Естественные технологии биологических систем
Шрифт:
Примеры индуцированного аутолиза обнаружены среди низших животных, в частности у простейших п плоских червей. После захвата пищевого объекта происходит образование новых вакуолей, обладающих кислой реакцией. Общепринято, что ацидификация окружающей среды связана с действием пепсин- или катепсинподобных ферментов. Хотя кислая фаза переваривания была интерпретирована как выполняющая лишь денатурацию структур пищевого материала, представленные данные свидетельствуют о значительном расщеплении пищи. Эти данные невозможно объяснить без гипотезы индуцированного аутолиза. В соответствии с этой гипотезой кислая среда пищеварительных вакуолей приводит к активации лизосомных ферментных систем двумя путями: 1) увеличивая проницаемость мембраны лизосом; 2) провоцируя адекватные условия для лизосомных ферментов, которые активны в слабокислой среде. Следовательно, возможен
Обратим внимание на те особенности процессов переработки пищи, которые позволяют рассматривать их как естественную технологию. Несомненно, перед нами чрезвычайно сложная химическая технология, обеспечивающая извлечение из пищевого сырья важных компонентов и их перенос из кишечной во внутреннюю среду организма. В основном переработка пищевой массы сводится к механическим и гидролитическим (при участии многих ферментов) процессам.
Возможно, большое значение имеет специфическая адсорбция. Следует учитывать также, что ряд необходимых веществ вырабатывается в желудочно-кишечном тракте бактериальной флорой. В современном понимании работа пищеварительного аппарата не может ограничиться лишь извлечением полезных пищевых веществ, т.е. нутриентов, из пищевых продуктов, а включает в себя также их образование под влиянием симбионтов. У организмов многих видов этот механизм является решающим. Таким образом, процесс экзотрофии представляет собой сочетание механических, физических и химических преобразований, поражающих совершенством координации и высокой эффективностью. Так, приблизительные подсчеты показали, что из 10 молекул мальтозы лишь одна или две возвращаются в полость тонкой кишки, тогда как 8 или 9 немедленно утилизируются благодаря совершенной системе взаимодействий фермента и транспортера в пределах пищеварительно-транспортного комплекса.
Пищеварительные процессы управляются очень точно. Интенсивность переваривания пищи, а также скорость ее перемещения вдоль желудочно-кишечного тракта контролируются нервными и гормональными механизмами. Кроме того, пищеварение как многоступенчатый процесс складывается из ряда операций.
Для понимания удивительной целесообразности естественных технологий, сформировавшихся в ходе эволюции, перейдем к характеристике питания.
Глава 3.
ЭКЗОТРОФИЯ. НОВАЯ ТЕОРИЯ АДЕКВАТНОГО ПИТАНИЯ
Питание — одна из центральных проблем, решение которой составляет предмет постоянных забот человечества. Эта проблема актуальна для большинства биологических наук. Однако первоначально наука о питании имела антропоцентрический подход и формировалась как теория и практика питания человека.
Как говорил И.П. Павлов в своей Нобелевской речи (1904), кусок хлеба насущного является, был и останется одной из самых важных проблем жизни, источником страданий, иногда удовлетворения, в руках врача — могучим средством лечения, в руках людей несведущих — причиной заболеваний. По-видимому, едва ли не самое большое заблуждение — убеждение в том, что вопрос правильного питания человека может быть решен путем создания- достаточного количества качественных пищевых продуктов. Обширный анализ свидетельствует, что свободный выбор таких продуктов в большинстве случаев приводит к нарушениям структуры питания, которые в зависимости от многих гено- и фенотипических характеристик провоцируют развитие тяжелых заболеваний (табл. 2). Различные формы патологии, вызванные неправильным питанием, распространены гораздо шире, чем сердечно-сосудистые заболевания и злокачественные опухоли, в происхождении которых дефекты питания также играют немаловажную роль. Не исключено, что в значительной мере заболевания, связанные с нарушениями питания, обусловлены неправильным вскармливанием детей на ранних стадиях онтогенетического развития.
