Пищеварительные ферменты
Желудочно-кишечный тракт выделяет пищеварительные соки, содержащие ферменты. Они осуществляют химические превращения питательных веществ. Названия ферментов обычно заканчиваются на -аза: липаза, протеаза, амилаза – классы ферментов, расщепляющих жиры (липиды), белки (протеины) и углеводы (крахмал). Первая часть названия – это вещество, на которое действует фермент, «-аза» означает собственно фермент.
Пищеварение стартует во рту, ведь уже в слюне содержится фермент, расщепляющий углеводы. Если подольше пожевать кусочек хлеба, можно почувствовать сладкий вкус. Это потому, что от больших молекул крахмала отщепляются простые сахара. Во рту также частично расщепляются жиры. Особенно важна липаза слюны для младенцев, которые значительное количество энергии получают с молочным жиром.
В желудке продолжается работа с жирами, но главная его задача – начать перевариваривание белков. Желудочный сок содержит соляную кислоту, воду и пепсин – фермент, который расщепляет белки. Он становится активным и работает лишь в кислой среде. Клетки желудка производят густую слизь, которая защищает их от кислого-прекислого желудочного сока. До наших дней дошло предание, что, если долго не есть, желудок начнёт переваривать сам себя. К счастью, это невозможно: слизь настолько густая, что служит надёжным барьером для кислоты.
Из желудка еда, которую трудно узнать, потому что она превратилась в пюреобразный химус, порциями попадает в двенадцатиперстную кишку. Вот тут начинается самое интересное.
Двенадцатиперстная кишка соединена с поджелудочной железой, которая с точностью высококлассного лаборанта отмеряет не только бикарбонат натрия (соду) для нейтрализации соляной кислоты, но и все нужные ферменты – амилазу, липазы и протеазы. Кроме того, в двенадцатиперстную кишку поступает из желчного пузыря желчь, чтобы эмульгировать жиры – разбить крупные жировые капли на более мелкие, чтобы облегчить их переваривание. Если вы делали майонез, вы без труда представите себе, что такое эмульсия.
Под действием желчи, ферментов поджелудочной железы и кишечного сока питательные вещества распадаются на мельчайшие компоненты и начинают всасываться. Вода, клетчатка и некоторые минералы продолжают свое путешествие из тонкой кишки в толстую.
Разделяй и властвуй!
Идея о том, чтобы отделить белки от углеводов, выглядит на первый взгляд стройной и логичной. Раздельное питание настолько растиражировано, что кажется само собой разумеющимся. С практической стороны это означает, что вы должны выбросить из рациона все продукты, в которых эти питательные вещества сочетаются, так? Значит, отныне молочное, яйца, овощи, фрукты, зерновые, орехи, семечки, бобовые для вас исключены. Можно есть сыр, мясо и рыбу вместе с жиром или жир с леденцами, зефиром и содержимым сахарницы. Нелепо, правда? Мы всеядны именно потому, что это биологически целесообразно. Лишь иногда встречается непереносимость некоторых продуктов или их сочетаний.
Пищеварение начинается во рту, где работают ферменты, расщепляющие углеводы и жиры. Их действие продолжается в желудке, в толще пищевого комка, пока туда не доберётся желудочный сок, чтобы начать переваривать белки. В двенадцатиперстной кишке, куда пища в полужидком состоянии попадает из желудка, действуют сразу несколько ферментов, которые вырабатывает поджелудочная железа. Там перевариваются и белки, и жиры, и углеводы. В клетках тонкого кишечника синтезируются ферменты, окончательно расщепляющие питательные вещества, пришедшие из верхних отделов. Чтобы получились самые простые молекулы, работают липаза, сахаразы и пептидазы.
Идея раздельного питания высосана из пальца и маскирует, кроме обычного невежества, попытку ограничить человека в еде и уменьшить её энергетическую ценность. Почему это не работает, я расскажу в главе 2.3. Пищеварительная система «знает», что мы едим, и посредством сигнальных молекул – гормонов – регулирует количество пищеварительных соков и ферментов, подстраиваясь под нас. Здоровый желудочно-кишечный тракт с лёгкостью переварит любую еду и справится почти с любыми пищевыми сочетаниями.
