Теория адекватного питания и трофология
Шрифт:
Бактериальная популяция кишечной слизистой оболочки существенно отличается от полостной как по составу, так и по биохимическим характеристикам. В нашей лаборатории еще в 1975 г. было показано, что среди популяции бактерий слизистой оболочки тонкой кишки почти отсутствуют гемолизирующие формы, которые широко представлены в полостной популяции. Уже в то время нами было высказано предположение, что мукозная популяция является аутохтонной и в значительной мере определяет состав полостной популяции. В то же время выявлено, что при изменении диеты и заболеваниях наблюдаются более резкие нарушения мукозной популяции, а не полостной (обзор: Уголев, 1985).
Идея И.И. Мечникова о целесообразности подавления кишечной бактериальной флоры в настоящее время должна быть подвергнута коренному пересмотру. Действительно, как уже отмечалось, сопоставление обычных и безмикробных организмов позволило заключить, что последние в
Когда исследования проводились не на безмикробных животных, а на людях, которые в силу каких-либо причин со дня рождения были отделены от окружающей среды и не имели собственной бактериальной флоры, то оказалось, что их пищевые потребности также существенно отличались от таковых у обычных людей.
Как уже было отмечено, симбиоз микро- и макроорганизмов, вероятно, является древним эволюционным приобретением и наблюдается уже на уровне примитивных многоклеточных организмов. Во всяком случае в ходе эволюции у большинства многоклеточных организмов возник симбиоз с бактериями определенных типов. В самом деле, бактериальная флора представляет собой необходимый атрибут существования сложных организмов. Последние, по современным представлениям, следует рассматривать как единую систему более высокого иерархического уровня, чем отдельный индивидуум. При этом макроорганизм по отношению к микроорганизмам выполняет функцию доминанта и регулятора всей системы в целом. Между ним и симбионтами существует обмен метаболитами, в состав которых входят нутриенты, различные неорганические компоненты, стимуляторы, ингибиторы, гормоны и другие физиологически активные соединения. Подавление бактериальной флоры кишечника часто приводит к сдвигу метаболического баланса организма.
Таким образом, в настоящее время становится ясно, что в метаболическом смысле организм представляет собой надорганизменную систему, состоящую из доминирующего многоклеточного организма и специфической бактериальной поликультуры, а иногда и Protozoa. С этой точки зрения существенно, что определенная часть витаминов и незаменимых аминокислот, в которых нуждается организм высших животных и человека, поступает за счет бактерий. Действительно, как отмечено выше, у безмикробных животных недостаток витаминов или незаменимых аминокислот приводит к более тяжелым и скорее проявляющимся нарушениям, чем у обычных. Следовательно, с позиций теории адекватного питания можно говорить не только об экологии в целом, но и о микроэкологии, или более правильно — об эндоэкологии многоклеточных организмов, которая, как мы отмечали, формируется очень рано.
Эндоэкосистемы обладают способностью к саморегуляции и в достаточной мере устойчивы. Вместе с тем они имеют некоторые критические пределы устойчивости, за которыми наступает их непоправимое нарушение. Нормальная эндоэкология может быть нарушена при специфических и неспецифических воздействиях, что может приводить к резкому изменению потока бактериальных метаболитов (рис. 3.2). Нарушение состава бактериальной популяции кишечника обнаружено, в частности, при изменении состава рациона, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, под влиянием различных экстремальных факторов (например, при стрессах, в том числе эмоциональных, при специальных условиях и т. д.). Дисбактериозы, возникающие по разным причинам, в частности вследствие применения антибиотиков, провоцируют многие вторичные нарушения, меняют реактивность организма, вызывают скрытые патологии и т. д.
Формирование представлений об эндоэкологии человека и других организмов имеет фундаментальное значение, а сохранение микрофлоры и предупреждение ее нарушений — одна из важных задач биологии и медицины.
Рис. 3.2. Соотношение между первичными нутриентами и бактериальными метаболитами при физиологических (А) и патологических (В) состояниях организма (дефекты переваривания и всасывания) (по: Уголев, 1985).
По-видимому, бактериальная флора желудочно-кишечного тракта выполняет функцию химического гомеостата. При сохранении у грызунов копрофагии значительная часть пищи подвергается различным трансформациям вследствие размножения бактерий, являющихся важным источником пищевого материала. Следовательно, определенная часть пищевой смеси будет представлена не исходными, компонентами соответствующей диеты, а самими бактериями. Кроме того, кишечная микрофлора может играть существенную роль в интенсификации продукции пищеварительных ферментов, что имеет решающее значение в случае ферментной недостаточности. Естественно, что такие факторы могут оказывать влияние на характер адаптационной реакции в ответ на ту или иную диету. К такому заключению, в частности, приводят результаты работ нашей лаборатории, представленные в монографиях «Проблемы клинической и экспериментальной энтерологии» и «Мембранный гидролиз и транспорт. Новые данные и гипотезы», опубликованных в 1981 и 1986 гг. Суть их такова.
При сопоставлении данных двух вариантов эксперимента, в первом из которых копрофагия была полностью исключена, а во втором сохранялась, были обнаружены существенные различия. В первом варианте эксперимента были выявлены выраженные приспособительные перестройки ферментного аппарата тонкой кишки крыс при изменении композиции пищи. В другом варианте, где ожидались сходные результаты, адаптивные перестройки были выражены слабо или полностью отсутствовали. Дополнительные опыты показали, что именно в отсутствие копрофагии и имеют место значительные изменения в реакции ферментных систем кишечной трубки на изменение пищевого рациона. При копрофагии наблюдается своеобразное демпфирование пищевых эффектов на ферментативную активность тонкой кишки благодаря тому, что важным компонентом питания крыс являются фекальные бактериальные культуры. В этих опытах с особенной отчетливостью проявилась функция бактериальной флоры как своеобразного буфера, предохраняющего внутреннюю среду организма от внешних «биохимических бурь», связанных с изменением состава пищи. Именно в этой связи мы ввели представление о кишечной флоре как о трофостате.
Важно, что в зависимости от состава бактериальной флоры в желудочно-кишечном тракте и от ее реакции на изменение композиции пищи находится и реакция макроорганизма, который в этих условиях образует вместе с бактериальной флорой единую надсистему.
Когда мы вводили представление об эндоэкологии, мы исходили из общих концепций биологии и экологии и, в частности, из того, что в экосистеме существенную роль должны играть трофические цепи. Есть много убедительных доказательств реального существования таких трофических цепей во внутренних, а не только внешних экосистемах. Во внутренних цепях участвуют главным образом бактерии, но также растения, грибы и животные (в особенности простейшие), занимающие в трофических цепях различные места. В частности, было показано, что в пищеварительной системе термитов и некоторых других насекомых основными потребителями целлюлозы являются не бактерии, а определенные группы жгутиконосцев. Уничтожение этих простейших в эксперименте приводило к полной потере термитами способности питаться древесиной. Кроме того, у термитов и некоторых других беспозвоночных были обнаружены бактерии, способные фиксировать атмосферный азот (обзор: Schmidt-Nielsen, 1982). Иными словами, были выявлены организмы, стоящие в начале трофический цепи по азотсодержащим компонентам, хотя и нуждающиеся в органических источниках энергии. В то же время в желудочно-кишечном тракте как беспозвоночных, так и позвоночных продемонстрировано присутствие организмов, в особенности бактерий, выполняющих роль деградаторов органического вещества.
Таким образом, в пищеварительном канале были обнаружены различные варианты и звенья тех трофических цепей, которые мы традиционно относим лишь к внешним макроэкосистемам.
Антибиотики — широко и многократно используемое средство лечения людей и различных сельскохозяйственных животных. Следует думать, что в этом случае даже при исходно нормальной микрофлоре она может быть частично или полностью уничтожена, а затем замещена случайной, следствием чего может быть возникновение различных по форме и степени нарушений. Однако часто такие нарушения могут начинаться значительно раньше из-за неблагоприятных условий, возникающих вследствие неоптимальной флоры, получаемой при рождении. Таким образом, уже сегодня возникают вопросы о способах конструирования и восстановления оптимальной микрофлоры, т. е. микроэкологии, и эндоэкологии организма.