дезоксиаскорбиновую кислоту и дикетогулоновую кислоту — последняя затем превращается в щавелевоуксусную кислоту.

Клинические проявления дефицита витамина С

При отсутствии витамина С развивается авитаминоз (цинга — у взрослых, болезнь Меллера-Барлоу — у детей). Клинические проявления авитаминоза были описаны еще в XIII в., а продукты, устраняющие симптоматику цинги, были определены эмпирически в XVII в. В настоящее время врачи чаще встречаются с гиповитаминозом и лишь в отдельных случаях — с авитаминозом витамина С. Дефицит его в пище способствует развитию гиповитаминоза за 1-3 месяца, а через 3-6 месяцев уже появляется цинга.

Клинические проявления недостаточности витамина С:

К новым симптомам гиповитаминоза С относят высокую вероятность внезапной остановки сердца. Особенностью гиповитаминоза является частое развитие анемии и очень редкое — лейкопении.

К дефициту витамина С приводят исключение из рациона свежих фруктов и овощей, неправильная кулинарная обработка и хранение пищи, обширные хирургические вмешательства, атрофический гастрит, энтерит, стрессовые ситуации, тяжелая физическая нагрузка. Для профилактики гиповитаминоза С в лечебно-профилактических учреждениях проводится витаминизация первых и третьих блюд аскорбиновой кислотой в зимне-весенний период, а в районах Крайнего Севера — круглогодично.

Дефицит аскорбиновой кислоты в МКБ-10 представлен следующим образом.

Потребность в витамине С и его источники

Потребность в витамине С составляет 90 мг/сут.

Пищевые источники витамина С (мг/100 г): шиповник свежий (650), перец красный сладкий (250), смородина черная (200), облепиха (200), перец зеленый сладкий (150), петрушка (150), капуста брюссельская (120), укроп (100), черемша (100), капуста цветная (70), киви (70), капуста белокочанная и краснокочанная (60), апельсины (60), земляника (60).

В настоящее время известно около 4000 соединений, объединенных названием витамин Р. Большинство этих веществ растворимы в воде, но есть и жирорастворимые (например, в зеленом чае и оливках).

Всасываемость флавоноидов в кишечнике относительно низка, значительная часть их разрушается кишечной микрофлорой. Флавоноиды лучше всасываются в кислой и нейтральной среде, добавление щелочи вызывает расщепление их ассоциатов на мономерные солеобразные продукты и ухудшает всасывание.

Физиологическая роль витамина Р

В 1936 г. А. Дьердьи установил отсутствие лечебного эффекта чистой аскорбиновой кислоты у некоторых пациентов при вазопатии, но эффективность натуральных лимонов и паприки. Выделенное из экстрактов лимона и паприки вещество было названо витамином Р — по первым буквам слов paprika (лат. — красный перец) и permeability (англ. проницаемость).

Витамин Р объединяет ряд соединений, относящихся к группе биофлавоноидов (желтые и оранжевые пигменты растительного происхождения). Большинство из них являются производными 2-фенилхромана (флавана) или 2-фенилхромона (флавона) и содержатся преимущественно в верхних слоях и кожице фруктов и овощей, а также в тканях практически всех растений. Флавоноиды — спутники аскорбиновой кислоты в растительном мире; лишь в ее присутствии отмечается их положительное действие.

Биофлавоноиды и полифенолы значительно потенцируют антиоксидантное действие аскорбиновой кислоты, снижают скорость окисления ЛПОНП, уменьшают активность гиалуронидазы, обладают капилляроукрепляющим действием. Антиоксидантная активность комплекса фенолов — катехина, гесперидина, феруловой кислоты и кверцетина — существенно выше, чем каждого из них в отдельности. Синергизм активных веществ в наибольшей степени проявляется при употреблении в пищу овощей и фруктов.

Диета, богатая овощами и фруктами с большим содержанием антиоксидантных фенолов (рутин, флоридзин, хлорогеновая кислота, кофейная кислота, эпикатехин), уменьшает риск развития рака толстой кишки, нейтрализует канцерогенные для ЖКТ нитрозамины. Противоопухолевая активность присуща таким флавоноидам, как кверцетин > апигенин > фисетин > робинетин, кэмпферол. Мирицетин подобной активностью не обладает (Richter еt al., 1999).

Благодаря большому количеству разнообразных биофлавоноидов в качестве противоопухолевых средств традиционно используются следующие растения: полынь обыкновенная, омела белая, куркума, шлемник, экстракт виноградных косточек, магнолия обыкновенная, зеленый чай, гинкго билоба, кокосы, имбирь, женьшень, рабдозия и некоторые китайские травы.

Флавоноиды участвуют в фотосинтезе клеток и встречаются в плодах, орехах, семенах, стеблях растений, в цветах, чае, вине, прополисе и меде. В результате многолетних исследований был подтвержден их антивирусный, антибактериальный, противогрибковый эффект. В эксперименте выявлена значительная антивирусная активность генистеина (изофлавона), нарингенина (флавона), кверцетина (флавоноида). Хризин, байкалин, физетин, мирицетин показали умеренный эффект (S. Y. Lui et al., 2005). Флавоноиды (рутин, нарингин, байкалин), кумарины (О-ацетилколумбианетин, императорин) и полисахаропептиды (арбутин) обладают антибактериальной активностью по отношению к золотистому стафилококку (Staphylococcus aureus), шигеллам Флекснера (Shigella Flexneri), сальмонелле (Salmonella typhi), кишечной палочке (Esherichia coli), синегнойной палочке (Pseudomonas aeruginosa).

Известно, что концентрированный сок красного винограда проявляет антиоксидантную, гиполипидемическую и противовоспалительную активность при применении не только здоровыми людьми, но и больными на гемодиализе, а красные полифенолы сока винограда (кверцетин и др.) изменяют гомеостаз холестерина.

Потребление красного вина улучшает эндотелиальнозависимую вазодилятацию за счет следующих его компонентов — эпикатехина, катехина, кверцетина, феруловой, галльской и р-кумаровой кислоты. Максимальный сосудосширяющий эффект вина происходит через 1 час после его приема.

Кверцетин уменьшает стимулируемую коллагеном активацию тромбоцитов через ингибирование компонентов гликопротеина VI. Дезагрегационные свойства присущи красному вину, но в свежевыжатом из красного винограда соке они сильнее в 7,5 раза.

Некоторые биофлавоноиды оказывают седативное, обезболивающее и гипотензивное действие. Установлено, что кверцетин, госсипол, хризин, апигенин, содержащиеся в черноплодной рябине и других растениях (пассифлора голубая, ромашка аптечная), способны связываться с бензодиазепиновыми рецепторами головного мозга. Действие их в очищенном виде в десятки раз сильнее элениума.

Кверцетин и родственные ему биофлавоноиды защищают печень от токсических повреждений, обладают антигипертензивным и антиаритмическим действием.

Кверцетин и гесперидин обладают антиаллергическим инталоподобным действием, что в определенной мере связано с торможением высвобождения гистамина из мастоцитов и базофилов.

Биофлавоноиды являются радиопротекторами, их рекомендуют использовать на загрязненных территориях, при работе с радионуклидами и изотопами.

Клинические проявления дефицита витамина Р

Дефицит витамина Р возникает при длительной недостаточности в питании свежих овощей, фруктов и ягод. Он сопутствует дефициту аскорбиновой кислоты в организме. При гиповитаминозе Р отмечаются следующие симптомы:

Потребность в витамине Р и его источники

Потребность в витамине Р составляет 25 мг/сут.

Пищевые источники витамина Р (мг/100 г): рябина черноплодная (арника) (2000), черная смородина (1000), ревень, шиповник, алоэ (080), брусника (000), цитрусовые (500), голубика (300), красное вино, зеленый чай.

Разнообразие рациона обеспечивает поступление в организм широкого спектра биофлавоиоидов. Гречиха содержит рутин, зеленый чай — катехины, мирецетин и кемпферол, цитрусовые — гесперидины, рис — госсипол, яблоки — кверцетин, бобовые — генистрин, свекла — антоцианы, в частности бетаин и бетанин. Полифенолы содержатся в куркуме (куркумин), тимьяне (карвакуол и тимол), а также в шоколаде, кофе, какао, белом вине. В оливках и оливковом масле гидрокситирозол присутствует в сочетании с полиненасыщенными жирными кислотами.

Красное вино — источник кверцетина, рутина, катехина, ресвератрола и мочевой кислоты, проявляющих синергизм с редокс-витаминами. Содержание витамина Р в красном вине в 10 раз больше, чем в зеленом чае. Интересен так называемый французский парадокс питания: на фоне значительного употребления мясной пищи (насыщенных жирных кислот) сердечно-сосудистые заболевания, обусловленные атеросклерозом, во Франции встречаются реже, чем в других развитых странах. Считается, что причиной этого является значительное потребление красного вина, в котором флавоноиды содержатся в количестве 1800-3000 мг/л.

Были проведены исследования по усвоению кверцетина из различных продуктов. На протяжении 36 часов определялся уровень глюкозо-конъюгировашюго кверцетина в плазме после употребления в пищу большого количества лука и яблок за один прием. Биодостунность кверцетина из яблок и чистого кверцетин-рутинозида равнялась 30% от таковой кверцетина лука. Пиковые уровни флавоноида были достигнуты менее чем через 0,7 часа после употребления лука, через 2,5 часа — яблок, через 9 часов — чая. Авторы работы полагают, что конъюгированный с глюкозой кверцетин быстрее усваивается из тонкой кишки.

Токсическое действие и гипервитаминоз витамина Р не описаны.

Существуют две формы данного витаминоподобного соединения — α-липоевая кислота и α-липоамид. В организме биологически активной жирорастворимой формой витамина является дигидролипоил-лизил.

Физиологическая роль липоевой кислоты

Липоевая кислота участвует в окислительном декарбоксилировании пировиноградной и других α-кетокислот, являясь коферментом дигидролипоил-трансацетилазы. Витамин активирует использование глюкозы и липидов в реакциях окисления и тем самым снижает содержание глюкозы и липопротеидов в крови, обладает липотропными свойствами, связывает тяжелые металлы в водорастворимые комплексы, выводимые почками. Наряду с коферментными функциями липоевая кислота выполняет и редокс-функции: она — тиоловый антиоксидант, сберегающий токоферолы и аскорбиновую кислоту, обладает выраженным антитоксическим действием, улучшает трофику нейронов. Снижает содержание липидов крови.

