CC BY
603
■■ _________________п___________________±______________ пн
В помощь врачу
С.В. Бельмер, Т.В. Гасилина
Российский государственный медицинский университет, Москва
Пребиотики, инулин и детское питание
Контактная информация:
Бельмер Сергей Викторович, доктор медицинских наук, профессор кафедры детских болезней № 2 Российского государственного медицинского университета
Адрес: 119513, Москва, Ленинский проспект, д. 117, тел.: (495) 936-94-74 Статья поступила: 05.05.2010 г., принята к печати: 07.06.2010 г.
Пребиотики играют ключевую роль в жизнеобеспечении микроорганизмов желудочно-кишечного тракта человека, а нормальное функциональное состояние кишечного микробиоценоза — необходимое условие здоровья макроорганизма. Кишечный микробиоценоз участвует в регуляции метаболизма белков и липидов, синтезе витаминов, детоксикации продуктов обмена веществ, поступающих в кишечник, и многих других процессах. Пребиотики включают в себя некоторые дисахариды (лактулозу), олигосахариды и полисахариды (инулин, целлюлозу и др.). Доказано, что полимер фруктозы — инулин — обеспечивает рост бифидо- и лактобактерий, положительно влияет на метаболизм и оказывает иммуномодулирующее действие. На первом году жизни ребенка становление кишечного микробиоценоза обеспечивают пребиотики женского молока. В дальнейшем нормальное состояние микробиоценоза, необходимое для роста и развития ребенка, определяется адекватным количеством пребиотиков из фруктов, овощей и злаков. Целесообразно также применение специализированных продуктов детского питания, обогащенных пребиотиками (например, инулином).
Ключевые слова: пребиотики, кишечная микрофлора, инулин.
Характер питания человека в полной мере определяет функционирование всех его органов и систем, физическую и психоэмоциональную активность, а в детском возрасте влияет на рост, психомоторное развитие, формирование функций растущего организма. При этом имеют значение не только общий объем питания, энергетическая ценность пищи, содержание в ней таких ключевых нутриентов, как белки, жиры и углеводы, но также уровень макро- и микроэлементов, витаминов и многих других веществ, роль которых не всегда учитывается в должной мере. К последним, в частности, относится гетерогенная с химической точки зрения группа веществ, поступающих в организм чело-
века (и животных) в составе продуктов питания — пребиотики. Эти вещества положительно влияют на рост и/или метаболизм одной или нескольких групп микроорганизмов, обитающих в кишечнике, обеспечивая нормальный состав кишечного микробиоценоза и здоровье макроорганизма.
Значение кишечной микрофлоры человека трудно переоценить. Она играет ключевую роль в усвоении многих нутриентов, детоксикации метаболитов, поступающих в кишечник, синтезе витаминов и многих биологически активных веществ, регуляции моторики желудочнокишечного тракта, белкового, жирового и углеводного обмена, антиканцерогенной защите и многих других жиз-
S.V. Bel'mer, T.V. Gasilina
Russian State Medical University, Moscow
Prebiotics, inulin and baby foods
Prebiotics play significant role in life support of microorganisms of human gastrointestinal tract, and normal functional state of intestinal biocenosis is sufficient condition for human health. Intestinal microbiocenosis is a component of regulation of proteins and lipids metabolism, vitamins synthesis, detoxication process in intestine, etc. prebiotics include a number of disaccharides (lactulose), oligosaccharides and polysaccharides (inulin, cellulose, etc.). Fructose polymer — inulin — provides growth of bifido- and lactobac-teria, improves metabolism and has immunomodulating activity. Formation of intestinal micro biocenosis in infant is provided by prebiotics of breast milk. Further state of micro biocenosis, which is necessary for growth and development of child, is determined by adequate intake of prebiotics from fruits, vegetables and cereals. It is reasonable to use special baby foods fortified with prebiotics (for example, inulin).
Key words: prebiotics, intestinal microflora, inulin.
