Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем

• Название: Естественные технологии биологических систем
• Автор: Александр Уголев
• Издательство: Наука
• Жанр: Биология
• Год: 1987

Книга посвящена концепции естественных технологий живых систем на различных уровнях организации последних и изложению доказательств, позволяющих преодолеть противопоставление естествознания и технологии. Эта концепция обосновывается на примере наиболее важных процессов в живых системах, их эволюции и происхождения. Охарактеризованы некоторые закономерности, которые могут быть интерпретированы как общие для естественных технологий живой природы и производственных технологий. Показано, что такие подходы плодотворны для понимания биологии в целом, процессов, протекающих в живых системах различной сложности, взаимодействий естественных и производственных технологий, в частности в медицине, экологии, питании и т.д.

---

Согласно теории сбалансированного питания, пища, которая представляет собой сложно организованную структуру и состоит из нутриентов, балластных веществ и иногда ряда токсических продуктов, подвергается механической, физико-химической и в особенности ферментативной обработке. В результате этого полезные компоненты пищи извлекаются и превращаются в лишенные видовой специфичности мономеры, которые всасываются в тонкой кишке и обеспечивают энергетические и пластические потребности организма. (Многие физиологи и биохимики сравнивают этот процесс с извлечением ценных компонентов из руды). Из балластных веществ, некоторых элементов пищеварительных соков, слущенных клеток эпителиального пласта желудочно-кишечного тракта, а также под действием бактериальной флоры, частично утилизирующей нутриенты и балластные вещества, формируются экскреты, которые выбрасываются из организма. Из этой схемы ассимиляции пищи вытекают принципы расчета количества полезных веществ, поступающих в организм вместе с пищей, оценка ее достоинств и т.д.

В соответствии с теорией адекватного питания питание обусловлено не только нутриентами, но и потоком различных регулирующих соединений, вырабатывающихся эндокринными клетками пищеварительного аппарата, а также содержащихся в самой пище или образующихся при ее взаимодействии с микрофлорой кишечника. Другими словами, нормальное питание определяется не только потоком нутриентов, но и строго регламентировано потоком регуляторных факторов. Далее, бактериальная флора желудочно-кишечного тракта не только у жвачных, но, по-видимому, у всех или подавляющего большинства многоклеточных организмов — необходимый участник ассимиляции пищи. Для сложных организмов справедливо считать, что в метаболическом смысле они представляют собой надорганизмы, у которых имеет место взаимодействие хозяина с определенной микропопуляцией. Под действием микрофлоры образуются вторичные нутриенты, которые скорее всего чрезвычайно важны, а во многих случаях необходимы. Источником вторичных нутриентов служат балластные вещества, участвующие в регуляции многих локальных и общих функций организма.

Таким образом, питание в свете новой теории — это чрезвычайно сложный процесс, в котором пищеварение является не только способом извлечения полезных компонентов из сырья. Эта теория возвращает нас к некоторым общим идеям античного естествознания, которые заключаются в том, что в процессе пищеварения образуются новые компоненты пищи. С этой точки зрения обогащение пищи за счет удаления балластных веществ, необходимое с позиций теории сбалансированного питания, кажется абсолютно неправильным в свете теории адекватного питания. Точно так же подавление бактериальной флоры противоречит новой теории, хотя и хорошо согласуется с представлениями о механизмах усвоения пищи, развивавшихся классической теорией.

Следовательно, новая теория адекватного питания не является модификацией классической, а представляет собою новую теорию с другой аксиоматикой. Однако основной постулат, согласно которому расход и поступление в организм пищевых веществ должны быть сбалансированы, новая теория целиком принимает.

3.3. Теории питания и некоторые конкретные проблемы

В настоящее время установлено, что ассимиляторный цикл состоит из цепи реакций, взаимодействие которых обеспечивает его совершенство и эффективность. Об этом говорил еще И. П. Павлов, сравнивая пищеварительный аппарат с химическим производством. Прохождение пищи по желудочно-кишечному тракту включает ряд локальных и общих систем, обеспечивающих координацию деятельности различных отделов пищеварительного аппарата и, что не менее важно, переключение обмена всего организма с «голодного» на «сытый». Такое переключение реализуется при участии кишечной гормональной системы. Благодаря таким механизмам ассимиляция пищи становится не местным процессом извлечения нутриентов из желудочно-кишечного тракта и передачи их во внутреннюю среду организма, а общим процессом, так как включается в общие реакции организма. Такие реакции усиливаются тем, что кроме собственно нутритивных функций желудочно-кишечный тракт выполняет сложную защитную функцию. Последняя, как было ранее отмечено, реализуется благодаря барьерам, к которым могут быть отнесены клетки кишечной слизистой с их гликокаликсом и липопротеиновой мембраной, а также иммунный и ферментный барьеры. Этот ферментный барьер состоит из трансформационных систем и систем внутриклеточного гидролиза, участвующих в процессах катаболизма.