Клинические проявления дефицита липоевой кислоты

Дефицит липоевой кислоты ведет к так называемому пирувизму за счет накопления пировиноградной и других кетокислот в крови, при этом развиваются метаболический ацидоз, полиневрит, мышечные спазмы, миокардиодистрофия, иногда — стеатоз печени. Показана протективная роль витамина в отношении диабетической полинейропатии, ретинопатии.

Потребность в липоевой кислоте и ее источники

Потребность в липоевой кислоте составляет 30 мг/сут, верхний допустимый уровень — 70 мг/сут.

Пищевые источники липоевой кислоты (мкг/кг): субпродукты (более 1000), говядина (725), молоко (900), рис (220), капуста белокочанная (115). Богаты тиоктовой кислотой темно-зеленые листья овощей (шпинат, брокколи).

В 1913 г. Э. В. Макколлум (К. V. McCollum) и М. Дэвис (М. Davis) на основании проведенных исследований пришли к выводу, что сливочное масло и желток куриного яйца содержат вещество, связанное с липидами и необходимое для роста животных. Это вещество было условно обозначено как «растворимый в жирах А-фактор», в 1916 г. оно получило название «витамин А».

Витамином А называют группу изопреноидов, включая ретинол, его метаболиты ретиналь и ретиноевую кислоту, эфиры ретинола ретинилацетат, ретинилпальмитат и др. Витамин А в пищевых продуктах присутствует как в виде эфиров, так и в виде провитаминов α-β-γ-каротинов, криптоксантина и др.

Физиологическая роль витамина А

Метаболические функции витамина А в сетчатке обеспечиваются ретинолом и ретиналом, а в остальных органах — ретиноевой кислотой. Именно ретиноевая кислота (а не ретинол или β-каротин, из которых она образуется) обеспечивает профилактику рака.

Витамин А играет роль в обеспечении темповой адаптации. В форме цис-ретиналя он взаимодействует в клетках-палочках сетчатки с белком опсином, образуя фоточувствительный зрительный пигмент родопсин. Под действием фотонов в фоторецепторах родопсин распадается с освобождением опсина и транс-ретиналя, который НАД-зависимая дегидрогеназа восстанавливает до транс-ретинола. В темноте транс-ретинол превращается в цис-ретинол, который ферментативно окисляется до цис-ретиналя. В этом процессе участвует НАД- и цинксодержащая алкогольдегидрогеназа. В данном цикле имеется постоянная потеря ретиналя, которая должна восполняться из запасов ретинола. При гиповитаминозе А наблюдается деструкция палочек, развивается нарушение сумеречного и ночного зрения. При выраженном авитаминозе может изменяться цветовое зрение за счет нарушения функции колбочек, которые содержат небольшое количество витамина А.

Цинк является кофактором ферментов метаболизма витамина А на всех этапах биохимического каскада. В частности, цинк необходим для синтеза апо-ретинол-связывающего белка, который обеспечивает транспорт витамина А к органам-мишеням.

Важной составляющей функции витамина А является его участие в дифференцировке эпителиальных клеток, особенно эпидермиса и железистого эпителия, вырабатывающего слизистый секрет. Ретиноевая кислота, обладая гормоноподобным действием, регулирует экспрессию генов некоторых рецепторов факторов роста, при этом она предупреждает метаплазию железистого эпителия в плоский ороговевающий. При дефиците витамина А происходит кератинизация железистого эпителия различных органов, что нарушает их функцию и способствует возникновению тех или иных заболеваний. Так, ороговение эпителия слезных протоков является причиной ксерофтальмии, изменение эпителия нефронов и мочевыводящих путей ведет к развитию циститов и пиелитов, метаплазия эпителия дыхательных путей способствует развитию ларинготрахеобронхитов и пневмоний. Гиперкератоз в полости рта способствует образованию налета на языке, нарушение функции эпителия ЖКТ является причиной ухудшения пищеварения. Из-за большой роли в поддержании нормального состояния кожи витамин А называют витамином красоты. При его дефиците наблюдаются гиперкератоз, трещины кожи, угри, кисты сальных желез, обострение бактериальной и грибковой инфекции. 13-цис-ретиноевая кислота используется в лечении и уменьшает вероятность рецидивов некоторых кожных заболеваний (псориаза, акне, лейкоплакии).

Витамин А обладает иммуностимулирующим действием за счет ускорения пролиферации лимфоцитов и активизации фагоцитоза. Коррекция содержания витамина А в рационе детей тропических регионов снижает смертность от инфекционных заболеваний почти па одну треть.

Витамин А необходим для синтеза хондроитинсульфатов костной и других видов соединительной ткани, при его дефиците нарушается рост костей. Поэтому ранее его называли витамином роста.

Витамин А и каротиноиды обладают антиоксидантным действием. Они тормозят процессы перекисного окисления липидов. Каротиноиды лютеин, зеаксантин и кантаксантин, в отличие от β-каротина, накапливаются в сетчатке и необходимы для ее функции. Большое количество β-каротина накапливается в яичниках, защищая яйцеклетки от действия перекисей. Ликопин, которым богаты помидоры, отличается от всех каротиноидов выраженным тропизмом к жировой ткани и липидам, ему присущи антиоксидантный эффект в отношении липопротеидов и некоторое антитромбогенное действие. Большое количество ликопина в диете понижает риск развития рака поджелудочной железы, β-каротин не обладает подобными свойствами, но он важен для профилактики рака молочной железы, так как снижает чувствительность клеток молочной железы к эстрогенам. Показана роль витамина А в профилактике рецидивов рака печени.

Таким образом, витамин А является гормоновитамином и редокс-витамином, а каротиноиды (ликопин, зеаксантин, лютеин, ксантофилл, герапилы) — только антиоксидантами, но с более выраженным действием.

Метаболизм витамина А

Эфиры ретинола расщепляются в тонкой кишке с освобождением ретинола, который в виде хиломикронов поступает в лимфу и транспортируется в печень, где вновь образуется эфирная форма — ретинил пальмитат. Последний накапливается купферовскими клетками печени, и запасов его у взрослого человека хватает на 2-3 года. Ретинолэстераза освобождает ретинол, который переносится в крови транстиретином. Освобождение ретинола печенью — цинкзависимый процесс. В клетках витамин А связывается с клеточным ретинолсвязывающим белком. Все формы витамина А выделяются из организма с желчью. Он может подвергаться энтерогепатической циркуляции. Метаболиты витамина А, образующиеся в печени, выделяются почками и кишечником. Период полувыведения составляет около 30 суток, что может приводить к кумуляции при приеме препаратов витамина А.

Каротины (наиболее активный — β-каротин) всасываются из кишечника хуже, чем ретинол: усваивается не более 1/6 общего количества β-каротина. Улучшается усвоение β-каротина из вареных, гомогенизированных продуктов вместе с эмульсией жиров (особенно ненасыщенных жирных кислот) и токоферолов. В энтероцитах (в меньшей степени — в печени) каротиноиды превращаются в витамин А при участии цинксодержащего фермента β-каротин-15-15'-диоксигеназы, активность которого повышается в присутствии селена, глутатиона, цистеина, витамина В₁₂, сфингомиелина, желчных кислот и экзогенных антиоксидантов (галлокатехины, биофлавоноиды, антоцианиды и др.), а также стимулируется гормонами щитовидной железы. При гипотиреозе этот процесс может быть нарушен, что ведет к развитию каротинемической псевдожелтухи. Отрицательно влияют на усвоение каротина и витамина А продукты прогоркания жиров, в частности, перекиси, образующиеся при окислении ненасыщенных жирных кислот, а также наличие в продуктах нитритов. В норме из каротиноидов образуется ретиналь, который при участии ниацинзависимых дегидрогеназ восстанавливается в ретинол.

Клинические проявления дефицита и гипервитаминоза витамина А

Развитию гиповитаминоза витамина А способствуют следующие факторы: ограничение жиров в рационе, заболевания печени, желчевыводящих путей, поджелудочной железы, кишечника, дефицит в рационе витамина К.

Сильным антивитаминным действием обладают химические соединения, применяемые в качестве дезинфекционных средств для защиты древесины: хлориды нафталина, креозол, карболинеум. Описан авитаминоз А под названием «болезнь сноповязального шпагата», так как шпагат был пропитан нафталинхлоридом.

Клинические проявления гиповитаминоза А:

При длительном формировании дефицита витамина А возникают метапластические изменения в такой последовательности:

Дефицит витамина А в МКБ-10 представлен следующим образом.

Поскольку организм человека не способен эффективно выводить избыток витамина А, может возникнуть острый и хронический гипервитаминоз А. Описаны случаи гипервитаминоза А при использовании в пищу печени полярных животных, а также рыбьего жира вместо кулинарного растительного масла. У эскимосов существовал запрет на употребление в пищу печени полярных млекопитающих. Чаще всего гипервитаминоз развивается в результате курса лечения препаратами витамина А в суточных дозах свыше 50 000 МЕ. Во время беременности при превышении суточной дозы в 5000 ME возможно замедление роста плода и неправильное развитие его мочевых путей. У взрослого человека доза 12 000 МЕ/кг массы тела вызывает острый гипервитаминоз с токсическим явлениями, а продолжительный прием 4000 МЕ/кг массы тела приводит к хроническому гипервитаминозу.

Клинические проявления гипервитамииоза А:

Избыток β-каротина может привести к псевдожелтухе, потенцирует действие гепатотропных ядов, нарушает усвоение других каротиноидов — зеаксантина и лютеина.

Потребность в витамине А и его источники

Согласно отечественным нормам 2008 г., потребность взрослого человека в витамине А составляет 900 ретиноловых эквивалентов в сутки или 2970 МЕ. 1 ретиноловый эквивалент — это 1 мкг ретинола. 1 мкг ретинола эквивалентен 3,3 ME. 1 ретиноловый эквивалент соответствует 6 мкг β-каротина или 12 мкг α- или γ-каротина. По нормам ФАО/ВОЗ базальный уровень потребления витамина А составляет для мужчин — 300 ретиноловых эквивалентов, для женщин — 270, а безопасный уровень, соответственно, 600 и 500. При этом 25% суточной потребности должно обеспечиваться каротиноидами, а 75% — витамином А.