■■■ l_L
>
у
га
а
со
.а
3
о
S
о
с
m
ненно важных процессах. Не случайно нарушения кишечного микробиоценоза существенно влияют на здоровье человека. С другой стороны, болезни человека негативно сказываются на составе кишечного микробиоценоза. Питание микроорганизмов кишечника в норме обеспечивается компонентами пищи человека, в первую очередь пребиотиками. Несмотря на химическое многообразие, механизм действия всех пребиотиков един: не расщепляясь ферментными системами тонкого кишечника человека, они достигают толстой кишки, где утилизируются в основном бифидо- и лактобактериями, обеспечивая их рост и функциональную активность. Как результат, значение пребиотиков определяется их участием в энергетическом метаболизме микробов кишечника, которое обеспечивается преимущественно за счет непереваренных нутриентов, поступающих из вышележащих отделов желудочно-кишечного тракта, и не всосавшихся в тонкой кишке.
Свои энергетические потребности микробы толстой кишки обеспечивают за счет анаэробного субстратного фосфорилирования, ключевым метаболитом которого является пировиноградная кислота, которая образуется из глюкозы в процессе гликолиза. Далее, при восстановлении пировиноградной кислоты образуется от 1 до 4 молекул АТФ, а последний этап процесса (брожение) может идти различными путями с образованием разных метаболитов.
Гомоферментативное молочное брожение характеризуется преимущественным образованием молочной кислоты (до 90%) и характерно для лактобактерий и стрептококков толстой кишки. Гетероферментативное молочное брожение, при котором образуются и другие метаболиты (в том числе уксусная кислота), присуще бифидобактериям. Спиртовое брожение, ведущее к образованию углекислого газа и этанола, является побочным метаболическим путем у некоторых представителей Lactobacillus и Clostridium. Отдельные виды энтеробактерий (Escherichia coli) и клостридий получают энергию в результате муравьинокислого, пропионового, маслянокислого, ацетонобутилового или гомоацетатного брожения.
В результате микробного метаболизма в толстой кишке образуются молочная кислота, короткоцепочечные жирные кислоты (С2 — уксусная; С3 — пропионовая; С4 — масляная/изомасляная; С5 — валериановая/изо-валериановая; С6 — капроновая/изокапроновая), углекислый газ, водород, вода. Углекислый газ в большой степени преобразуется в ацетат, водород удаляется через легкие, а органические кислоты (в первую очередь, жирные короткоцепочечные) — утилизируются макроорганизмом. Нормальная микрофлора толстой кишки, перерабатывая непереваренные в тонкой кишке углеводы, производит короткоцепочечные жирные кислоты с минимальным количеством изоформ. В то же время при нарушении микробиоценоза и увеличении доли про-теолитической микрофлоры указанные жирные кислоты начинают синтезироваться из белков преимущественно в виде изоформ, что отрицательным образом сказывается на состоянии толстой кишки, с одной стороны, и может быть диагностическим маркером — с другой.
Помимо этого, различные представители сапрофитной флоры нуждаются в определенных нутриентах, что объясняется особенностями их метаболизма. Так, бифидобактерии расщепляют моно-, ди-, олиго- и полисахариды, используя их как энергетический и пластический субстрат. При этом они могут ферментировать белки, в том числе и для энергетических целей, нетребовательны
к поступлению с пищей большинства витаминов, но нуждаются в пантотенатах. Лактобактерии также используют различные углеводы для энергетических и пластических целей, однако они плохо расщепляют белки и жиры, поэтому нуждаются в поступлении извне аминокислот, жирных кислот, а также витаминов.
Хотя моносахариды могут легко утилизироваться микроорганизмами толстой кишки, к пребиотикам их не относят. В нормальных условиях кишечная микрофлора не использует моносахариды, которые должны полностью всасываться в тонкой кишке. К пребиотикам относят некоторые дисахариды, олигосахариды, полисахариды и достаточно гетерогенную группу соединений, в которой присутствуют и поли-, и олигосахариды — так называемые пищевые волокна.
