В теле каждого из нас обитает огромное количество микроорганизмов: они присутствуют на коже, во влажной среде глаз, в дыхательных путях, ротовой полости, кишечнике и мочеполовой системе. Эти миниатюрные существа сформировали внутри нас сложную систему, которую называют микробиотой или микробиомом. В своей публикации под названием «Как разобраться с работой пищеварительной системы» врач-гастроэнтеролог и специалист по питанию Даниэла Пургина делится наиболее занимательными фактами об этой необыкновенной системе организма.
Микробиота желудка и кишечника
Микрофлора желудочно-кишечного тракта – это совокупность микроорганизмов, включающая бактерии, археи, грибы, простейшие и вирусы. Это сложная внутренняя среда нашего тела, которая активно участвует не только в переваривании пищи и метаболических процессах, но также влияет на функционирование иммунной системы, обеспечивает защиту от патогенных микроорганизмов, регулирует воспалительные процессы и клеточное деление.
Современные исследования указывают на то, что состав микробиоты может оказывать существенное влияние на возникновение нарушений в питании, заболеваний кишечника с признаками воспаления, синдрома раздражённого кишечника, избыточного веса, метаболического расстройства и непереносимости определенных продуктов.
В настоящее время реализуется несколько крупных научных инициатив, направленных на изучение строения, функций и разнообразия микробиома человека. Подтверждено, что дефицит бактерий или уменьшение их видового состава связано с повышенной вероятностью развития различных недугов, включая рак толстой кишки и воспалительные заболевания кишечника. На текущий момент создан генетический каталог, содержащий 3,3 миллиона уникальных микробных генов – это в сто пятьдесят раз больше, чем количество генов, присутствующих у человека. Теперь вам понятно, почему мы говорим о целой вселенной внутри нас?
Состав микробного сообщества в желудочно-кишечном тракте формируется под воздействием ряда факторов, включая кислотность среды, доступность кислорода и питательных веществ, скорость прохождения пищи и выделяемые ферменты. В верхней части пищеварительного тракта преобладают аэробные бактерии, тогда как нижние отделы колонизированы анаэробами – микроорганизмами, не использующими кислород для жизнедеятельности и даже чувствительными к нему.
Несмотря на то что длина человеческого пищеварительного тракта достигает 5,5 метров и включает в себя различные полые структуры: пищевод, желудок, тонкий кишечник и толстый кишечник, большая часть научных работ посвящена изучению микробиоты именно толстого кишечника. В этой области наблюдается наибольшая концентрация микробной массы среди всех органов или поверхностей человеческого тела; приблизительно от 10^10 до 10^12 клеток на миллилитр содержимого по сравнению с 10^7–10^8 колониеобразующих единиц (КОЕ) в тонком кишечнике.
Формирование микробиоты
Долгое время существовало мнение, что внутриутробное развитие плода протекает в стерильной среде, а контакт с микробами начинается уже после рождения.
Тем не менее, исследования продемонстрировали, что заселение микробиотой может начинаться еще во внутриутробном периоде развития плода. Формирование микробного сообщества также зависит от срока гестации при рождении. Установлено, что микрофлора кишечника недоношенных детей отличается от таковой у младенцев, родившихся в срок; у первых чаще встречаются энтеробактерии, стафилококки и энтерококки.
Значительное влияние на формирование здоровой кишечной микрофлоры новорожденного оказывает питание. Грудное молоко выступает ключевым источником микроорганизмов для заселения кишечника младенца. У детей, получающих грудное вскармливание, наблюдается более выраженное присутствие лакто- и бифидобактерий (Lactobacillus, Staphylococcus, Bifidobacterium) в микробиоме, тогда как у младенцев на искусственном вскармливании преобладают Roseburia, Clostridium и Anaerostipes.
Микроорганизмы, присутствующие в материнском молоке, способствуют снижению частоты и тяжести бактериальных инфекций. Комменсальные бактерии оказывают защитное действие на кишечник, препятствуя росту патогенной микрофлоры. В частности, грудное молоко содержит олигосахариды – пребиотики, стимулирующие развитие полезных бактерий и обладающие антимикробными свойствами. Важность этих олигосахаридов заключается в их способности связывать патогенные микроорганизмы и препятствовать их адгезии к слизистой оболочке кишечника, тем самым предотвращая развитие воспалительного процесса.
Полезные микроорганизмы, такие как молочнокислые бактерии, содержащиеся в грудном молоке, способны вырабатывать бактериоцины – особые белки с антибактериальными свойствами против других разновидностей того же вида,
или родственных видов. Одним из первых открытых учеными бактериоцинов, обнаруженных в составе грудного молока в начале 2000-х годов, стал низин. Низин способен подавлять жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмов и оповещать иммунную систему о вторжении.