Витамин А устойчив к тепловой обработке, но расщепляется под влиянием перекисей жирных кислот. Витамин Е предохраняет его от разрушения.

Пищевыми источниками витамина А являются продукты животного происхождения (мг/100 г): печень кур (12,0), печень говяжья (8,2), консервы «Печень трески» (4,4), печень свиная (3,45), икра зернистая белужья (1,05), желток яйца (0,89), масло сливочное (0,4-0,6), твердые сыры (0,10-0,30). β-каротин содержится в основном в продуктах растительного происхождения (красно-оранжевых овощах и плодах, зелени): морковь (9,0), петрушка (5,7), сельдерей и шпинат (4,5), черемша (4,2), шиповник (2,6), красный сладкий перец и зеленый лук (2,0), салат (1,75), абрикосы (1,6), тыква (1,5), томаты грунтовые (1,2).

В 1922 г. Э. В. Макколлум (Е. V. McCollum) с сотрудниками на основании экспериментов сделал вывод о существовании витамина D, способного «регулировать метаболизм костей». А описание рахита впервые было дано в 1650 г. в «Трактате о рахите или детской болезни».

Основные представители витамина D — это эргокальциферол (D₂) и холекальциферол (D₃. Холекальциферол есть в продуктах животного происхождения, он также образуется из 7-дегидрохолестерина, содержащегося в коже, под влиянием ультрафиолетовых лучей. Количество витамина D₃, синтезируемого в коже, зависит от длины волны, пигментации кожи и уровня загрязненности атмосферы. В жарких, но загрязненных районах дефицит витамина D чрезвычайно распространен. Эргокальциферол синтезируется при облучении ультрафиолетом с длиной волны 290-320 нм из провитамина эргостерина, входящего в состав растительных тканей.

Физиологическая роль витамина D

Главными мишенями гормоновитамина D являются почки, ЖКТ и кости. Его рецепторы найдены также в паращитовидных железах, гипофизе, мозге, лимфоцитах, макрофагах, тимусе, коже. Мышцы имеют рецепторы только к кальцифедиолу.

Витамин D является главным звеном гормональной регуляции обмена кальция и фосфора:

Метаболизм витамина D

Пищевой витамин D из тощей кишки всасывается в проксимальном отделе тонкой кишки в составе хиломикронов, затем переносится в печень и жировую ткань D-связывающим α₁-глобулином. При нефротическом синдроме и печеночной недостаточности наблюдается снижение уровня этого транспортного белка, а при беременности и гинерэстрогенизме — повышение. Биодоступность обычно составляет 60-90%. Степень всасывания зависит от количества выделяемой желчи и резко нарушается при холестазе. В крови большая часть витамина находится в связанном состоянии с γ-глобулинами и альбуминами. Основное депо витамина D находится в жировых клетках. Биологически активными формами витамина D являются продукты их дальнейшего окисления в организме. В печени образуется 25-гидроксивитамин D (кальцифедиол), а в почках под влиянием зависимой от паратгормона α₁-гидроксилазы синтезируется наиболее активный метаболит 1,25-дигидроксивитамин D (кальцитриол). Почечное гидроксилирование активируется не только паратгормоном, но и гипофосфатемией. Менее активные метаболиты 24,25- и 25,26-дигидроксивитамин D вырабатываются в почках, костях, хрящах и тонкой кишке. Первое гидроксилирование нарушается при печеночной недостаточности, второе — при хронической почечной недостаточности.

Целиакия, обструкция желчевыводящих путей, панкреатическая недостаточность и другие состояния, протекающие со стеатореей, могут приводить к дефициту витамина D и остеомаляции.

Разрушение активного витамина D идет в печени с участием оксидаз, зависящих от цитохрома Р-450. Некоторые лекарства (фенитоин, фенобарбитал, рифампицин, карбамазепин) повышают активность этих ферментов и способствуют развитию эндогенного дефицита витамина D. Из организма витамин D выводится в кишечник путем экскреции с желчью (15-30% от введенной дозы в течение суток) и подвергается энтерогепатической циркуляции.

При витамин D-зависимом наследственном рахите I типа имеется дефицит почечной 01α₁-гидроксилазы. Болезнь проявляется тяжелыми рахитическими изменениями скелета, гипоплазией эмали зубов, вторичным гиперпаратиреозом, гипокальфосфатемией, аминоацидурией, высокой активностью сывороточной щелочной фосфатазы. Эффективно лечение малыми дозами кальцитриола или большими дозами обычного витамина D.

При витамин D-зависимом наследственном рахите II типа гидроксилирование происходит нормально, но отмечается дефект тканевых рецепторов дигидрокси-витамина D, снижающий чувствительность клеток-мишеней. Заболевание имеет схожую клиническую картину, но отличается наличием алопеции, эпидермальных кист и мышечной слабости.

Клинические проявления дефицита и гипервитаминоза витамина D

При авитаминозе D понижается всасывание кальция и освобождение его из кости, что ведет к стимуляции выработки паратгормона паращитовидными железами. Развивается вторичный гиперпаратиреоз, который способствует вымыванию кальция из костей и потере фосфата с мочой.

Клинические проявления рахита у детей:

При дефиците витамина D у взрослых формируется остеомаляция. При этом остеоид вырабатывается, но не минерализуется (при остеопорозе снижается как образование, так и минерализация остеоида). Гиповитаминоз D чаще всею развивается у пожилых людей, которые практически не выходят из дома и не подвергаются инсоляции. При этом не вырабатывается витамин D₃, на который приходится до 80% необходимого количества витамина D. Примерно 26% пожилых пациентов в стационарах в той или иной степени страдают от остеопороза и остеомаляции.

Группой риска в отношении гиповитаминоза D являются беременные женщины, кормящие матери, жители северных районов. Установлено, что в географических областях, где пища бедна витамином D, например в Скандинавии, повышена заболеваемость атеросклерозом, артритами, диабетом, особенно в юношеской форме.

Показано, что потеря кальция костей в пожилом возрасте сопровождается эктопической кальцификацией других тканей, особенно артерий и почек. Кальцификация артерий встречается почти у 90% пациентов на фоне снижения уровня витамина D в сыворотке крови.

Для дефицита витамина D характерны следующие лабораторные данные:

Дефицит витамина D в МКБ-10 представлен следующим образом.

При применении неадекватных доз препаратов витамина D может развиться гипервитаминоз, при котором происходят усиленная мобилизация кальция из костной ткани и метастатическая кальцификация органов и тканей (почек, сердца, кровеносных сосудов, печени, легких) с нарушением их функций. У детей гипервитаминоз появляется после приема 3 млн ME витамина D, но при повышенной чувствительности к препарату интоксикация может возникать при меньших дозах. Тяжелый острый гипервитаминоз описан после приема больших доз рыбьего жира. Ранними признаками передозировки витамина являются тошнота, головная боль, потеря аппетита и массы тела, полиурия, жажда, полидипсия, запоры, гипертензия, мышечная ригидность. Смертельные исходы обусловлены почечной недостаточностью, сдавлением мозга, ацидозом и гиперкальциемическими аритмиями. Использование гормоновитамипа кальциферола требует большой осторожности.

Потребность в витамине D и его источники

Потребность в витамине D составляет 400 МЕ (10 мкг/сут). 1 МЕ соответствует антирахитической активности 0,025 мкг холекальциферола. 1 мкг эквивалентен 40 ME витамина D.

Пищевые источники витамина D (мкг/100 г): жир из печени рыб и морских животных, консервы «Печень трески» (100,0), сельдь атлантическая жирная (30,0), шпроты (20,5), нототения (17,5), кета (16,3), икра красная и черная (8,0), желтки яиц (7,7), окунь морской (2,3), масло сливочное (1,0), сыр чеддер (1,0), сметана 30% (0,15), сливки 20% (0,12), сметана 20% (0,12), сливки 10% (0,08).

В 1922 г. X. М. Эванс (Н. М. Evans) и К. С. Бишон (К. S. Bishop) впервые описали бесплодие у животных, выращенных на искусственной диете. Многочисленные исследования позволили установить, что наибольшей лечебной активностью при бесплодии обладает фактор, содержащийся в сливочном масле, листьях салата, зернах пшеницы и других злаков. В 1936 г. был выделен α-токоферол, который был назван витамином Е. Название «токоферол» произошло от греч. tokos — роды + pherō — несу + лат. oleum — масло.

Витамин Е — это группа соединений, имеющих сходные биологические свойства. Они включают четыре токоферола (α-β-γ-δ) и четыре токотриснола (α-β-γ-δ). 11аибольшей витаминной активностью обладают α-β-γ-токоферолы (соотношение их эффективности составляет 100:40:8), а наибольшие антиоксидантные свойства присущи δ-токоферолу. Если природный α-токоферол имеет D-конфигурацию, то синтетический является полным рацематом α-токоферола (DL-α-токоферол).

Физиологическая роль витамина Е

Витамин Е обладает высокой антиоксидантной способностью. Он захватывает неспаренные электроны активных форм кислорода, тормозит перекисное окисление ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав клеточных мембран. При дефиците витамина Е происходит «прогоркание жиров» в клеточных мембранах. Витамин Е восстанавливает витамин А и убихинон (коэнзим Q). Убихинон участвует в тканевом дыхании, передавая протоны с флавиновых ферментов на цитохромы. Антиоксидантные функции витамина Е сопряжены с селеном, который входит в состав фосфолинид-глутатионпероксидазы и глутатионпероксидазы. Витамин С восстанавливает редокс-активность этой системы. Клинические появления дефицита витамина Е и селена сходны между собой. Витамин Е оказывает антиатерогенное действие, замедляя скорость окисления атерогенных липопротеидов, что препятствует их отложению в сосудистой стенке. Он снижает адгезивно-агрегирующие свойства кровяных пластинок и обладает протромбинсвязывающей активностью.

Витамин Е подавляет липооксигеназный и циклооксигеназный пути окисления арахидоновой кислоты (синтез простагландинов и лейкотриенов), оказывает радиопротекторное и геропротекторное действие.

Токоферол стимулирует деятельность мышц, способствуя накоплению в них гликогена и нормализуя обменные процессы, повышает устойчивость эритроцитов к гемолизу, защищает воспроизводство клеток иммунной системы, которым необходимо быстро размножаться при встрече с источником возможного заболевания.