В женском молоке из пребиотиков присутствуют лактоза и олигосахариды. Доказана роль пребиотиков женского молока в становлении не только кишечной микрофлоры, но и других систем ребенка, в частности иммунной. Значение нормального состава и функции кишечной микрофлоры для здоровья макроорганизма сохраняется на протяжении всей жизни человека, но особенно велика их роль в периоды интенсивного роста и развития. Так, обеспечение микрофлоры пребиотиками важно не только в первые месяцы жизни, но на протяжении первых 2-3 лет. Таким образом, питание детей, особенно в так называемые «критические» периоды их развития, должно содержать достаточное и сбалансированное количество не только основных нутриентов, витаминов и минералов, но также пребиотических компонентов.
Инулин с химической точки зрения относится к группе соединений, именуемой фруктанами и включающей в себя линейные олиго- и полимеры фруктозы. Отдельные мономеры в этих макромолекулах соединяются р-(2^1) связями. Некоторые фруктаны могут иметь остаток глюкозы. Фруктаны со степенью полимеризации фР) от 2 до 10 называются олигофруктозой, или фруктоолиго-сахаридами, фруктаны с DP > 10 — инулином.
Инулин содержится во многих растениях; его много в клубнях и корнях георгинов, артишоков и одуванчиков, в топинамбуре, чесноке, луке, злаках, фруктах. Промышленным источником инулина является корень цикория, который также содержит сахарозу, фруктозу и олигосахариды. Степень полимеризации фруктанов цикория колеблется от 2 до 60 при среднем значении фРа„) равном 12. В процессе обработки природного сырья получают олигофруктозу рР = 2-7, DPav = 4) и инулин фР = 10-60, DPav = 25).
Фруктаны являются типичными пребиотиками: р-связь этих молекул не расщепляется а-глюкозидазами кишечника, в связи с чем они не перевариваются и достигают толстой кишки, где утилизируются микроорганизмами [1]. Таким образом, фруктаны способствуют увеличению числа бифидо- и лактобактерий. Т. R. Licht и соавт. в экспериментальной работе на крысах показали, что диета, обогащенная инулином или олигофруктозой, способствует увеличению микробной массы в толстой кишке, снижению рН кишечного содержимого, увеличению числа молочнокислых бактерий и снижению количества коли-формных микроорганизмов [2].
Иммуномодулирующее действие фруктанов и инулина продемонстрировано не только в многочисленных экспериментальных исследованиях на животных [3-7], но также и в клинических исследованиях [8-13]. Установлено, что регулярное их употребление влияет на активность Т лимфоцитов и NK клеток, фагоцитов, образование цитокинов, в том числе интерферона 7 и фактора некро-
122
■■■ 1_С
>
у
га
а
со
.0
3
о
г
о
с
са
за опухоли а. В частности, олигосахариды стимулируют Т1п1 опосредованный иммунный ответ у мышей на введение вакцины [14]. Инулин и олигофруктоза (как показано в эксперименте на крысах) способствуют увеличению числа Т лимфоцитов и молекул главного комплекса гистосовместимости II класса на поверхности антиген-презентирующих клеток в селезенке и периферических лимфоузлах, а также повышению уровня интерлейкинов 2 и 4 в крови [15]. Большинство исследователей склоняются к тому, что этот эффект опосредован через позитивное влияние пребиотиков на состав микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Выделяют 2 пути этого влияния: 1) нормализация состава кишечной микрофлоры и повышение ее иммуномодулирующей роли и 2) нормализация продукции микрофлорой летучих жирных кислот, которые сами по себе участвуют в регуляции иммунного ответа [16, 17].
Пребиотики усиливают эффекты пробиотиков в отношение иммунной системы. Пути реализации данного эффекта очевидны: пребиотики действуют на введенные извне микроорганизмы как и на уже присутствующие в кишечнике, однако результат, как показали исследования, оказывается более сложным, чем простая сум-мация эффектов [18]. Кроме того, многие пребиотики (в том числе фруктаны и трегалоза) стимулируют продукцию бактериоцинов микробами желудочно-кишечного тракта, причем этот эффект отсутствует у раффинозы и декстрозы [19].