Примечательно, что низин находит применение в пищевой отрасли начиная с середины двадцатого века. Сегодня его используют при создании молочных продуктов, мясных блюд, выпечки и пива как природный консервант (Е234), предназначенный для подавления роста Clostridium botulinum (вызывающего ботулизм) и Bacillus cereus (вызывающего острые пищевые отравления). Происхождение микробиоты в грудном молоке остается не до конца выясненным.
На формирование кишечной микрофлоры у новорожденных может оказывать влияние широкий спектр факторов. К примеру, прием антибиотиков снижает видовое разнообразие и приводит к перестройке состава микробного сообщества. В течение первого года жизни относительно несложная экосистема бактерий, которая формируется сразу после рождения (продолжается около месяца с момента отсечения пуповины), трансформируется в более сложную, приближающуюся по составу к взрослому типу. Адаптация микробиома к пище взрослых начинается до начала прикорма, поскольку некоторые бактерии, участвующие в расщеплении растительных углеводов (таких как целлюлоза и крахмал), уже присутствуют в желудочно-кишечном тракте младенца.
Состав микробиома ребенка приближается к взрослому примерно к трехлетнему возрасту, хотя некоторые научные работы указывают на то, что формирование кишечной микрофлоры может продолжаться до подросткового периода.
Как питание влияет на микробиоту?
Характерной чертой современной западной диеты является высокое калорийное содержание продуктов и преобладание в рационе значительного количества красного мяса.
Рацион, характеризующийся избытком мяса, легкоусвояемых углеводов (сахаров) и соли, а также преобладанием полуфабрикатов и недостаточным количеством овощей и фруктов, по мнению исследователей, приводит к дефициту пищевых волокон. Это, в свою очередь, вызывает заметное уменьшение численности бифидобактерий и эубактерий – основных представителей кишечной микробиоты, что оказывает общее негативное воздействие на ее разнообразие. Недостаточное количество бактерий, участвующих в производстве масляной кислоты, вследствие потребления продуктов с низким содержанием клетчатки и высоким содержанием мяса, связано с изменениями кислотности толстой кишки и способствует развитию патогенных микроорганизмов.
Научные эксперименты подтверждают, что ежедневное употребление приблизительно 30 граммов клетчатки (особенно ее растворимой формы) положительно влияет на выработку масляной кислоты различными бактериями. Например, в ста граммах гречневой крупы содержится 14 граммов клетчатки, что составляет почти половину необходимой суточной дозы. Основная функция неперевариваемой клетчатки заключается в увеличении объема стула и облегчении продвижения его по кишечнику.
- Целлюлоза, гемицеллюлозаНерастворимая клетчатка – это компонент, присутствующий в злаках и кожуре многих фруктов и овощей. Она абсорбирует воду и увеличивает объем каловых масс, что способствует улучшению перистальтики кишечника.
- ЛигниныТакже существует нерастворимая клетчатка, содержащаяся в пшенице и кукурузных отрубях, орехах, льняном семени, незрелых бананах. Она стимулирует выработку слизи в толстой кишке и увеличивает объем стула.
- Бета-глюканы— это легкорастворимая и быстро ферментирующаяся клетчатка, присутствующая в овсе и ячмене. Она подвергается метаболизму и ферментации в верхних отделах кишечника, оказывая эффект пребиотика.
- Гуаровая камедь— представляет собой растворимую и ферментируемую клетчатку, полученную из семян. Обладая густой гелеобразной консистенцией, она часто используется в кулинарии для загущения различных блюд. В верхнем отделе кишечника происходит ее метаболизм и ферментация.
- Инулин, олигофруктоза, олигосахариды, фруктоолигосахариды— растворимые волокна, которые ферментируются микрофлорой кишечника и содержатся в таких продуктах как лук, корень цикория, спаржа и топинамбур. Они способствуют увеличению объема стула и выполняют роль пребиотиков.
- Пектины— это легкорастворимая и быстро ферментирующаяся клетчатка, содержащаяся в яблоках, ягодах и других фруктах.
- Устойчивый крахмал — это легко усваиваемая ферментируемая пища для кишечника, присутствующая в таких продуктах как бобовые культуры, неспелые бананы, отварные макаронные изделия и картофель; она выполняет роль пребиотика.
Недостаток клетчатки вызывает сокращение производства короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), снижает количество различных видов микроорганизмов в кишечнике, изменяет метаболические процессы бактериальной флоры на использование менее ценных веществ и способствует образованию потенциально опасных соединений. Чрезмерное употребление клетчатки может спровоцировать дискомфорт в животе, повышенное газообразование и расстройство желудка.