Метаболизм витамина Е

Примерно половина витамина Е, содержащегося в пище, всасывается из кишечника в составе хиломикронов, попадает в лимфу и обменивается в крови с ЛПНП и другими липопротеидами. Гиповитаминоз Е возможен при наследственной абеталипопротеинемии, так как нарушен транспорт витамина, а также при синдроме мальабсорбции и дефиците желчных кислот. Он находится во всех тканях организма, но больше всего в жировой ткани, ЦНC, мышцах и печени (в митохондриальных и микросомальных мембранах).

Клинические проявления дефицита витамина Е и гипервитаминоза

Дефицит витамина Е прежде всего ведет к повреждению мышечных волокон и нейронов клеток, обладающих большой мембранной поверхностью и высокой напряженностью процессов окисления, вырабатывающих активные формы кислорода. Могут страдать также быстро пролиферирующие клетки гепатоцитов, сперматогенного эпителия, эпителия нефронов, зародышевых тканей. Гиповитаминоз Е ведет к тканевой гипоксии в органах с высокой потребностью в кислороде.

Дефицит витамина Е может спровоцировать обострение или начало различных аутоиммунных и лимфопролиферативных заболеваний.

Клинические проявления гиповитаминоза Е:

Дефицит витамина Е в МКБ-10 представлен следующим образом.

При лечении α-токоферолом возможно развитие гипервитаминоза, при котором отмечаются тромбоцитопения и гинокоагуляция (последняя связана с нарушением всасывания витамина К), ослабление сумеречного зрения из-за антагонизма с витамином А, диспепсические явления, гипогликемия, слабость, головная боль, ослабление потенции у мужчин, мышечные судороги. Возможно, это связано с конкуренцией больших доз α-токоферола, антиокислительная активность которого минимальна, с γ- и δ-токоферолом.

Потребность в витамине Е и его источники

Суточная потребность в витамине Е составляет 15 мг, увеличивается при мышечной нагрузке и употреблении в пищу большого количества растительных масел, содержащих ПНЖК.

Пищевые источники витамина Е (мг/100 г); соевое масло (114), хлопковое (99), кукурузное (93), подсолнечное (56), оливковое (13), пшеничные и кукурузные проростки (25), соя (17,3), горох лущеный (9,1), кукуруза (5,5), фасоль (3,84), перловая крупа (3,7), овсяная крупа (3,4), греча ядрица (6,65), кукурузная крупа (2,7), креветки (2,27), кальмары (2,2), яйца (2,0), судак (1,8), скумбрия (1,6). В масле облепихи количество токоферолов может достигать 300 мг/100 г.

В 1929 г. датский ученый X. Дэм (Н. Dam) заметил, что у кур, питавшихся пищей, очищенной от холестерина, возникают кровоизлияния в пищеварительном тракте, мышцах и подкожной клетчатке. Эти явления проходили при добавлении в пищу смеси злаков. Убедившись, что антигеморрагический фактор не идентичен уже известным ви таминам, X. Дэм предложил назвать его витамином K(Koagulationsvitamin).

В природе жирорастворимый витамин К представлен двумя формами: растительный филлохинон (К₁) и менее активный бактериальный менахинон (К₂). Синтетический аналог витамина метилнафтохинон бисульфид (викасол) является водорастворимым.

Физиологическая роль витамина К

Витамин К является гормоновитамином, редокс-витамином и энзимовитамином. Как редокс-витамин он способен принимать и отдавать протоны и электроны по типу превращения хинона в гидрохинон и обратно. Как гормоновитамин он индуцирует синтез ряда белков. Витамин К является кофактором печеночного фермента γ-карбоксилазы, которая превращает остатки глутаминовой кислоты в ряде белков в γ-карбоксиглутаматы. Реакция карбоксилирования лежит в основе синтеза II, VII, IX, X факторов свертывающей системы крови, а также антитромботических белков С и S.

Витамин К является одним из компонентов клеточной мембраны, активно влияет на ее функциональные свойства.

Метаболизм витамина К

В норме 80% витамина К₁ всасывается из начальных отделов тонкой кишки в лимфу в составе хиломикронов и переносится липопротеидами. Для его всасывания необходимо присутствие желчных кислот. Витамин К₂, синтезируемый микрофлорой кишечника, всасывается в толстой кишке, его абсорбция не требует энергии и специального переносчика. Витамин К в организме полностью метаболизируется и выделяется с желчью и мочой. Избыточный прием кальция и передозировка витамина Е ухудшают синтез и усвояемость витамина К, при этом может развиться геморрагический синдром.

Клинические проявления дефицита витамина К

Дефицит витамина К приводит к развитию геморрагического синдрома. Пищевой фактор не играет роли в развитии гиповитаминоза К. Причинами гиповитаминоза могут быть:

Встречается гиповитаминоз К у новорожденных, когда на 2-4-е сутки жизни могут появиться кровотечение из пупочного остатка, метроррагия, мелена, в тяжелых случаях бывают кровоизлияния в мозг, печень, легкие, надпочечники. Это связано со стерильностью кишечника у новорожденных (витамин К у них не синтезируется микрофлорой) и низким содержанием факторов коагуляции. Запасы витамина К в печени к моменту рождения особенно малы у недоношенных и гипотрофичных детей. Женское и коровье молоко содержит мало витамина К. Однако грудное вскармливание обеспечивает ребенка материнскими факторами свертывания и снижает вероятность развития геморрагической болезни новорожденных.

Дефицит витамина К в МКБ-10 представлен следующим образом.

Потребность в витамине К и его источники

Потребность в витамине К составляет 120 мкг/сут.

Пищевые источники витамина К: цветная и брюссельская капуста, шпинат, салат, кабачки, масло, сыр, яичный желток, овес, горох, свекла, картофель, морковь, томаты, апельсины, бананы, персики, кукуруза, пшеница.

Выделен в 1808 г. Г. Дэви. По распространенности в природе кальций занимает пятое место среди всех элементов и третье — среди металлов, после алюминия и железа. В организме человека в среднем содержится 1000-1200 г кальция, из которых 98% депонируется в костной ткани, 2% — в мягких тканях и мышцах. Концентрация кальция внутри клетки в 10 000-100 000 раз меньше, чем снаружи. У взрослого человека внеклеточный пул кальция обновляется от 20 до 30 раз в сутки, тогда как костная ткань обновляет его каждые 5-6 лет.

Физиологическая роль кальция

В организме кальций выполняет следующие функции:

Метаболизм кальция

Кальций поступает с пищей в виде фосфатов. Натриевые соли желчных кислот образуют с кальцием растворимые комплексные соли, которые транспортируются через мембраны энтероцитов. Активная форма витамина D (1,25-дигидроксихолекальциферол) стимулирует биосинтез Са²⁺-связывающего белка в энтероцитах и участвует в переносе ионов кальция через мембраны вместе с Са-зависимой АТФазой. Кальций всасывается поимущественно в виде одноосновных солей фосфорной кислоты в двенадцатиперстной кишке и в начальных отделах тощей кишки, далее идет пассивное всасывание, независимое от витамина D, по всей длине тощей кишки и особенно в подвздошной кишке. Приблизительно 4% кальция (8 мг/день) всасывается в толстой кишке. В этом случае количество абсорбируемого кальция зависит прежде всего от его количества в пищевом рационе. При пониженной кислотности желудочного сока ухудшается абсорбция кальция пищи.

Заболевания органов пищеварения (атрофический гастрит, энтериты, снижение внешнесекреторной функции поджелудочной железы, гепатиты, цирроз печени) могут приводить к ухудшению всасывания кальция.

Уменьшают усвоение кальция из кишечника:*

К составным компонентам пищи, увеличивающим биодоступность кальция, относятся:

В плазме крови содержится около 2,5 ммоль/л кальция (9-11 мг/100 мл) в виде двух фракций: недиффундирующей — комплексы с белками, и диффундирующей — ионизированный кальций и комплексы с кислыми органическими анионами. Комплексы с белками являются одной из форм депонирования кальция. На их долю приходится примерно 40% общего количества кальция плазмы. Концентрация ионизированного кальция в крови составляет 1,33 ммоль/л (45%), комплексов с фосфатами, карбонатами, цитратами и анионами других органических кислот — 0,3 ммоль/л (15%). Процент связанного кальция (СвСа) может быть определен но формуле:*

СвСА (%) = [(0,8 х А) + (0,2 х Г)] + 3,

где: А — концентрация в плазме крови альбуминов (г/л), Г — глобулинов (г/л).

Общий и ионизированный кальций сыворотки жестко регулируются. Низкий уровень общего кальция крови необязательно указывает на диетический дефицит кальция, а зависит чаще всего от гипоальбуминемии. В этом случае он не нормализуется при дополнительном поступлении кальция с пищей. К гипокальциемии могут приводить дефицит витамина D, заболевания костей, гормональные расстройства.

В клетках основная часть кальция связана с белками и фосфолипидами мембран и органелл. Регуляция трансмембранного переноса Са²⁺ осуществляется Са²⁺-зависимой аденозинтрифосфатазой при участии гормонов щитовидной и паращитовидной желез.

В норме ионизированный кальций выводится из организма через кишечник главным образом с желчью. Количество выделяемого кальция зависит от его концентрации в плазме. С мочой выделяется 2 мг/кг массы тела, с потом — 5 мг/100 мл, через полость рта, слизистую оболочку желудка и кишечника — 0,5-0,7 г. Почки фильтруют приблизительно 8,6 г/сут, почти все его количество повторно абсорбируется (в дистальной части канальцев — 15%, в проксимальной части — 60%, в петле Генле 25%) и лишь от 100 до 300 мг выводится с мочой. У одного и того же человека уровень кальция в моче в течение дня колеблется в широком диапазоне. Это происходит благодаря главным образом кальцийуретическому эффекту пищевых продуктов. Потеря кальция через кожу составляет лишь около 15 мг/день, но существенно увеличивается при выраженном потоотделении.

Увеличению потери кальция с мочой способствуют:

В организме человека существует система поддержания постоянной концентрации кальция, обеспечивающая его поступление по мере необходимости:

Количество кальция, поступающего повторно в кровь после почечного этапа его обмена, уменьшается.