Под термином «пищевые волокна» в настоящее время понимают достаточно гетерогенную группу полисахаридов, в основном растительного происхождения, наиболее известными из которых являются целлюлоза и гемицеллюлоза. В то же время к пищевым волокнам относятся хитин, хитозан, пектины, камеди, слизи и лигнин. Некоторые авторы относят к ним также аминосахара грибов и ракообразных и даже неперевариваемые белки. И все же «классические» пищевые волокна — это крупномолекулярные полимеры глюкозы, содержащиеся в растениях и составляющие основу их клеточных стенок. Пищевые волокна подразделяются на растворимые и нерастворимые, перевариваемые и непереваривае-мые. В растениях содержатся оба типа волокон, хотя нерастворимые и неперевариваемые, как правило, преобладают. Растворимыми пищевыми волокнами являются камеди, пектины, гемицеллюлоза, которые в значительном количестве содержатся в овсе, ячмене, горохе и некоторых овощах (например, картофеле); нерастворимыми — лигнин, целлюлоза, некоторые виды гемицеллюлозы и пектинов. Особенно богаты волокнами нерафинированные злаки. Перевариваемые волокна подвергаются гидролизу ферментными системами микроорганизмов в толстой кишке человека, а неперевариваемые выводятся в неизмененном виде.
Рафинизация значительно снижает долю пищевых волокон в пище. Содержание волокон в неочищенных злаковых, орехах, бобовых выше, чем в очищенных. Современные технологические процессы, применяемые в пищевой промышленности, оставляют чрезвычайно мало пищевых волокон в конечном продукте.
Целлюлоза представляет собой неразветвленный полимер глюкозы, образованный 1-4 связями между мономерами. Молекула состоит из десятков тысяч мономеров, и целлюлоза различных растений может различаться по длине цепи и несколько различаться по химическим и физическим свойствам. Гемицеллюлоза является полимером глюкозы, арабинозы, глюкуроновой кислоты и ее метилового эфира. Как и целлюлоза, разные вариан-
ты гемицеллюлозы неднородны по физико-химическим свойствам. Камеди являются разветвленными полимерами глюкуроновой и галактуроновой кислот, к которым присоединены остатки арабинозы, маннозы, ксилозы, а также соли магния и кальция. Слизи представляют собой разветвленные сульфатированные арабиноксила-ны. Пектины являются полимерами галактуроновой и гиа-луроновой кислот. Пектиновые вещества входят в состав клеточных стенок и межуточного вещества высших растений. Лигнин является полимерным остатком древесины после ее перколяционного гидролиза, который проводится с целью выделения целлюлозы и гемицеллюлозы. Альгинаты — соли альгиновых кислот, в большом количестве содержащихся в бурых водорослях, молекула которых представлена полимером полиуроновых кислот. Содержание пищевых волокон в продуктах различно. В средних количествах (1-1,9 г/100 г продукта) они содержатся в моркови, сладком перце, петрушке (как в корне, так и в зелени), редьке, репе, тыкве, дыне, черносливе, апельсине, лимоне, бруснике, фасоле, гречневой и перловой крупах, хлопьях «Геркулес», ржаном хлебе. Более высокое их содержание (2-3 г/100 г продукта) в чесноке, клюкве, красной и черной смородине, черноплодной рябине, ежевике, овсяной крупе, хлебе из белково-отрубной муки. В наибольших количествах (более 3 г/100 г продукта) пищевые волокна содержатся в укропе, кураге, клубнике, малине, чае (4,5 г/100 г), овсяной муке (7,7 г/100 г), пшеничных отрубях (8,2 г/100 г), сушеном шиповнике (10 г/100 г), жареном кофе в зернах (12,8 г/100 г), овсяных отрубях (14 г/100 г). Примером рафинированного продукта может служить растворимый кофе, в котором в отличие от исходного продукта пищевых волокон не содержится вообще.
Пищевые волокна обладают многочисленными физиологическими эффектами, что определяет их значение для нормального функционирования организма. Они удерживают воду, влияя тем самым на осмотическое давление в просвете желудочно-кишечного тракта, электролитный состав кишечного содержимого и объем фекалий, увеличивая их объем и массу. Растворимые пищевые волокна, формируя гелеобразованные структуры, препятствуют рефлюксам, в том числе гастроэзофагеальному, способствуют опорожнению желудка и увеличивают скорость пассажа кишечного содержимого. Перечисленные эффекты в целом направлены на стимуляцию моторики желудочно-кишечного тракта.