Рассмотрим конкретные примеры различного решения некоторых проблем в свете классической и новой теорий питания. Одна из них связана с пищевой непереносимостью.

3.3.1. Непереносимость молока

Проблема пищевых интолерантностей, или непереносимостей, может быть охарактеризована на примере непереносимости молока. Она затрагивает практически все человечество, так как интолерантностью к молоку страдают сотни миллионов или даже миллиарды людей. В частности, непереносимость молока наблюдается у 6—12% европейцев и американцев. У жителей Ближнего Востока она достигает 70%. Сходные данные получены в отношении киприотов, японцев, эскимосов Гренландии, индейцев Америки, африканцев и жителей Шри-Ланки. Вместе с тем у пигмеев Африки выявлена европеоидная картина, т.е. непереносимость молока встречается лишь у 5%.

Установлено, что при переходе от питания молоком к смешанному питанию происходит частичная репрессия гена, контролирующего синтез лактазы — фермента, расщепляющего лактозу, или молочный сахар. Лактозная толерантность определяется генетически рецессивным путем. Предполагается, что степень репрессии лактазного гена связана с историей данной этнической группы и, возможно, определяется наличием или отсутствием молочной культуры на заре становления данного народа (табл. 5). Следовательно, уровень репрессии лактазного гена может служить своеобразным генетическим маркером, как и многие другие маркеры. Для лучшего понимания этой проблемы рассмотрим механизмы интолерантности к молоку.

Распространенность лактазной недостаточности (ЛН) у взрослых среди различных этнических групп

Этнические группы % ЛН Люди, занимающиеся охотой и уборкой сельскохозяйственных культур 86 Люди, занятые в сельском хозяйстве, из традиционных зон, не связанных с молочным скотоводством, а также их относительно несмешанные потомки: 90 в Северной и Южной Америке 97 в Африке южнее Сахары 87 в Юго-Восточной и Восточной Азии 90 Люди, занятые в сельском хозяйстве, предки которых жили в традиционных зонах, не связанных с молочным скотоводством, но мигрировали в относительно недавний период в соседнюю зону, чтобы употреблять молоко 88 Люди, включая занятых пастбищным скотоводством, которые потребляли молоко и богатые лактозой молочные продукты в течение длительного исторического периода и жили в условиях стресса, связанного с диетой, а также их относительно несмешанные потомки: 11 в Африке и на Ближнем Востоке 10 европейцы и их потомки 11 в Индии и Пакистане 18 Люди, которые употребляли молоко с древних времен, но не подвергались селективному отбору, предупреждающему ЛН 72

Продукты частичного гидролиза пищевых биополимеров, а также небольшие молекулы, в частности лактоза и сахароза, проникают через гликокаликс и достигают поверхности мембраны, где локализовано около 20 ферментов. Эти ферменты, осуществляющие заключительные стадии расщепления практически всех пищевых веществ, образуют олигомерные комплексы с транспортными системами. Благодаря этому образовавшиеся конечные продукты гидролиза немедленно поступают в транспортные системы, которые активно переносят свободные мономеры (глюкозу, аминокислоты и др.). Недостаточность или отсутствие фермента лактазы приводит к непереносимости молока. Зона мембранного пищеварения стерильна, т.е. недоступна бактериям, которые конкурируют с макроорганизмом за обладание нутриентами. У большинства организмов бактерии используют преимущественно остаточные нутриенты. В том случае, когда какой-либо фермент отсутствует, соответствующий субстрат быстро поступает в полость тонкой кишки и становится добычей бактериального пула. Возникающие при этом бактериальные метаболиты вызывают в одних случаях диарею, в других тяжелое отравление, шок и иногда смерть. Тяжелые заболевания, в том числе со смертельным исходом, описаны у взрослых людей даже после нескольких глотков молока. Подавление бактериальной флоры антибиотиками может предотвратить непереносимость молока. Таким образом, механизм интолерантностей, долгое время не имевший объяснения, в настоящее время стал вполне ясен. Тем не менее у людей с одинаковым уровнем лактазной недостаточности интолерантность может быть или выражена, или совершенно отсутствовать. Это определяется двумя причинами: 1) различиями бактериальной флоры (у одних лиц бактериальная флора не вырабатывает токсических метаболитов, у других — продуцирует их); 2) состоянием барьерных функций печени,