Всасывание кальция в кишечнике, реабсорбция почками и обновление в кости непосредственно регулируются паратгормоном, кальцитонином и витамином D. Кроме того, в обмене веществ кости и метаболизме кальция участвуют и другие гормоны глюкокортикоиды, гормоны щитовидной железы (Т₃, Т₄), гормон роста, инсулин и эстрогены. Период полуэлиминации кальция составляет 5,8-19,2 года.

Избыток глюкокортикостероидов (ГКС) при болезни Кушинга (или когда они используются в терапии различных заболеваний) способствует потере кости, особенно трабекулярной, что приводит к замедлению роста и скелетного созревания у детей, а также к остеопорозу у взрослых. Главный эффект ГКС — подавление остеобластной деятельности, хотя функцию остеокластов они тоже нарушают. ГКС также мешают активному и пассивному транспорту кальция через энтероциты.

Гормоны щитовидной железы (Т₃, Т₄) стимулируют резорбцию кости. И компактная, и трабекулярная кости разрушаются при гипертиреозе. Гипотиреоз мешает действию паратгормона по мобилизации кости, приводя к вторичному гиперпаратиреозу. При этом увеличиваются абсорбция кальция в кишке и его почечная реабсорбция.

Гормон роста стимулирует рост хряща и кости посредством факторов роста. Это также усиливает активный транспорт кальция в кишке.

Инсулин активизирует остеобластную продукцию коллагена и непосредственно уменьшает почечную реабсорбцию кальция и натрия.

Нормальные уровни эстрогенов сыворотки крови необходимы для обеспечения оптимального баланса кости. Снижение уровня эстрогенов у женщин в постменопаузе — главный фактор развития резорбции кости и остеопороза. В кости идентифицированы рецепторы эстрогена. Лечение эстрогенами женщин в постменопаузе уменьшает резорбцию кости в течение недель без изменений в сыворотке паратгормона, кальцитонина или метаболитов витамина D. Однако более пролонгированная терапия эстрогенами приводит к увеличению синтеза паратгормона и метаболита витамина D, что может объяснять наблюдаемые улучшения кишечной абсорбции и почечной реабсорбции кальция.

Тестостерон также ингибирует резорбцию кости. Остеопороз имеет место у взрослых мужчин с гипогонадизмом.

Клинические проявления дефицита и избытка кальция

В организме новорожденного содержится всего 30 г кальция. Человек депонирует кальций в костях до 25 лет. Чтобы накопить 1000-1200 г, в детском возрасте ежедневно должно депонироваться 100-150 мг кальция. В возрасте от 11 до 24 лет мужчинам и женщинам рекомендовано увеличить ежедневное потребление кальция до 1200 мг. После 35 лет организм под воздействием паратгормона «перекачивает» кальций из костей в кровь (10-30 мг/день) и к 70 годам теряет до 30% запасов кальция, особенно у женщин в постменопаузе и у мужчин старше 65 лет. Скелет — главный участок хранения кальция для обеспечения его нормального содержания во внеклеточной жидкости. При недостаточном поступлении кальция с пищей отрицательный баланс кальция сначала приводит к безопасной мобилизации данного минерала из кости. В дальнейшем хроническое истощение скелетного кальция способствует развитию остеопороза.

Баланс кальция положителен во время беременности и отрицателен в период кормления грудью. Статистические данные свидетельствуют о том, что мы потребляем в среднем 400 мг кальция в сутки. Дефицит кальция в организме коррелирует с его содержанием в волосах. Избыточное содержание кальция в волосах указывает на риск дефицита этого элемента в организме, свидетельствуя об усиленном его выведении при гиперкальциемии, связанной, как правило, с вымыванием кальция из костей. В седых волосах кальция может быть меньше.

У детей дефицит кальция проявляется следующими симптомами:

Клинические проявления дефицита кальция у взрослых:

Заболевания, при которых нарушен метаболизм кальция, могут быть классифицированы следующим образом:

Кишечная мальабсорбция. Многие расстройства функции кишечника (например, болезнь Крона, целиакия, состояние после резекции части тонкой кишки и др.) характеризуются мальабсорбцией кальция, так же как и дефицитом витамина D и остеомаляцией.

Идиопатическая гиперкальциурия и кальциевый нефролитиаз. У большинства пациентов с кальциевыми камнями в почках отмечена идиопатическая гиперкальциурия. Приблизительно в 90% случаев наблюдаются повышение активной абсорбции кальция, нормальное содержание кальция и паратгормона в сыворотке крови, повышение содержания метаболитов витамина D. Увеличение уровня витамина D может быть первичным дефектом, связано оно с усиленной фильтрацией фосфата почками. По причинам, которые полностью не понятны, при кальциевом нефролитиазе наблюдается более низкое содержание минерала в кости. Возможные объяснения — гипофосфатемия, гиперкальциурия и повышение в сыворотке крови метаболитов витамина D, сопровождаемое низким потреблением кальция. К сожалению, лечение мочекаменной болезни диетой с низким содержанием кальция может усиливать потерю кости.

Нарушение кишечной абсорбции. Чрезмерное кишечное всасывание и гиперкальциемия наблюдаются при саркоидозе и при первичном гиперпаратиреозе (из-за увеличенной экстрареналыюй продукции метаболита витамина D). Ухудшение всасывания кальция вызвано редуцированным синтезом метаболитов витамина D при хронической почечной недостаточности и гипопаратиреозе.

Артериальная гипертензия. Потребление кальция обратно пропорционально артериальному давлению. Низкий ренин плазмы, чувствительность к пищевой соли и измененный метаболизм кальция — предикторы гипотензивного ответа на дополнительное поступление кальция.

Рак толстой кишки. Данные большого количества эпидемиологических обзоров свидетельствуют, что потребление кальция в количестве, равном норме или слегка превышающем норму, защищает от рака толстой кишки. Однако при изучении потребления обычных пищевых продуктов и значения комплексного рациона человека эта гипотеза не подтвердилась. Например, более высокое потребление кальция из молочных продуктов обычно сочетается с большим количеством жиров, белков, витамина D, фосфора и рибофлавина, содержащихся в молочных продуктах. Однако несколько клинических испытаний показали сокращение пролиферации клеток в слизистой оболочке толстой кишки при высоком риске развития рака толстой кишки, когда субъектам давали добавки кальция. Считают, что пищевые добавки увеличивают внутрипросветную концентрацию ионов кальция и фосфата кальция, которые преципитируют желчные или жирные кислоты, стимулирующие пролиферацию эпителиальных клеток толстой кишки.

Токсичность кальция. Какие-либо неблагоприятные эффекты от приема пищевых добавок кальция, обеспечивающих поступление его до 2400 мг/сут, кроме запора у некоторых индивидуумов и нарушения всасывания железа, не обнаружены. Ежедневное потребление более чем 2400 мг кальция может нарушать функцию почек. Добавка кальция не приводит к повышенному риску формирования камней у здоровых взрослых, но может способствовать этому у пациентов с абсорбтивной или почечной гиперкальциурией, первичным гиперпаратиреозом и саркоидозом.

Потребность в кальции

Потребность в кальции, согласно Нормам физиологических потребностей, составляет для мужчин и женщин 18-60 лет 1000 мг/сут, старше 60 лет — 1200 мг/сут. Беременным женщинам во вторую половину беременности дополнительно к суточной норме рекомендуется 300 мг, кормящим матерям — 400 мг этого элемента.

Потребность в кальции повышается у спортсменов, при работе, связанной с профессиональными вредностями (фторсодержащая пыль, пыль от фосфатных удобрений и др.), обильном потоотделении, лечении ГКС и анаболическими стероидными препаратами.

Пищевые источники кальция

Более половины количества потребляемого кальция человек получает с молочными продуктами (табл. 7.3). Лучше всего кальций усваивается из молока, сыра и йогурта. Другими источниками являются некоторые зеленые овощи (брокколи), орехи, соевый творог, осажденный кальцием, костная мука. Биодоступность кальция из некоторых немолочных источников недостаточна. Существенным вкладом в потребление кальция у некоторых людей могут быть обогащенные кальцием пищевые продукты типа сока и муки. В продуктах питания кальций содержится главным образом в виде труд нерастворимых солей (фосфатов, карбонатов, оксалатов и др.).

Адекватный уровень потребления кальция — 1250 мг, верхний допустимый уровень потребления — 2500 мг (здесь и далее адекватный и верхний допустимый уровни указываются согласно МР №2.3.1 1915-04 «Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ. Методические рекомендации» (утв. Роспотребнадзором 02.07.2004).

Поскольку женщинам часто рекомендуется кальций и железо, интересно рассмотреть взаимодействия между этими минералами. В одном исследовании было установлено, что добавка карбоната кальция и гидроксиапатита уменьшала абсорбцию железа примерно до 50% у женщин в постменопаузе. В другом исследовании кальций молока (500 мг) ингибировал всасывание железа на 30%. В случае дополнительного приема с пищей кальций в форме карбоната, цитрата и фосфата ингибирует всасывание железа из пищевого негеминового и геминового железа. Но если карбонат кальция (600 мг) принимается без пищи, то он не ингибирует всасывание железа из сульфата железа (18 мг железа). Однако цитрат и фосфат кальция значительно (приблизительно на 50%) подавляют всасывание железа. Таким образом, использование добавки кальция с пищей существенно влияет на всасывание железа. Поскольку он воздействует на абсорбцию и геминового, и негеминового железа, кальций, вероятно, затрагивает внутриклеточную передачу железа энтероцитом. Дополнение кальция к пшеничному тесту уменьшает всасывание железа из хлеба.

Проводились исследования смеси, состоящей из карбоната кальция, лимонной кислоты и яблочной кислоты в соотношении 5:1:1 моль/моль/моль, как источника дополнительного кальция, который хорошо абсорбируется. Этот комплекс понижал абсорбцию железа на 30%, за исключением его употребления вместе с апельсиновым соком. Лимонная и аскорбиновая кислота апельсинового сока уменьшает подавление этим комплексом абсорбции железа за счет увеличения его растворимости.