Пищевые волокна обладают высокой адсорбционной способностью. Этим объясняется их детоксицирующее действие. Кроме того, они адсорбируют желчные кислоты и уменьшают их всасывание, регулируя, с одной стороны, объем пула желчных кислот в организме, а с другой — оказывают гипохолестеринемический эффект.
Большое значение имеют также катионообменные свойства кислых полисахаридов и антиоксидантный эффект лигнина.
Пищевые волокна являются важными регуляторами состава кишечной микрофлоры. Расщепление перевариваемых пищевых волокон, поступающих в кишечник, реализуется микрофлорой толстой кишки, которая получает энергетический и пластический материал. С другой стороны, короткоцепочечные жирные кислоты, образующиеся в результате активности микрофлоры, необходимы для функционирования эпителия толстой кишки. Оптимальный состав микрофлоры и нормальное функционирование колоноцитов обеспечивают необходимые условия протекания физиологических процессов в толстой кишке.
124
■■■
Точная суточная потребность в пищевых волокнах для человека не установлена. Предполагается, что взрослый человек в сутки должен получить 20-35 г пищевых волокон (хотя европеец в среднем потребляет около 13 г пищевых волокон в сутки).
Отсутствие пищевых волокон в диете может приводить к ряду патологических состояний. Наиболее очевидна связь недостатка пищевых волокон в питании с развитием запоров. С дефицитом пищевых волокон связывают развитие ряда заболеваний и состояний, таких как рак толстой кишки, синдром раздраженной кишки, запор, желчнокаменная болезнь, сахарный диабет, ожирение, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, варикозное расширение, тромбоз вен нижних конечностей и др., однако фактически в большинстве случаев эта связь не доказана.
Лактулоза — дисахарид, состоящий из галактозы и фруктозы, отсутствует в молоке (женском или коровьем), однако в небольших количествах может образовываться при нагревании молока до температуры кипения. Лактулоза не переваривается ферментами желудочно-кишечного тракта, ферментируется лакто- и бифидобактериями и служит им субстратом для энергетического и пластического обмена, способствуя их росту и нормализации состава микрофлоры, увеличению объема биомассы и каловых масс, что определяет ее слабительный эффект. Помимо этого показана антикандидозная активность лактулозы и ее угнетающий эффект на сальмонелл.
Значение пребиотиков в питании детей трудно переоценить. Поэтому рацион ребенка должен содержать их достаточное количество, прежде всего в составе продуктов растительного происхождения. В то же время пребио-тиками могут быть обогащены различные продукты питания, например, каши. Примером могут служить жидкие молочные каши «ФрутоНяня» (ОАО «ПРОГРЕСС», Россия), обогащенные инулином. Они разрешены к использованию в питании детей с 6 мес жизни. Эти каши имеют жидкую консистенцию и готовы к употреблению. Использование этих продуктов в качестве последнего кормления (на ночь) оказывает хороший насыщающий эффект и улучшает сон ребенка.
Таким образом, пребиотики являются необходимым компонентом питания ребенка, обеспечивающим становление не только кишечной микрофлоры, но и всех органов и систем организма. С первых дней жизни ребенок получает пребиотики с материнским молоком, а при искусственном вскармливании — в составе адаптированных смесей. С введением прикорма в питании ребенка появляются богатые пребиотиками фрукты, овощи, злаки, однако во многих случаях целесообразно использовать обогащенные пребиотиками специальные продукты детского питания. В дальнейшем у ребенка и у взрослого человека в составе рациона питания пребиотики должны присутствовать также в адекватных количествах.
9
М
о
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Licht T. R., Hansen M., Poulsen M., Dragsted L. O. Dietary carbohydrate source influences molecular fingerprints of the rat faecal microbiota // BMC Microbiol. — 2006; 30 (6):98.
2. Su P., Henriksson A., Mitchell H. Selected prebiotics support the growth of probiotic mono-cultures in vitro // Anaerobe. — 2007; 13 (3-4):134-9.