Пищеварение – это последовательные превращения еды в желудочно-кишечном тракте под действием механических и химических факторов. Крупные молекулы разбиваются на более мелкие, а те уже всасываются в кровь и используются клетками.
Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – это гибкая мышечная трубка, протянувшаяся от рта до ануса. Пищеварительная система состоит из рта, глотки, пищевода, желудка, тонкой и толстой кишки, печени, желчного пузыря и поджелудочной железы.
Пищеварительные соки – жидкости, которые выделяет пищеварительная система; они содержат ферменты.
Раздельное питание – антинаучная концепция, которая игнорирует устройство и работу пищеварительной системы, не учитывает деятельность пищеварительных ферментов и их регуляцию.
1.3. Чем всё заканчивается: всасывание и распределение
Теннисный корт тонкой кишки
Итак, питательные вещества распались до самых маленьких молекул и начали всасываться, чтобы в итоге добраться до пункта своего назначения – клетки. Поверхность тонкой кишки, которая занимается транспортом молекул, образует выросты – ворсинки, которые расположены довольно плотно друг к другу, так что кишка выглядит изнутри бархатистой. В каждой ворсинке собственная система сосудов – артериальный, венозный и лимфатический капилляры. Ворсинки образуют складки и имеют дополнительные выросты – микроворсинки. Это обеспечивает гигантскую площадь всасывания (величиной с теннисный корт) и эффективную работу системы (рис. 1.3).
Микроворсинки на электронных фотографиях похожи на щетку. Они улавливают молекулы питательных веществ, которые затем попадают в кишечные клетки – энтероциты. Эти умные клетки распределяют водорастворимые вещества в кровь, а жирорастворимые – в лимфу. Они крайне чувствительны: если какого-то элемента, например кальция, в еде мало, они постараются как можно полнее всосать его. Они могут регулировать количество всасываемых веществ, обеспечивая их столько, сколько нужно для тела, – при условии полноценного питания, разумеется. Если человек хронически недополучает еды и энергии, ему не нужно такое обширное поле для всасывания, и оно сокращается. Это ведёт к прогрессирующему дефициту пищевых веществ и нарушениям в нормальной работе клеток.
Рис. 1.3. Складки, ворсинки и микроворсинки тонкого кишечника
Глюкоза и аминокислоты. Куда нам плыть?
В тонком кишечнике всасываются вода и минералы: натрий, кальций, железо, магний, хлор и другие. Аминокислоты – структурные элементы белков – в зависимости от своего строения связываются одним из видов транспортных молекул, поступают в клетки кишечника, оттуда в кровь и затем переносятся в печень, которая синтезирует из них собственные белки. Аминокислоты также используются клетками тела как строительный материал или источник энергии.
Углеводы (по большей части в виде глюкозы) попадают в кровь и доставляются в органы и ткани, где используются как источник энергии. В печени и мышцах глюкоза запасается в виде сложного углевода гликогена. Разные виды клетчатки, которые не могут быть переварены нашими пищеварительными ферментами, идут дальше, в толстую кишку.
Эти забавные жиры
Интереснее всего всасываются и транспортируются жиры. Молекулы пищевых жиров – триглицеридов – состоят из глицерина, к которому прицеплены три жирных кислоты. Отсюда и название. В ходе пищеварения жиры распадаются на разные структурные компоненты. Они не могут раствориться в воде, чтобы доплыть до поверхности кишечной клетки, а соединяются с желчью, которая их туда переправляет. Этот механизм обеспечивает всасывание около 97 % жиров из еды. Дальше осколки жировых молекул проникают внутрь энтероцита – уже знакомой нам клетки кишечной стенки.
Маленькие молекулы вроде глицерина и коротких жирных кислот сразу попадают в кровь. Длинные жирные кислоты и глицерин, к которому осталась прицепленной одна жирная кислота, так делать не могут. В энтероцитах они опять образуют триглицериды и объединяются с белками, которые обеспечивают растворимость этой структуры. Липиды сначала всасываются в лимфу, а затем попадают в кровяное русло. Если бы не эта сложная и запутанная система, капли жира просто слипались бы вместе и забивали наши сосуды после любого приема пищи.
Таким же образом транспортируются и другие липидные молекулы, например жирорастворимые витамины. Дальше жиры могут использоваться как структурные элементы клеток: из них построены клеточные мембраны. Они дают энергию или запасаются в жировых депо.
Окончательное решение
К толстому кишечнику (действительно, он толстый и красивый) процессы переваривания и всасывания практически заканчиваются. Здесь всасываются некоторые минералы и лишняя вода. А из непереваренных остатков вместе с другими отходами в нижней части толстого кишечника формируются фекальные массы, которые затем выводятся.
В верхних частях толстого кишечника живёт огромное количество микроорганизмов, которые частично переваривают клетчатку и синтезируют некоторые необходимые для тела вещества, например витамин K. Растительные волокна не только обеспечивают питанием наших друзей-бактерий, но и позволяют не иметь проблем со стулом. Если мы едим достаточно клетчатки и пьём достаточно воды (пытки водой в виде восьми дополнительных стаканов в день при этом не обязательны), если мы физически активны и слушаем сигналы тела, скорее всего, процесс дефекации будет гладким и регулярным.
Если вас беспокоят запоры, пожалуйста, не принимайте самостоятельно слабительные, а обратитесь за советом к врачу. А вот с некоторыми другими проблемами пищеварения вполне можно успешно справиться и самим. Вздутие живота из-за повышенного газообразования могут вызывать бобовые. Они содержат особые соединения, затрудняющие переваривание их белков. Это такой приспособительный механизм, придуманный природой для защиты и выживания вида. Только в данном случае не человека, а растения. Человек, конечно, хитёр – стал бобы и горох варить. Но и соединения эти упорные, простой варкой их не возьмёшь. Совсем же отказываться от бобовых – фасоли, нута, маша, чечевицы, гороха – жалко и обидно. Они богатейший источник белка, клетчатки, микроэлементов. И, самое главное, просто очень вкусные!
К счастью, выход есть. Все знают, что бобовые, кроме чечевицы и маша, надо замачивать. Но не всем известно, что воду после замачивания обязательно нужно слить. Часть тех самых неполезных соединений перейдёт в неё. Хотите еще больше облегчить переваривание – слейте и первую воду при варке, минут через десять после закипания.
Бобовые раньше широко использовались в народной кухне Европы; в Азии же и Южной Америке их популярность ничуть не уменьшилась и в наше время, причём едят их не как сейчас в России – изредка, а постоянно, но обязательно с пряностями и пряными травами. Главная европейская травка для бобовых – майоран, неплох и тимьян. В Азии выбор шире: куркума, имбирь, кумин. И не забудьте популярную европейско-азиатскую смесь – карри.
Иногда газообразование вызывают также овощи с большим количеством грубой клетчатки. Тут пряности и пряные травы тоже в помощь. Как и в случае с бобовыми, начинайте с небольших порций, давая время желудочно-кишечному тракту приспособиться к подобной еде.
Поверхность тонкой кишки, которая занимается транспортом молекул, образует складки и выросты – ворсинки. Ворсинки имеют дополнительные разветвления – микроворсинки. Всё это увеличивает площадь поверхности для активного всасывания питательных веществ.
Всасывание – процесс проникновения самых мелких пищевых молекул в клетки тонкого кишечника – энтероциты.
Транспорт аминокислот, глюкозы и компонентов жиров в кровь специфичен, их дальнейшее использование зависит от текущих потребностей организма.
Гликоген – сложный углевод, который синтезируется из глюкозы и запасается в печени и мышцах.
В толстом кишечнике всасываются некоторые минералы и лишняя вода, а непереваренные остатки вместе с другими отходами формируют в нижней части толстого кишечника фекальные массы и выводятся.
В верхних частях толстого кишечника обитает огромное количество микроорганизмов, которые частично переваривают клетчатку и синтезируют необходимые для нас вещества.
1.4. Толстая кишка и её обитатели
Японцы придумали совершенно очаровательную вещь – пилюли, которые придают кишечным газам на выходе аромат цветущей сакуры или пряной ванили. Вот интересно, обрадовались ли таким нововведениям кишечные бактерии?
На переднем крае науки: микробиом человека
В школе на уроках биологии всем рассказывали, что микробы – это крохотные организмы, которые нельзя увидеть невооруженным глазом. Они окружают нас со всех сторон и используют человека как место для жизни и источник еды. Микробы бывают не только плохие – болезнетворные (туберкулезная палочка, сальмонелла, золотистый стафилококк), но и хорошие. У здорового человека они мирно живут на коже, слизистых, в толстой кишке и делают много чего полезного – прежде всего не дают там поселиться патогенным бактериям. Поэтому подумайте, стоит ли покупать антибактериальное мыло и есть антибиотики при каждом чихе (правильный ответ – нет, не стоит).
До тысячи разновидностей кишечных микробов поддерживают отношения друг с другом и с организмом хозяина. Это динамичное равновесие влияет на фундаментальные процессы в организме. В кишечнике живут вирусы, бактерии, грибы и археи – микробы с особым устройством и обменом веществ. До последнего времени мы не подозревали, как много там разных обитателей. Если вы сдавали посев на микрофлору (устаревшее и неверное название, потому что это скорее фауна, чем флора), то взятый у вас материал затем помещали на специальные питательные среды и смотрели, какие микробы вырастут и будут ли они чувствительны к антибиотикам. Проблема в том, что многие микроорганизмы не растут на питательных средах. Для их идентификации нужны другие методы исследования.
Потребовалось пять лет, усилия двухсот учёных из восьмидесяти научно-исследовательских институтов и 173 миллиона долларов, чтобы реализовать первую стадию проекта по изучению обитателей человеческого тела. Проект «Микробиом человека» (Human Microbiome Project) проводил генетические исследования биологического материала, полученного от здоровых добровольцев. Наследственная информация как у человека, так и у микробов закодирована в генах. Учёные прочли весь генетический материал микробов, которые живут вместе с человеком, и таким образом определили, что это за микробы. Человеческий микробиом – это сумма генов всех микроорганизмов, которые составляют микробное сообщество человеческого тела. Расшифровка микробиома стала огромным научным прорывом, сравнимым с исследованием генома человека.
Кто в доме хозяин?
Мы живём вместе со ста триллионами бактерий. Ещё раз: их 100.000.000.000.000! Рука устала, пока писала все эти нули. Это значит, что если прибавить ещё грибы, вирусы и остальное, то микробных клеток в нашем организме окажется примерно в пять раз больше, чем человеческих! (рис. 1.4)
Рис. 1.4. Тело и его клетки (по материалам Американской академии микробиологии, 2013 г.)
Но это ещё не самое главное. Важнее то, что примерно на 20 000 человеческих генов приходится 8 000 000 микробных. Мы получаем генетическую информацию от своих родителей. Она находится в хромосомах, половину которых мы наследуем от матери, а вторую – от отца. Те признаки, которые там записаны, и делают нас неповторимой, уникальной личностью. Единицей генетической информации является ген. Каждый из генов – инструкция по синтезу белка, а значит, решение конкретной задачи.
Дополнительный генетический материал – это страховка на случай изменения окружающей среды, потому что микробиом может меняться и подстраиваться под неё быстрее, чем геном человека. Пример тому – умение болезнетворных бактерий вырабатывать устойчивость к антибиотикам. Это неблагоприятно для человека, но демонстрирует широкие возможности бактерий вообще.
Бактерии создают белки с нужными функциями, которые сами люди синтезировать не в состоянии. У человека около двадцати ферментов, которые расщепляют углеводы, а у некоторых бактерий их более двухсот. Микробы помогают нам получать дополнительную энергию и питательные вещества и производят то, что мы сами не умеем. У мышей, которых растят в стерильных условиях, кишечник не заселяется микробами, поэтому они получают меньше энергии из пищи, чем обычные мыши. Если вы думаете, что этим худым мышам без кишечных микробов только лучше, вы ошибаетесь. Живут они мало и плохо, практически беззащитны перед инфекциями, зато стройные.
Пришельцы, откуда вы?
Новорождённый ребёнок, проходя по родовым путям, получает свои первые микробы от матери. Затем его кишечник продолжает заселяться микроорганизмами, которые находятся в грудном молоке. Оно содержит не только бифидобактерии, но и углеводы (олигосахариды), которыми эти бактерии питаются. Кроме того, ребёнок получает часть микрофлоры от окружающих его людей. К двум-трем годам микробный пейзаж человека становится стабильным и достаточно индивидуальным. Он зависит от места и условий жизни, питания, перенесённых болезней.
Взаимодействие между человеком и его микробами – это всегда динамическое равновесие. При благоприятных условиях жизни у здорового человека они приносят пользу, участвуя в обмене аминокислот и желчи, синтезируя витамины, метаболизируя лекарства, тренируя иммунную систему кишечника. Если по каким-то причинам это экологическое равновесие нарушается, вчерашние друзья начнут бороться между собой и с хозяином.
Так называемый дисбактериоз – нарушение равновесия внутри микробного сообщества. Однако современная диагностика не позволяет установить, как количественно и качественно меняется мир кишечных микробов. Только малая часть из них живёт в просвете кишечника, остальные образуют плотную биоплёнку на его поверхности, поэтому просто недоступны для обычного анализа. Пока мы недостаточно знаем о том, что влияет на кишечную микрофлору и каким образом её состав обеспечивает наше здоровье.
Позаботиться о микробах. Пробиотики и пребиотики
Как обеспечить своим микробам счастье и радость, а себе – дополнительное здоровье? Возможно ли это? Мы делаем так каждый день, когда едим продукты, которые подвергались ферментации, одним из видов которой является молочнокислое брожение. Традиционные для нашей страны квашение и мочение – тоже ферментация с участием молочнокислых бактерий. В продуктах ферментации естественным образом живут полезные пробиотические бактерии. Попадая в кишечник, они взаимодействуют с нашими собственными микробами и таким образом положительно влияют на здоровье. Надо понимать, что это взаимодействие – дело сугубо индивидуальное, и как бы ни рекламировали особый обогащённый йогурт по телевизору, если вам от него нехорошо, не стоит его пить. Не все продукты с пробиотиками эффективны: в них может быть недостаточно полезных бактерий или они не дойдут до кишечника в живом и неизменном виде, а поэтому не подействуют.
Пробиотики – это живые организмы, их положительное влияние на человека должно быть доказано в клинических исследованиях. Отдельные пробиотики применяются для лечения конкретных заболеваний (диареи путешественников, антибиотикоассоциированной диареи, лактазной недостаточности). Доза и целесообразность назначения определяется врачом, который опирается на данные исследований.
Пробиотики широко рекламируются и часто применяются самостоятельно, но надо помнить, что при серьезных заболеваниях они неэффективны. Лёгкий понос после того, как вы потрогали еду грязными руками, пройдёт и без них, микробы кишечника и иммунная система сами справятся с незваными гостями. Надо только помочь лечению правильной диетой, достаточным питьем, а назначение лекарств оставить врачу. То же касается и самостоятельного применения антибиотиков, особенно широкого спектра действия, часто устаревших и крайне неблагоприятно влияющих на кишечную микрофлору.
Если пробиотики – это полезные микроорганизмы, то пребиотики – это еда для них. Вспомните грудное молоко, которое содержит и то, и другое. К пребиотикам относится инулин в топинамбуре. Искусственный пребиотик – лактулоза – благодаря своим полезным свойствам является эффективным и безопасным слабительным. Овощи, фрукты, злаки, молочные продукты естественным образом содержат пребиотики, которые кормят наших микробов, стимулируют их рост и активность. Микробный пейзаж постоянно обновляется. Помочь своим микробам мы можем, если будем питаться разумно и разнообразно.
Микробы – это крохотные живые организмы, которые нельзя увидеть невооружённым глазом. К ним относятся бактерии, археи, грибы и простейшие. Учёные сомневаются, могут ли вирусы считаться живыми, поскольку для размножения они используют другие клетки, но, несомненно, они являются важной частью кишечного сообщества.
Человеческий микробиом – это сумма генов всех микроорганизмов, которые составляют микробное сообщество человеческого тела. Первая фаза исследования микробиома продолжалась пять лет (2007–2012 годы), это стало огромным научным прорывом, сравнимым с расшифровкой генома человека.
Пробиотики – живые микроорганизмы, которые, попадая в организм в достаточном количестве с едой или лекарственными препаратами, оказывают благоприятное влияние на здоровье человека.
Пребиотики – неперевариваемые компоненты пищи, которые стимулируют рост и активность собственных кишечных микробов человека.