Препараты кальция широко используются для лечения и профилактики остеопороза. Проводилось множество клинических испытаний, но не все из них показали, что препараты кальция замедляют потерю кости у женщин в постменопаузе. Известно, что добавки кальция карбоната, обеспечивая 2000 мг кальция в день, в большей степени замедляют скорость потери кортикальной кости (типа проксимального отдела предплечья), чем трабекулярной (поясничный отдел позвоночника). К сожалению, большинство переломов происходит в трабекулярной кости. Пищевые добавки кальция могут защищать от деминерализации кости у тех женщин, чья диета бедна кальцием. Добавки кальция эффективны при поддержании скелетного кальция у женщин, находившихся более шести лет в постменопаузе и не получавших эстрогены. Кальций-цитрат-малат (500 мг/день) более целесообразен, чем карбонат кальция, и даже эффективен для трабекулярной кости. Никакая пищевая добавка не изменяет скорости потери минерала кости у тех женщин, которые получают с пищей недостаточное количество кальция — от 400 до 650 мг/день.

В XII в. арабские алхимики нашли способ получения фосфора, но общепризнанной датой открытия этого элемента считается 1669 г., когда немецкий ученый X. Бранд выделил чистый фосфор. Фосфор не является металлом, он растворим в жирах, этиловом спирте, бензине и в жидкостях организма. При попадании в организм быстро всасывается, обладает высокой токсичностью. Фосфор не встречается в природе в свободном виде, он существует только в виде солей фосфорных кислот — фосфатов.

В организм человека фосфор поступает с пищей в виде фосфатов, фосфолипидов, фосфопротеинов. Моновалентные катионы (натрий, калий и аммоний) могут формировать с фосфорной кислотой (H₃PO₄) хорошо растворимые соли фосфата, тогда как двухвалентные катионы (кальций и магний) формируют относительно нерастворимые его соединения. Фосфор обнаружен во всех клетках организма, но больше всего его содержится в костной ткани (более 5000 мг/кг сухого вещества), в ткани мозга (4000 мг/кг), в мышцах (220 270 мг/кг). Общее содержание фосфора составляет приблизительно 500 г у мужчин и 400 г у женщин.

Фосфор — главный внутриклеточный анион, концентрация его в клетках в 100 раз превышает концентрацию во внеклеточных жидкостях. Большая часть (70%) общего фосфора в плазме обнаружена как составная часть органических фосфолипидов. В плазме крови содержится также неорганический фосфор, 10% которого связано с белком, 5% составляют комплексы с кальцием или магнием, большая часть неорганического фосфора плазмы представлена двумя фракциями ортофосфата.

Физиологическая роль фосфора

Фосфор выполняет следующие функции:

Метаболизм фосфора

Метаболизм фосфора в организме представляет сложное взаимодействие между различными факторами, которые могут затрагивать пищеварение, абсорбцию, распределение и экскрецию этого элемента. Нерастворимые минеральные соли фосфата образуются при повышенном pН. Кислая среда желудка (рН = 2) и большей части проксимального отдела тонкой кишки (pH = 5) может играть важную роль в поддержании растворимости и биодоступности неорганического фосфора. В этом отношении важно потенциальное влияние на растворимость и биодоступность фосфора гипохлоргидрии, обычно наблюдаемой у пожилых и у пациентов, получающих противоязвенную терапию.

В вегетарианских диетах значимая часть диетического фосфора может находиться в форме фитата. Животные и люди не обладают ферментом фитазой, которая необходима для расщепления фитатов и освобождения фосфора. Однако прокариоты (дрожжи и бактерии) содержат фитазу. Это любопытное свойство природы важно для пищевого фосфора по двум причинам. Сначала традиционное использование дрожжей в производстве хлеба приводило к разложению фитата из-за гидролитического действия фитаз дрожжей до выпечки. Далее бактерии толстой кишки разлагают некоторое количество пищевого фитата. Фитат плохо переваривается в ЖКТ человека. Впитывание воды в зерно может эффективно удалять фитат из некоторых пищевых продуктов. Например, 99,6% фитата в бобах может быть извлечено при замачивании их в воде. При размалывании зерна некоторых хлебных злаков удаляются внешние слои отрубей, которые содержат существенное количество фитата. Однако такая обработка уменьшает и количество фосфора, и содержание минералов в пище. Известно, что фитаты, потребляемые в течение многих лет, уменьшают абсорбцию железа и кальция.

Другие органические формы фосфора получаются прежде всего из типичных клеточных соединений, содержащих фосфор, — фосфолипидов и фосфорилированного сахара. Эти соединения перевариваются в кишечнике с освобождением неорганического фосфата, который транспортируется через кишечные клетки.

Приблизительно от 60% до 70% фосфора абсорбируется из обычной смешанной диеты. Показано, что всасывание фосфора у людей связано с его потреблением в диапазоне от 4 до 20 мг/кг массы тела в день. Физиологические состояния, связанные с изменениями цикла жизни (рост, беременность и кормление грудью), увеличивают потребность в фосфоре и усиливают его абсорбцию. У людей старших возрастных групп (старше 65 лет) происходят изменения в экскреции фосфора и развивается отрицательный его баланс даже на фоне его нормального потребления.

Фосфор, в отличие от кальция, очень хорошо абсорбируется в ЖКТ. Транспорт фосфора через кишечную клетку это активный натрий-зависимый путь. Внутриклеточные уровни фосфора относительно высоки. Внутренняя среда клетки — электроотрицательная, таким образом, необходим активный транспорт фосфора в клетку. Паратгормон напрямую не связан с регулированием абсорбции фосфора в кишечнике. Активный метаболит витамина D (кальцитриол) приводит к увеличению всасывания фосфора как у здоровых людей, так и у пациентов с уремией. Регуляция общего уровня содержания фосфора в организме в течение длительного периода требует скоординированных усилий почек и кишечника.

При условии низкого потребления фосфора с пищей кишечник должен увеличить свою абсорбционную способность, а почки должны увеличить почечный транспорт фосфора, чтобы минимизировать его мочевые потери. Эта адаптация регулируется изменениями уровня кальцитриола и паратгормона в плазме. Если эти адаптивные меры будут не в состоянии обеспечивать соответствующую компенсацию более низкого потребления фосфора, то фосфор кости может перераспределяться в мягкие ткани, чтобы обеспечить продолжение роста ткани. Однако эти компенсаторные возможности небезграничны.

Фекальные потери фосфора составляют от 0,9 до 4 мг/кг/день. Основной путь экскреции фосфора обеспечивают почки. Фракционная экскреция профильтрованного почками фосфора имеет широкий диапазон — от 0,1% до 20%. Следовательно, почки обладают способностью эффективно регулировать содержание фосфора в плазме крови. Основной регулятор скорости почечной реабсорбции фосфора — его концентрация в плазме крови. Это самостоятельно регулируемый процесс. Главный гормональный регулятор почечной реабсорбции фосфора — гормон паращитовидной железы и нефрогенный цАМФ. Паратгормон (паратиреокринин) плазмы положительно коррелирует с уровнем экскреции фосфора с мочой.

Главные признаки потери фосфора с мочой — увеличение абсорбции фосфора и повышение уровня его содержания в плазме крови. Состояния, которые приводят к гиперфосфатурии, — гиперпаратиреоидизм, острый дыхательный или метаболический ацидоз, мочегонные средства и увеличение внеклеточной массы фосфора. Уменьшение выделения фосфора с мочой связано с диетическим ограничением фосфора, увеличением в плазме крови инсулина, гормонов щитовидной железы, гормона роста или глюкагона, метаболическим или дыхательным алкалозом, гипокалиемией и внеклеточным снижением массы фосфора.

Оценка статуса фосфора. Для оценки статуса фосфора наиболее часто используется уровень содержания его в сыворотке крови. Однако следует помнить, что лишь 1% общего фосфора организма находится во внеклеточной жидкости. Кроме того, фосфор плазмы жестко регулируем: он зависит от канальцевой реабсорбтивной способности почек, которая в свою очередь регулируется уровнем паратгормона, гормона роста и других факторов. Кроме того, уровень фосфора в плазме может быть искусственно повышен из-за катаболизма мышц и кости или остро снижен из-за быстрых изменений фосфора во внутриклеточном пространстве.

Клинические проявления дефицита и избытка фосфора

Симптомы недостаточности фосфора неспецифичны:

У здоровых людей существует малая вероятность развития дефицита фосфора вследствие его широкой представленности в рационах. Однако недоношенные новорожденные часто склонны к развитию рахита из-за неадекватной поставки фосфора и кальция. Витамин-D-независимый гипофосфатемический рахит был впервые описан в 1937 г.

Для изучения причин возникновения дефицита фосфора здоровым взрослым предлагалась диета с низким его содержанием. Было показано, что явные симптомы дефицита фосфора — анорексия, слабость, боли в костях — развивались, когда уровень содержания фосфора в сыворотке крови был ниже 1,0 мг/дл. Достигнуть такого низкого уровня можно было назначением фосфорсвязывающих антацидов. Дефицит фосфора сопровождается снижением экскреции фосфора с мочой и увеличением в моче кальция, магния и калия. Весь кальций и большая часть магния при этом поступают из кости.

Заболевания, влияющие на баланс фосфора в организме

Причины гипофосфатемии могут быть сгруппированы в три категории, связанные:

Яркие клинические проявления гипофосфатемии отмечаются при снижении фосфора крови до 0,6 ммоль/л и ниже.

Дефицит фосфора наблюдается:

Избыток фосфора может развиваться:

Диетический избыток фосфора. У животных, длительно получавших рацион, в котором соотношение фосфора и кальция составляло более чем 2:1, наблюдались гипокальциемия и вторичный гиперпаратиреоидизм с чрезмерной резорбцией и потерей кости. У младенцев при искусственном вскармливании молоком с высоким содержанием фосфора могут возникать гипокальциемия и тетания. Соотношение фосфора к кальцию в типичных европейских рационах часто превышает 2:1.

Клиническое проявление хронической гиперфосфатемии — частые эктопические кальцификаты. Хроническая гиперфосфатемия регулируется, когда это возможно, ограничением диетического потребления фосфора и назначением пероральных веществ, связывающих фосфат, содержащих алюминий, кальций или соли магния. Однако длительный прием препаратов алюминия может способствовать остеомаляции, препаратов магния — гипермагниемии или диарее.