3. Bassonga E., Forest V., Pierre F. et al. Cytokine mRNA expression in mouse colon: IL-15 mRNA is overexpressed and is highly sensitive to a fibre-like dietary component (short-chain fructo-oligosaccharides) in an Apc gene manner // Cytokine. — 2001; 14:243-246.
4. Herich R., Revajova V., Levkut M. et al. The effect of Lactobacillus paracasei and Raftilose P95 upon the non-specific immune response of piglets // Food. Agric Immunol. — 2002; 14:171-179.
5. Qiao H., Duffy L. C., Griffiths E. et al. Immune responses in rhesus rotavirus-challenged Balb/c mice treated with bifidobacteria and prebiotic supplements // Pediatr. Res. — 2002; 51:750-755.
6. Kelly-Quagliana K. A., Nelson P D., Buddington R. K. Dietary oligofructose and inulin modulate immune functions in mice // Nutr. Res. — 2003; 23:257-267.
7. Watzl B., Bub A., Blockhaus M. et al. Prolonged tomato juice consumption has no effect on cell-mediated immunity of well-nourished elderly men and women // J. Nutr. — 2000; 130:1719-1723.
8. Chiang B. L., Sheih Y. H., Wang L. H. et al. Enhancing immunity by dietary consumption of a probiotic lactic acid bacterium (Bifidobacterium lactis HN019): optimization and definition of cellular immune responses // Eur. J. Clin. Nutr. — 2000; 54:849-855.
9. Sheih Y. H., Chiang B. L., Wang L. H. et al. Systemic immunity-enhancing effects in healthy subjects following dietary consumption of the lactic acid bacterium Lactobacillus rhamnosus HN001 // J. Am. College. Nutr. — 2001; 20:149-156.
10. Kaur N., Gupta A. K. Applications of inulin and oligofructose in health and nutrition // J. Biosci. — 2002; 27:703-714.
11. Bunout D., Hirsch S., de la Maza M. P Effects of prebiotics on the immune response to vaccination in the elderly // J. Parenter Enteral Nutr. — 2002; 26:372-376.
12. Duggan Ch., Penny M. E., Hibberd P. et al. Oligofructose-supplemented infant cereal: 2 randomized, blinded, community-based trials in Peruvian infants // Am. J. Clin. Nutr. — 2003; 77:937-942.
13. Vos A. P., Haarman M., van Ginkel J. W. et al. Dietary supplementation of neutral and acidic oligosaccharides enhances Th1-dependent vaccination responses in mice // Pediatr. Allergy. Immunol. — 2007; 18 (4):304-312.
14. Трушина Е. Н., Мартынова Е. А., Никитюк Д. Б. и др. Влияние рационов, обогащенных инулином и олигофруктозой в питании на клеточный и гуморальный иммунитет у крыс // Вопросы питания. — 2005; 74 (3):22-27.
15. Schley P. D., Field C. J. The immune-enhancing effects of dietary fibres and prebiotics // British Journal of Nutrition. — 2002; 87 (2):221-230.
16. Watzl B., Girrbach S., Roller M. Inulin, oligofructose and immu-nomodulation // British. J. of Nutrition. — 2005; 93 (1):49-55.
17. Roller M., Rechkemmer G., Watzl B. Prebiotic Inulin Enriched with Oligofructose in Combination with the Probiotics Lactobacillus rhamnosus and Bifidobacterium lactis Modulates Intestinal Immune Functions in Rats1 // J. Nutr. — 2004; 134:153-156.
18. Chen Y. S., Srionnual S., Onda T., Yanagida F. Effects of prebiotic oligosaccharides and trehalose on growth and production of bacteriocins by lactic acid bacteria // Lett. Appl. Microbiol. — 2007; 45 (2):190-193.
19. Van Loo J., Coussement P., de Leenheer L. et al. On the presence of inulin and oligofructose as natural ingredients in the western diet // Crit. Rev. Food. Sci. Nutr. — 1995; 35 (6):525-552.
0
■H
0
2
Е
Р
00
О
С
Ы
С
О
Р
П
О
00
125