Синдромы, связываемые преимущественно с нарушениями питания
| Избыточное питание | |
| углеводами, рафинированными крахмалом и сахарами | белками |
| Патогенез | |
| Эпидемиологические и клинические данные | Клинические данные |
| Болезни, нарушения | |
| Заболевания сердечно-сосудистой системы (инфаркт
| Заболевания сердечно-сосудистой системы (гипертония, атеросклероз, тромбофлебит, эмболия, микроангиопатия и др.) |
| Хронический бронхит, эмфизема легких Заболевания желудочно-кишечного тракта (язвы, гастрит, энтерит, язвенный колит, геморрой) Аппендицит, холецистит, пиелонефрит, вызванные кишечной палочкой Холецистит Желчно-каменная болезнь Почечно-каменная болезнь | |
| Диабет Гиперлипидемия Токсикоз беременности Эпилепсия, депрессия Рассеянный склероз Парадонтоз | Диабет Гиперхолестеринемия Токсикоз беременности |
| Профилактика | |
| Уменьшение потребления легко усвояемых и рафинированных углеводов | Уменьшение потребления белков |
Следует иметь в виду, что в области теории питания многое остается неизвестным. Именно поэтому представляется необходимым охарактеризовать современные достижения науки, важные для лучшего понимания этой проблемы.
В истории науки известны две теории питания. Первая возникла во времена античности, вторая — классическая, часто называемая теорией сбалансированного питания, появилась более 200 лет назад и сформировалась в конце XIX—первой половине XX в. Эта теория, доминирующая в настоящее время, пришла на смену античной и является одним из самых замечательных достижений экспериментальной биологии и медицины.
3.1. Античная и классическая теории питания
Античная теория питания связана с именами Аристотеля и Галена и является частью их представлений о живом. Согласно этой теории, питание организма происходит за счет крови, которая непрерывно образуется из пищевых веществ в результате сложного процесса неизвестной природы, в некотором отношении сходного с брожением. В печени происходит очистка этой крови, после чего она используется для питания органов и тканей. На этом основании строились многочисленные лечебные диеты, призванные обеспечить более легкое превращение пищи в кровь и лучшие свойства последней. Видное место занимало представление о нарушениях состава крови, а кровопускание считалось эффективным методом лечения.
С классической теорией сбалансированного питания связаны распространенные представления об идеальной пище и оптимальном сбалансированном питании. Эти представления опирались на балансные подходы к оценке и режиму питания, сохраняющие свое значение и в настоящее время. В упрощенном виде такие подходы сводились к тому, что в организм должны подаваться вещества такого молекулярного состава, который компенсирует их расход и потери, обусловленные основным обменом, внешней работой, а для молодых организмов еще и ростом, характерным этапом жизненного цикла.
Классическая теория может быть сведена к нескольким фундаментальным постулатам: 1) идеальным считается питание, при котором поступление пищевых веществ соответствует их расходу; 2) поступление пищевых веществ обеспечивается в результате разрушения пищевых структур и всасывания полезных веществ — нутриентов, необходимых для метаболизма, пластических и энергетических потребностей организма; 3) утилизация пищи осуществляется самим организмом; 4) пища состоит из нескольких компонентов, различных по физиологическому значению: нутриентов, балластных веществ (от которых она может быть очищена) и вредных, токсических, соединений; 5) метаболизм организма определяется уровнем аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, витаминов и некоторых солей, следовательно, можно создать так называемые элементные (мономерные) диеты. (Особенно привлекательными такие диеты кажутся в качестве идеальной пищи будущего, когда благодаря химическим технологиям и вычислительной технике можно будет точно контролировать ее молекулярный состав и, более того, менять его в соответствии с возрастом организма, его функциональным состоянием, состоянием здоровья, типом работы, климатическими условиями и т.д.); 6) многие нутриенты, способные к всасыванию и ассимиляции, освобождаются в результате ферментативного гидролиза сложных органических продуктов за счет внеклеточного (полостного) и внутриклеточного пищеварения. При этом усвоение пищевых веществ происходит в два этапа: полостное пищеварение—всасывание.