Потребность в фосфоре и его пищевые источники

Согласно Нормам физиологических потребностей, потребность в фосфоре составляет: для мужчин и женщин всех возрастов — 800 мг/сут, для беременных и кормящих — дополнительно 200 мг/сут. Для детей до 3 мес. — 300 мг, 4-6 мес. — 400 мг, 7-12 мес. — 500 мг, 1-3 года — 700 мг, 3-7 лет — 800 мг, 7-11 лет — 1100 мг, 11-18 лет — 1200 мг/сут.

Адекватный уровень потребления фосфора — 800 мг. Верхний допустимый уровень потребления — 1600 мг.

Пищевые источники фосфора. Фосфор широко распространен в пищевых продуктах, но биодоступность его выше в продуктах животного происхождения по сравнению с растительными. Примерно 60% фосфора человек получает из молока, мяса, домашней птицы, рыбы и яиц; 20% — из злаковых и бобовых; 10% — из фруктов и фруктовых соков; 4% — из алкогольных напитков; 3% — из чая, кофе, безалкогольных напитков. В мясе фосфор представлен главным образом внутриклеточными органическими соединениями, подвергающимися гидролизу в ЖКТ с освобождением неорганического фосфора, который хорошо всасывается в кишке. Из мяса усваивается примерно 70% содержащегося в нем фосфора. В молоке одну треть фосфора составляют неорганические фосфаты (соли кальция, магния и калия), а две трети — органические соединения фосфора (сложные эфиры казеина с аминокислотами). Из женского молока фосфор усваивается лучше, чем из коровьего, из-за более низкого содержания в нем казеина. Фосфор в яйцах находится в форме фосфопротеина, называемого фосфидом.

В зерновых продуктах большое количество фосфора может быть в форме фитиновой кислоты (инозитол фосфата) и соединений органического фосфора. Например, в пшенице, рисе и кукурузе более чем 80% общего фосфора находится в виде фитиновой кислоты, а в зрелых картофельных клубнях — 35%.

Взаимодействие фосфора с другими минералами. Высокий уровень фосфора в молочных смесях, используемых для кормления недоношенных новорожденных, может уменьшать абсорбцию магния. Показано, что фосфор уменьшает всасывание свинца у людей. Известно, что диета, с которой человек ежедневно получает 2 г кальция, не влияет на всасывание фосфора. Однако высокое содержание в пище кальция, а значит, пищевое подавление абсорбции фосфора может быть полезным для снижения гиперфосфатемии у пациентов с хронической почечной недостаточностью. Прием с пищей 1000 мг кальция при содержании в ней 372 мг фосфора уменьшает всасывание фосфора с 70% до 31%. То есть избыточное потребление добавки кальция может оказывать неблагоприятное действие на баланс фосфора. Антациды связывают фосфор в ЖКТ и уменьшают его всасывание. Получаемые с пищей 3 г гидроксида алюминия (25 ммоль алюминия) уменьшают всасывание фосфора с 70% до 35%.

Интересные результаты были получены при изучении частоты выявления артериальной гипертензии и соотношения в рационе кальция и фосфора. Было показано протективное действие кальция, а также достоверная тенденция к снижению АД у лиц, потреблявших фосфор в количестве менее 1000 мг/сут, и повышение АД при потреблении фосфора более 4000 мг/сут.

Магний был открыт в 1808 г. Г. Дэви. Количество магния в организме взрослого человека составляет 21-28 г. Более половины его находится в костях, зубной эмали и в тканях с наиболее высокой метаболической активностью (мозг, сердце, почки, мышцы, печень). Содержание ионов магния внутри клеток в 3 раза выше, чем во внеклеточных жидкостях.

Магний широко представлен в растениях и занимает четвертое место по распространенности после калия, азота и кальция, он входит в состав хлорофилла.

Физиологическая роль магния

Магний входит в состав более 300 известных ферментов, поэтому физиологическая его роль достаточно широка:

Метаболизм магния

Магний всасывается в тощей и подвздошной кишке при участии витамина D, однако он усваивается плохо (до 70% магния выделяется с калом). Усвоению магния из кишечника препятствуют:

Высокие концентрации магния в кишечнике мешают всасыванию кальция, но не наоборот.

Почки играют ключевую роль в гомеостазе магния. Приблизительно 75% магния сыворотки крови фильтруется в почечных клубочках. Ослабленная фильтрация уменьшает количество магния, поступающего в канальцы. Серьезное нарушение функции клубочков служит причиной повышения концентрации магния в сыворотке, если не уменьшено потребление и/или всасывание в кишке. Восходящая часть петли Генле — место реабсорбции магния и главный участок, регулирующий его экскрецию. Здоровые почки при среднем потреблении магния повторно абсорбируют приблизительно 95% фильтрованного его количества.

Когда потребление магнии строго ограничено у людей с нормальной функцией почек, выделение магния становится небольшим — менее 0,25 ммоль/день в пределах 5-7 дней. Увеличение потребления магния до нормы повышает мочевую экскрецию без изменения уровня магния сыворотки при условии, что функция ночек нормальна и данные количества не превышают максимальную клубочковую фильтрацию.

Потерю магния с мочой увеличивают:

Регулируют кальций-фосфор-магниевый обмен в организме паращитовидные железы.

Оценка статуса магния. Уровень содержания общего магния в сыворотке крови у здоровых людей — хороший критерий поступления его с пищей. Однако данный показатель зависит от содержания альбуминов сыворотки крови и кислотно-основного состояния. В связи с этим клинически более значимым является определение не общего, а ионизированного магния. Исследование содержания магния в моче целесообразно для определения причины гипомагниемии, если известно потребление магния. Низкий магний мочи указывает на мальабсорбцию. Однако необходимо учитывать, что при канальцевой дисфункции может быть усиленная экскреция магния с мочой.

Клинические проявления дефицита и избытка магния

В связи с широким спектром действия магния симптомы его дефицита весьма разнообразны и особенно ярко выражены при низком уровне магния в сыворотке крови (менее 0,5 ммоль/л):

Население даже высокоразвитых стран получает магния на 30% меньше рекомендуемых норм. Под термином «дефицит магния» понимают снижение общего содержания магния в тканях, а не гипомагниемию. Недостаток магния нарастает с возрастом, достигая тотального дефицита у лиц старше 70 лет. Установлена взаимосвязь между дефицитом магния и повышением артериального давления. Уровень содержания магния в плазме крови ниже 0,76 ммоль/л рассматривается как дополнительный значимый фактор риска возникновения инсульта. Хорошей профилактикой инсульта является диета, богатая калием и магнием (свежие фрукты, овощи и морепродукты).

Стрессы различной природы (психические, физические) увеличивают потребность в магнии, так как в стрессовой ситуации вырабатывается повышенное количество катехоламинов, которые способствуют выведению магния из клеток. Нормальное снабжение организма магнием повышает стрессоустойчивость.

Одна из самых распространенных причин дефицита магния — это хронический алкоголизм у недоедающих людей, при котором всасывание магния ухудшается, а выведение — усиливается. Предполагают, что в генезе алкогольного делирия определенную роль играет дефицит магния. Симптомы глубокой магниемии сами по себе напоминают белую горячку: беспокойство, парестезии, бессонница, галлюцинации, помрачение сознания вплоть до прекомы.

Дефицит магния встречается у 70% детей с синдромом дефицита внимания, гиперактивностью.

К дефициту магния могут приводить различные заболевания и состояния (табл. 7.4).

Избыток магния наблюдается:

Перед назначением препаратов магния парентерально необходимо определить уровень магния крови. Гипермагниемия отмечается при содержании магния в плазме крови более 0,75-1,0 ммоль/л. При концентрации его от 1,55 до 2,5 ммоль/л и более развиваются тошнота, рвота, снижение АД, брадикардия, атриовентрикулярная блокада I степени, жажда, чувство сильного жара.

Потребность в магнии и его пищевые источники

Взрослый человек в сутки должен получать 10-15 мг магния на 1 кг массы тела. По Нормам физиологических потребностей — 400 мг/сут для мужчин и женщин. Для беременных и кормящих — дополнительно 50 мг/сут.

Адекватный уровень потребления магния — 400 мг. Верхний допустимый уровень — 800 мг.

Пищевые источники магния. Магний широко распространен в продуктах растительного и животного происхождения, но концентрации его значительно различаются. Наиболее богаты магнием орехи, семена, водоросли, бобовые, хлеб из муки грубого помола с семенами (табл. 7.5).

В разные возрастные периоды меняется спектр продуктов питания, поставляющих магний в организм (табл. 7.6).

Коррекция гипомагниемии. Врач должен знать причины гипомагниемии и начинать своевременное лечение, чтобы предотвратить tе возникновение или минимизировать ее проявления. Необходимы контроль основного заболевания и инициация нутриционных изменений, чтобы снизить потери магния со стулом и мочой. Количество, путь введения и длительность назначения магния зависят от выраженности истощения запасов и его причины. Наличие симптомов дефицита (парестезии, скрытая или явная тетания и др.) предполагает внутривенное или внутримышечное введение в сочетании с соответствующей терапией основного состояния и с коррекцией других электролитных расстройств и КОС. Рекомендуемая тактика: начинать терапию при хорошей функции почек с 3 г магния сульфата, 1/2 часть дается внутривенно медленно через 2 или 3 часа, на солевом растворе или растворе декстрозы с другими питательными веществами. Еще 3-4 г даются непрерывной инфузией в течение 24 часов или периодическими внутримышечными введениями. Этот режим продолжается в течение двух или более дней, затем ситуация переоценивается. Данные дозы должны всегда превышать ежедневные потери. При этом возвращение к нормальному уровню магния сыворотки происходит относительно быстро.

Восполнение магния, потерянного из кости и других тканей, требует более длительного периода терапии. Это лечение должно сочетать внутривенное введение, хоть и в меньших дозах, с пероральным приемом, если возможно, при периодическом контроле магния в сыворотке и/или в моче.

Критерии для проведения терапии раствором MgSO₄ отличаются в разных странах. По российским данным, безопасный предел магния в крови составляет 2,5-3,75 ммоль/л. Коленные рефлексы исчезают при уровне 5,0 ммоль/л, угнетение дыхания наступает при содержании 6,0-7,5 ммоль/л.

