21 липня, 2017
Перспективи застосування пробіотиків і пребіотиків у діабетології
Останні 30 років значно зріс інтерес до мікробної популяції кишечника. Тим часом перші дані про те, що бактерії, які потрапляють в організм людини з їжею, можуть бути корисні для здоров’я, з’явилися ще на початку ХХ ст. Лауреат Нобелівської премії І.І. Мечников довів, що вживання великої кількості кисломолочних продуктів, які мають у складі бактерії роду Lactobacillus, що сприяють скисанню молока, здатні збільшити тривалість життя, оскільки, локалізуючись у товстій кишці, вони пригнічують життєдіяльність патогенних мікроорганізмів. На думку І.І. Мечникова, шлунково-кишковий тракт (ШКТ) являє собою систему органів, діяльність якої для покращення здоров’я можна змінювати шляхом додавання екзогенних бактерій. Власне так почали виробляти йогурти та інші кисломолочні продукти у 80-90-х роках минулого століття – спершу в Японії, а згодом і в Європі.
Уперше термін пробіотики з’явився у 1954 р. (від лат. pro – за і грец. bios – життя). У 2001 р. експертна група ВООЗ представила таку характеристику пробіотиків: «це живі мікроорганізми, які при введенні в адекватних кількостях приносять користь для здоров’я організму господаря».
Французький лікар-педіатр А. Тіссьє майже одночасно з І.І. Мечниковим опублікував результати свого дослідження, під час якого були обстежені маленькі діти з діареєю. Він встановив, що їхні випорожнення містять менше незвичайних Y-подібних біфідобактерій, ніж випорожнення у здорових дітей, і запропонував лікувати діарею за допомогою біфідобактерій для відновлення здорової кишкової флори. До речі, першими бактеріями, які заселяють кишечник новонароджених дітей, є саме біфідобактерії.
До 1980-рр. було небагато наукових досліджень, присвячених ролі пробіотиків у лікуванні захворювань кишечника, що певною мірою пов’язано з недооцінкою складності кишкової екосистеми. Однак в останні три десятиріччя спостерігається значний прогрес у розробці цього наукового напряму. Завдяки молекулярним дослідженням досягнуто певних успіхів у вивченні механізмів дії окремих пробіотиків і їх наслідків для здоров’я людини.
Головним критерієм для оцінки пробіотика є збереження активності цих мікроорганізмів доти, доки вони не досягнуть того відділу ШКТ, де є найбільш активними. Наприклад, щоб бути активними в товстій кишці, пробіотичні мікроорганізми мають уціліти під дією ферментів слини, кислого середовища шлунка, жовчі та ферментів кишечника, а також під час зміни рН і хімічного складу продуктів харчування під час проходження по ШКТ. Крім того, вони мають витримувати конкуренцію щодо резидентної мікрофлори. Обраний вид бактерій має мати високу здатність відтворюватися у великих кількостях. Таким чином, вибір необхідного пробіотика є складним завданням.
На сьогодні найбільше відповідають зазначеним вимогам мікроорганізми родів Lactobacillus i Bifidobacterium. Відомо, що біфідобактерії виконують або регулюють численні функції організму. У процесі життєдіяльності вони утворюють органічні кислоти, що сприяє встановленню нормального середовища для кишечника, перешкоджають розмноженню патогенної, гнильної та газоутворюючої мікрофлори кишечника. Біфідобактерії мають виражений мікробний антагонізм, регулюють певний кількісний та якісний склад нормальної кишкової мікрофлори, стримують зростання і розмноження патогенних і умовно-патогенних мікроорганізмів у кишечнику, що є важливим фактором захисту організму, особливо раннього віку, від розвитку кишкових інфекцій.
Крім того, ці мікроорганізми виконують і вітаміноутворювальну функцію – беруть участь у синтезі та всмоктуванні вітамінів групи В, вітаміну К, фолієвої та нікотинової кислот, сприяють синтезу незамінних амінокислот, кращому засвоєнню солей кальцію, вітаміну D, чинять антианемічну, антирахітичну і антиалергічну дію.
Важливою функцією біфідобактерій є їх участь у формуванні імунологічної реактивності організму (зміцнюють імунітет). Вони стимулюють лімфоїдний апарат, синтез імуноглобулінів, підвищують активність лізоциму і сприяють зменшенню проникності судинно-тканинних бар’єрів для токсичних продуктів патогенних і умовно-патогенних мікроорганізмів.
Пробіотичні мікроорганізми використовують у різних харчових продуктах, переважно в молочних. Їх також вживають як харчові добавки у вигляді капсул і таблеток. Оскільки життєздатність є важливою властивістю пробіотика, то кінцевий продукт має містити достатню кількість живого мікроорганізму до кінця терміну зберігання. Заявка на застосування пробіотичних мікроорганізмів як харчової добавки має ґрунтуватися на наявності переваг і документального підтвердження за результатами клінічних досліджень, проведених на людях. Обов’язково має бути забезпечена конкретна концентрація мікроорганізму, зазначена в заявці.
Лише в 1995 році було обґрунтовано концепцію використання пребіотиків з метою модуляції мікрофлори кишечника. Незважаючи на те що на сьогодні запропоновано багато визначень пребіотика, уніфікованого варіанта все-таки немає. Останнє визначення було узгоджено у 2010 році на зустрічі Міжнародної наукової асоціації пребіотиків і пробіотиків (ISAPP) і звучить так: «Дієтичний пребіотик являє собою вибірково ферментований інгредієнт, що приводить до конкретних змін у складі та активності кишкової мікрофлори і тим самим приносить користь здоров’ю організму господаря».
На цей час тільки вуглеводні сполуки є предметом досліджень пребіотичної активності. Більшість досліджень були проведені на фруктанах (інулін або фруктоолігосахариди). Для цих інгредієнтів селективна ферментація і відповідні зміни мікробіоценозу, пов’язані з користю для здоров’я, були підтверджені в дослідженнях на людях. Деякі пребіотики містяться в таких продуктах, як цикорій, айва, молоко. Але найбільше їх у бульбах топінамбура, який є рекордсменом за вмістом інуліну. Пребіотики часто потрапляють під визначення «харчові волокна», з якими мають низку спільних властивостей, наприклад стійкість до перетравлення та бродіння. Однак пребіотики відрізняються від харчових волокон селективністю їх ферментації.
Необхідно чітко розмежовувати різницю між пробіотиками та пребіотиками. Пробіотики являють собою екзогенні мікроорганізми, які вживають усередину для отримання оздоровчого ефекту. Концепція пребіотика ґрунтується на селективній стимуляції власної корисної мікрофлори організму господаря. Пребіотик виступає субстратом, який піддається селективній ферментації, стимулює ріст і активність конкретного мікроорганізму або групи мікроорганізмів, які представляють інтерес, що приводить до бажаного ефекту для здоров’я.
Основним місцем дії пребіотиків є товста кишка. Вони повинні досягти її інтактними. З’явившись у цьому місці, пребіотики реалізують свої переваги шляхом стимуляції росту або метаболічної активності бактерій, які їх ферментують. Основними цільовими мікроорганізмами для пребіотичної дії є біфідобактерії і лактобацили. Не виключено, що пребіотики чинять безпосередній вплив на здоров’я, наприклад через імунну систему.
Пребіотик і пробіотик можуть бути об’єднані одним поняттям «синбіотик». У цьому разі ефекти двох компонентів мають бути синергічними. Ферментація пребіотика може стимулювати ріст пробіотичного мікроорганізму або пребіотик може підтримувати більш надійне середовище в кишечнику, забезпечуючи кращу конкурентну здатність пробіотика.
Деякі пребіотики є інгредієнтами натуральних продуктів і широко застосовуються в невеликій кількості у звичайній дієті. В харчових продуктах для загального використання цільова кількість пребіотика має становити від 2 до 20 г на добу залежно від речовини, яка відповідає пребіотичним потенціалам.
Аналіз даних літератури свідчить про те, що навіть незважаючи на незначну тривалість цукрового діабету, у осіб із цією патологією спостерігається формування кишкового дисбіозу. Його розвитку сприяють багато факторів, зокрема ахлоргідрія, порушення ферментно-секреторної функції підшлункової залози, кишечника, шлунка, порушення моторної функції ШКТ із міграцією флори товстої кишки в проксимальні відділи кишечника, розвиток синдрому вісцеральної нейропатії, одним із клінічних проявів якої є діабетична діарея. Крім того, цьому сприяють широке застосування медикаментів, особливо антибіотиків і протидіабетичних препаратів – похідних сульфонілсечовини.
Порівнюючи хімічний склад топінамбура з аналогічними даними інших коренеплодів (картопля, буряк), насамперед звертають на себе увагу такі показники, як високий вміст фруктози, з якої побудований інулін, і низький вміст глюкози, а також високий вміст калію, що становить половину всієї зольності топінамбура. Відомо, що кожний складовий компонент харчового раціону за конфігурацією молекули має бути таким, щоб легко включатись в обмін, виконуючи функцію донатора енергії або матеріалу для побудови нових молекул тканин організму. У свою чергу, кожний лікарський засіб, діючи оптимально на перебіг будь-якої недуги, має бути приємний на смак, добре засвоюватись організмом, вибірково корегувати перебіг того чи іншого, а найкраще декількох біохімічних циклів, на яких базується гомеостаз. Такою лікувальною їстівною речовиною, універсальною за механізмом дії на різноманітні біохімічні цикли, є фруктоза, що в максимальній кількості міститься в топінамбурі.
Саме високий вміст у бульбі топінамбура інуліну, побудованого з молекул фруктози, а також високий вміст калію забезпечують потужні лікувальні якості топінамбура як їстівного продукту. Як відомо, фруктоза широко поширена в ягодах, фруктах, овочах у вільному стані та у сполуці з глюкозою – у вигляді сахарози. В найвищій концентрації фруктоза міститься в бульбі топінамбура в полісахариді інуліні.
Порошок топінамбура має близько 60% інуліну, який біфідобактерії використовують для живлення, інтенсивно розмножуючись. Водночас інулін як фруктозан розпадається до фруктози, яка не потребує для засвоєння інсуліну, що дуже важливо для організму, який страждає на цукровий діабет. Отже, біфідобактерії, заселяючи товстий кишечник, витісняють умовно патогенну флору, а фруктоза значно покращує перебіг метаболічних процесів у печінці. Це все сприяє зміцненню здоров’я пацієнта, особливо хворого на цукровий діабет.
Численні рекомендації народної медицини і спостереження, накопичені під час експерименту та в умовах клініки, свідчать про виражену цілющу дію вживання топінамбура в їжу при таких захворюваннях, як цукровий діабет, запалення підшлункової залози, виразка шлунка, гіпертонічна хвороба, атеросклероз, сечокам’яна хвороба тощо. Така універсальність лікувальної дії топінамбура при вживанні в їжу стає зрозумілою, якщо враховувати особливості участі глюкози, фруктози, іонів калію в перебігу біохімічних процесів, їх взаємозв’язок в обміні з біологічно активними сполуками та участь в енергозабезпеченні біохімічних перетворень.
Як зазначалося вище, поліцукри картоплі й топінамбура (крохмаль та інулін відповідно) побудовані з різних за молекулярною структурою та хімічними властивостями органічних речовин – глюкози і фруктози. Однією з провідних відмінностей у реалізації біологічних властивостей глюкози і фруктози є властивості альдегідної групи глюкози вступати в неферментативний зв’язок з аміногрупами в структурі білкових молекул. Альдегідні групи проявляють хімічну спорідненість до аміногруп у молекулах білка. Коли цей процес, що називається глікозилюванням, відбувається в активному центрі фермента, він інактивується. Кетонна група, яку містить фруктоза, таких властивостей не має.
Ступінь вираженості глікозилювання білків в організмі пов’язаний із концентрацією глюкози у крові. Чим вища гіперглікемія, тим більший показник глікозилювання, тим більше буде порушено активність ферментів у тканинах. Правомірно припускати, що в патогенезі формування діабетичних гангрен глікозилюванню білків належить певна роль поряд з іншими порушеннями трофіки.
Наступною істотною відмінністю фруктози від глюкози в обміні речовин є незалежність її обміну від інсуліну. Концентрація фруктози в крові при нормальному харчуванні не перевищує 10 мг%. Навіть якщо шляхом внутрішньовенного введення довести рівень фруктози в крові до 100 мг%, за декілька хвилин її рівень знижується до вихідного. Встановлено, що це явище зумовлене високою здатністю печінки асимілювати фруктозу з крові з утворенням глікогену. Глікогенсинтезуюча функція печінки з фруктози значно перевищує аналогічний процес при використанні глюкози, оскільки тканина печінки є місцем вибіркової локалізації ферментних систем, що каталізують синтез глікогену.
Фруктоза як енергетичний і пластичний матеріал включається в загальний обмін на стадії тріоз, що є конкурентним явищем щодо глюкози. Цей факт ліг в основу концепції про корегуючу дію фруктози на порушення обміну глюкози при дефіциті в організмі інсуліну і наявності стійкої хронічної гіперглікемії. Тріози, що утворюються із фруктози при виключенні надходження в організм глюкози, повністю забезпечать енергетичні та пластичні процеси, необхідні для підтримки гомеостазу. Відсутність або низький рівень глюкози в крові як внутрішньому середовищі виключає можливість перебігу неферментативної гліколізації білків.
Фруктоза набагато швидше розкладається в печінці до тріоз, аніж глюкоза. В розкладі фруктози беруть участь два ферменти: фруктокіназа, що фосфорилює фруктозу в фруктозо-1-фосфат, і альдолаза, що перетворює фруктозо-1-фосфат у дві тріози. Фруктокіназа активується калієм, а гексокіназа, що активує фосфорилювання глюкоз, інактивується калієм. Отже, маємо альтернативний шлях корекції обміну фруктози і глюкози іонами калію. Фруктоза більш повільно вбирається з кишечника у кров (0,77 г/кг/год), ніж глюкоза (1,70 г/кг/год), але вона в більшому об’ємі й інтенсивніше використовується на синтез глікогену. Встановлено, що через 2 год після введення 35% фруктози переходить у глікоген, тоді як в аналогічному експерименті із глюкозою лише 7% знаходять у глікогені.
Токсично ушкоджена печінка перетворює фруктозу в глікоген краще, ніж глюкозу. Печінка хворого цукровим діабетом може використовувати фруктозу на синтез глікогену, а глюкозу – не може. Встановлено, що глікоген, який утворюється в печінці при навантаженні фруктозою, формується не лише із фруктози, а й із глюкози, тобто фруктоза активує синтез глікогену з молекули глюкози («бере із собою»). Виявлено, що систематичне вживання фруктози підвищує толерантність до глюкози і периферійні тканини вбирають інтенсивніше глюкозу з крові. Таку дію фруктози пов’язують з інтенсифікацією при розпаді фруктози аденозинтрифосфорної кислоти, яка використовується для глікогеноутворення.
Інтенсивність використання фруктози в обміні речовин із віком, як і інших нутрієнтів, знижується. Однак порівняно з глюкозою таке зниження проявляється менше. У ході спостереження за двома віковими групами людей було встановлено, що при однаковому цукровому навантаженні (1 г на 1 кг ваги) глюкоза гірше переноситься, ніж фруктоза. Звідси можна зробити висновок, що в похилому віці фруктоза як нутрієнт сприяє засвоєнню глюкози. Фруктоза в нормальній і діабетичній печінці засвоюється з однаковою швидкістю.
Глікогеноутворення при цукровому діабеті не покращується з притоком глюкози, а під впливом надходження фруктози посилюється. Отже, можна дійти висновку, що фруктоза при діабеті може оптимально використовуватися в обміні вуглеводів.
Таким чином, використання продуктів із високим вмістом фруктози в майбутньому має бути домінуючим під час лікування цукрового діабету. Особливо це стосується топінамбура як одного з найкращих джерел пребіотиків, що забезпечують нормальний вміст пробіотиків – біфідобактерій, які в товстому кишечнику становлять 90% складу корисної мікрофлори.
Слід зазначити, що на сьогодні визначено лише кілька пребіотиків та обмежену кількість мікроорганізмів, зареєстрованих як пробіотики.
У майбутньому їх кількість зростатиме, а медична наука збагатиться ще досі невідомими механізмами їх дії. Тоді сповна реалізуються твердження Гіппократа: «Ліки мають бути їстівними, а їжа – лікувальною».