У беременных женщин при внутривенном введении растворов магния следует оценивать:

Категорически противопоказано введение препаратов магния при олигоурии и почечной недостаточности. Для коррекции гипомагниемии у плода назначают препараты магния второго поколения для приема внутрь (магнерот, Maгнe-B₆, аспарагинат магния и др.). При приеме этих препаратов в терапевтических дозах у беременных женщин исключается опасность гипомагниемии.

Суточная доза магния должна быть не менее 25% рекомендуемой суточной потребности. При пероральном приеме хорошо усваиваются органические соединения магния, при этом наилучшей формой считается лактат магния. Далее по степени усвоения следует цитрат магния. А вот карбонат и особенно оксид магния усваиваются крайне плохо.

Необходимо помнить, что многие антацидные препараты содержат магний: альмагель, альмагель А, альмагель нео, альмаг, анацид, кальмагин, маалокс, магния карбонат, жженая магнезия, магния пероксид.

Калий был выделен в 1807 г. английским химиком Г. Дэви. Калий как необходимый элемент любой живой клетки содержится в растениях, особенно высока его концентрация в плодах. У человека 95-98% калия находится внутри клеток. Одной из важнейших функций элемента является поддержание потенциала, образующегося на клеточной мембране. Именно соотношение внутри- и внеклеточного калия обеспечивает прохождение электрических нервных импульсов, контролирует сокращения мышц, в том числе миокарда, обеспечивает стабильность артериального давления.

Физиологическая роль калия

Калий в организме:

Метаболизм калия

Калий всасывается в кишечнике (90-95%), с кровью поступает в печень, а затем — в периферический кровоток. Скорость обмена ионов калия между клетками и внеклеточной жидкостью максимальна в почках, легких и кишечнике, несколько ниже она в печени, селезенке и мышцах, более низкая величина такого обмена отмечена в эритроцитах, головном мозге, костях. Основными органами, депонирующими калий, являются печень, скелетная мускулатура. Около 80-90% поступившего с пищей калия выводится с мочой. Значительно меньшее количество калия экскретируется с калом (5 10%), еще меньше — с потом. Период полуэлиминации калия из организма составляет 30-60 суток. Распределение калия между внутри- и внеклеточной средой поддерживается в основном работой Na⁺, К⁺-АТФазных насосов. Регуляция выведения калия с мочой осуществляется гормонами гипоталамуса, гипофиза, стероидными гормонами коры почечников, в первую очередь альдостероиом, а также ЦНС.

Факторы, способствующие нарушению метаболизма калия и развитию его дефицита в организме:

Клинические проявления дефицита и избытка калия

При дефиците калия отмечается развитие следующих состояний:

При тяжелом хроническом течении дефицита калия развиваются следующие симптомы:

Патологические состояния, при которых отмечается дефицит калия:

Однако существуют ситуации, при которых развивается избыток калия в организме (гиперкалиемия), это не менее опасно, чем дефицит калия. Так, некоторые диуретики и антигипертензивные препараты были разработаны с тем расчетом, чтобы «сберегать» калий. Если дополнительно принимать калий одновременно с приемом диазида, макезида и АПФ-ингибиторов, то могут развиться симптомы интоксикации от передозировки калия. Избыток калия может быть при хронической почечной недостаточности.

Повышение содержания калия в волосах может означать избыточное накопление в организме калия или перераспределение этого элемента между тканями, дисбаланс электролитов или дисфункцию коры надпочечников. Повышенное количество калия и натрия в волосах отражает нарушения водно-солевого обмена, функций симпатоадреналовой системы.

Клинические симптомы избытка калим:

При лечении гиперкалиемии в первую очередь необходимо вводить ионы кальция, стимулировать переход калия из внеклеточной жидкости в клетку с помощью глюкозы и инсулина.

Потребность в калии и его пищевые источники

Потребность в калии для взрослых мужчин и женщин составляет 2,5 г/сут. Дополнительная потребность в калии беременных и кормящих женщин Нормами физиологических потребностей не предусмотрена.

Адекватный уровень потребления калия — 2500 мг. Верхний допустимый уровень потребления — 3500 мг.

Пищевые источники, калия. Наиболее богаты калием сухофрукты, орехи, бобовые. Пищевые источники калия представлены в табл. 7.7.

Получить дополнительное количество калия можно с помощью заменителя соли калия хлорида и таких солей, как соль пищевая профилактическая с пониженным содержанием натрия (производство «Валстек», Россия), морская пищевая соль Sеl Marin iode Cirossе и другие минеральные солевые композиции (производства Чехии, Словении, Австрии), пищевая добавка для досаливания пищи «Гипосол-Йод» (производства фирмы «Максифита», Финляндия — Россия).

Хлор был открыт в 1774 г. шведским ученым К. Шееле. Название этому элементу дал Г. Дэви в 1810 г. Хлор очень активен, соединяется со всеми элементами, в природе существует в основном в виде натрия хлорида (NaCI). В организме человека хлор концентрируется в висцеральной ткани, коже и скелетных мышцах. Ион хлора является основным внеклеточным анионом.

Физиологическая роль хлора

Хлор в организме:

Метаболизм хлора

Взрослый человек потребляет 5-10 г натрия хлорида в сутки. Младенцы получают хлор из материнского молока, в котором он содержится в количестве 11 ммоль/л. Хлор всасывается в основном в толстой кишке. Всасывание и экскреция ионов хлора связаны с натрием, бикарбонатами, минералкортикоидами и зависят от активности Na⁺/К⁺-АТФазы. 90-95% хлора выводится с мочой, 4-8% — с калом, до 2% — через кожу с потом.

Хлорные каналы имеются во многих типах клеток, митохондриях и скелетных мышцах. Каналы обеспечивают регуляцию объема жидкости, трансэпителиального транспорта ионов, стабилизацию мембранных потенциалов, участвуют в поддержании pH клеток (хлор обладает кислотными свойствами).

Клинические проявления дефицита и избытка хлора

К дефициту хлора могут привести недостаточное его потребление с пищей, многократная рвота, нарушение регуляции обмена данного элемента.

Симптомы дефицита хлора:

Избыток хлора наблюдается при остром отравлении хлором во время аварийных ситуаций на производстве. В легких случаях наблюдаются ларингит, трахеит и трахеобронхит. При отравлениях средней тяжести отмечаются головная боль, резь в глазах, слезотечение, эмфизема легких. В тяжелых случаях могут развиться бронхиолит, бронхопневмония, токсический отек легких.

Потребность в хлоре и его пищевые источники

Потребность в хлоридах составляет для взрослых мужчин и женщин 2300 мг/ сут. Беременными и кормящими женщинами дополнительный прием хлоридов российскими нормами не предусмотрен.

Пищевые источники хлора — поваренная соль (NaCl) и продукты, ее содержащие (соленья, маринады и др.), заменители соли (КСl), морская соль.

Сера известна с древнейших времен, она встречается как в кристаллической, так и в аморфной форме. Сера с кислородом образует оксиды (сернистый и серный ангидриды), с водородом — газ сероводород.

Физиологическая роль серы

Сера входит в состав многих клеток, тканей, ферментов, витаминов, гормонов:

С этим связаны разнообразные функции, которые сера выполняет в организме. Сера способна образовывать SН-группы, обеспечивающие защиту организма от радиационного поражения, свободно-радикального повреждения, связывающие многие токсичные продукты метаболизма, например фенол, крезол, индол, которые вырабатываются кишечной микрофлорой из аминокислот. Эндогенная серная кислота конъюгирует многие лекарственные препараты и их метаболиты, которые выводятся с мочой. Сера — экологопротектор при накоплении тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия).

Серосодержащие соединения играют важную роль в выработке энергии в окислительно-восстановительных реакциях, процессах свертывания крови, секреции желчи в печени.

Метаболизм серы

Сера всасывается в тонкой кишке. Избыточный прием кальция и фосфора может замедлять усвоение серы. При дефиците и избытке меди активность серы снижается. В организме большое количество серы содержится в кератине волос, костях и нервной ткани. Обмен серы контролируется гормонами гипофиза, щитовидной железы, надпочечников и половых желез.

Клинические проявления дефицита и избытка серы

Дефицит серы проявляется:

Предполагают, что иногда болезненность суставов, высокая гипергликемия, повышение уровня триглицеридов в сыворотке крови могут быть обусловлены недостатком серы в организме.

Дефицит серы может развиваться у лиц, питающихся нерационально и однообразно, при увеличении потребления фосфатов (лимонады, консервы, колбасные изделия и др.).

Избыток серы в организме образуется при обильном потреблении мяса и мясопродуктов, а также продуктов, богатых сульфитами, которые добавляют в качестве консервантов (алкогольные и безалкогольные напитки, копчености, пиво, сидр, уксус, готовые салаты). Возможна интоксикация серой и ее солями на производстве (особенно SН₂ и CS₂). Сероуглерод — растворитель жиров, воска, резины, фосфора и целлюлозы. CS₂ блокирует медьсодержащие ферменты моноаминоксидазу и церулоплазмин, вызывает дефицит витаминов В₆, РР, нарушает обмен серотонина, триптамина, что приводит к появлению психопатических расстройств.

Потребность в сере и ее пищевые источники

Потребность в сере не регламентируется российскими нормами. По данным литературы, суточная потребность в сере варьирует от 0,5-1 до 5-4 г. Она полностью удовлетворяется рациональным питанием.

Пищевые источники серы: мясо, кура, яйца, субпродукты, рыба, икра, моллюски, сыр, молочные продукты, бобовые, хлеб, крупы, чеснок.

Железо — распространенный в природе элемент, содержание его в земной коре составляет 5,1%. Железо первоначально было получено из метеоритов (Египет, IV тыс. до н. э.). Через тысячу лет была освоена выплавка железа из руд. Железный век пришел на смену бронзовому во II тыс. до н. э.

В растениях железо находится в составе соединений, содержащих гем, то есть в цитохромах, каталазах, пероксидазе, и принимает участие в фотосинтезе и дыхании. В теле человека содержится от 3 до 5 г железа. При этом 75 80% его находится в составе гемоглобина, 5-10% — в миоглобине, 1% — в дыхательных ферментах. Железо в организме человека находится в двух состояниях: в виде запасов в ретикулоэндотелиальной системе (печени, селезенке, костном мозге) и в активном функциональном состоянии (в эритроцитах и их предстадиях).

Физиологическая роль железа

Ион железа участвует в следующих процессах: