Брожение, процесс анаэробного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. В ходе Брожение в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов, и образуются химические соединения, которые микроорганизмы используют для биосинтеза аминокислот, белков, органических кислот, жиров и др. компонентов тела. Одновременно накапливаются конечные продукты Брожение В зависимости от их характера различают Брожение спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое, ацетоно-бутиловое, ацетоно-этиловое и др. виды. Характер Брожение, его интенсивность, количественные соотношения конечных продуктов, а также направление Брожение зависят от особенностей его возбудителя и условий, при которых Брожение протекает (pH, аэрация, субстрат и др.).
Пропионовокислое Брожение Основные продукты пропионовокислого Брожение, вызываемого несколькими видами бактерий из рода Propionibacterium, — пропионовая (CH3CH2OH) и уксусная кислоты и CO2. Химизм пропионовокислого Брожение сильно изменяется в зависимости от условий. Это, по-видимому, объясняется способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например в зависимости от аэрации. При доступе кислорода они ведут окислительный процесс, а в его отсутствии расщепляют гексозы путём Брожение Пропионовые бактерии способны фиксировать CO2, при этом из пировиноградной к-ты и CO2 образуется щавелевоуксусная к-та, превращающаяся в янтарную к-ту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая к-та:
РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОЛИГОСАХАРИДЫ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ КЛАСС ПРЕБИОТИКОВ.
Биологически активные добавки
Т.И.Мельникова
Гастроэнтерологи, аллергологи, дерматологи заинтересованы в применении препаратов и БАД, способс
Гастроэнтерологи, аллергологи, дерматологи заинтересованы в применении препаратов и БАД, способствующих поддержанию нормальной микрофлоры кишечника. Со времен Луи Пастера нормофлора рассматривается как необходимая составляющая жизнедеятельности макроорганизма.
Нормальная микрофлора кишечника является одним из барьеров на пути экзогенной инфекции - участвует в обезвреживании токсинов, ограничивая болезнетворность токсигенных бактерий, попадающих в кишечник, и их размножение. Наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности микрофлоры возникают уже в дистальных отделах тонкой кишки, куда не попадают секреты желудка и поджелудочной железы, некоторые компоненты желчи, бактериостатические и бактерицидные эффекты которых ослабевают по мере приближения к толстому кишечнику. На фоне дисбактериоза попавшие в организм возбудители кишечных заболеваний или условно-патогенные микроорганизмы в высокой концентрации быстро заселяют слизистую оболочку тонкой и толстой кишки, разрушая эпителиальные клетки и проявляя выраженный антагонизм по отношению к аутомикрофлоре. Развивается воспаление, что приводит к снижению продукции жирных кислот с короткими цепями, подавляющих рост патогенных микроорганизмов. Нормальная же микрофлора кишечника обеспечивает защиту его от колонизации чужеродными микроорганизмами, и в частности, поддерживает иммунокомпетентные клетки слизистой оболочки толстой кишки, что обеспечивает более быстрый ответ на инфекцию. Кроме того, бактерии кишечника вырабатывают в процессе своей жизнедеятельности целый ряд биологически активных веществ, играющих роль тонких регуляторов гомеостаза. Таким образом, нормальная микрофлора играет важную роль в защите человека от экзогенных инфекций.
Нарушения в составе и функциях нормальной микрофлоры наиболее часто происходят по двум причинам. Одна из них связана с гибелью бактерий под влиянием антимикробных препаратов, прежде всего антибиотиков. Вторая сопряжена с реактивной перестройкой микрофлоры в ответ на изменение той среды, где сосредоточен данный микробиоценоз. Несмотря на то, что кишечная микрофлора достаточно устойчива к переменам в диете, стрессам, в ряде случаев кишечник меняет свое "население", реагируя на разнообразные нарушения гомеостаза. Это приводит к нарушениям нормальной микрофлоры кишечника, называемым дисбактериозом. В случае же развития изменений не только среди бактерий, но и среди других представителей сапрофитной микрофлоры используют термин "дисбиоз". Дисбактериоз регистрируется у большинства больных с патологией желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) инфекционной и неинфекционной природы, у пациентов и реконвалесцентов после острых вирусных и бактериальных инфекций некишечной локализации, при хронических воспалительных и аллергических заболеваниях, лучевой болезни, у онкобольных, а также на фоне применения цитостатиков и антибиотиков.
Поддержание нормальной микрофлоры может осуществляться тремя путями:
1. Применение эубиотиков - препаратов, содержащих живые бактерии и предназначенных для восстановления состава микрофлоры. Их действие сводится к искусственному заселению кишечника коли-, лакто- и бифидобактериями специфических, а также искусственно выведенных штаммов и другими микроорганизмами, вытеснению благодаря этому болезнетворных штаммов и восстановлению нормального биоценоза.
2. Использование пробиотиков. Под этим подразумеваются не только средства, содержащие живые микроорганизмы, но также и вещества микробного, растительного и животного происхождения, оказывающие при естественном способе введения благоприятные эффекты на физиологические функции, биохимические и поведенческие реакции организма хозяина через оптимизацию его микроэкологического статуса. Термин "пробиотики" имеет более широкое значение, нежели эубиотики.
3. Использование пребиотиков - веществ, являющихся субстратным и энергетическим материалом для нормальной микрофлоры и оказывающих пробиотическое действие. Наиболее распространенные бифидогенные факторы - моносахариды и олигосахариды, которые являются источником энергии для микроорганизмов. Например, лактоза, которой богато молоко, наиболее активно метаболизируется лактобациллами и бифидобактериями. N-ацетилглюкозамин, содержащийся в женском, но отсутствующий в коровьем молоке, стимулирует рост бифидобактерий. Это способствует опережающему размножению бифидобактерий и их повышенному содержанию в кишечнике новорожденных при естественном вскармливании.
При рассмотрении особенностей препаратов, содержащих сапрофитную микрофлору, ее компоненты или метаболиты, следует отметить невозможность полной адаптации стартерных культур по генетическим характеристикам (генетические различия между отдельными штаммами молочнокислых бактерий огромны, что крайне важно для реализации их биологического эффекта) к собственной микрофлоре. Микробиоценозы современных организмов содержат многочисленные комбинации простейших симбиотических ассоциаций. На формирование микробной экосистемы человека затрачены миллионы лет эволюции. В связи с этим конструирование адекватного пробиотика для конкретного индивидуума является сложной задачей.
Пробиотики должны разрабатываться и назначаться с учетом высокой видо- и индивидуальной специфичности микрофлоры. В действительности соответствие этому требованию имеется лишь в части происхождения штамма - по видовой принадлежности донора. Так, препараты, созданные на основе чаще встречающихся в кишечнике у населения России Bifidobacterium bifidum и Bifidobacterium longum, следует признать наиболее адаптированными для данной группы потребителей. Но и в этом случае используемые штаммы в достаточной степени чужеродны для реципиента, поэтому может иметь место обычное при гетеротрансплантации отторжение. Кроме того, при назначении препаратов данной группы необходимо учитывать возрастные особенности микробиоценоза кишечника. Например, если у детей Bifidobacterium adolescentis почти не высеваются, то после 35 лет этот штамм превалирует, достигая 60-75% от общего количества бифидофлоры. Назначение пробиотиков детям до 3-х лет должно осуществляться с учетом видового соотношения бифидобактерий и их количественного содержания в кишечнике здоровых детей, находящихся на грудном вскармливании. Что касается развития нежелательных эффектов при использовании этих препаратов, то они относятся прежде всего к способности пробиотиков модулировать иммунное воспаление.
Известно, что у 7% работников фабрик по производству бактерийных препаратов через 5 лет работы развивается аллергический дерматит. В научной литературе описаны случаи развития аутоиммунных заболеваний на фоне лечения препаратами лактобактерий. Последние способны увеличивать гистидинкарбоксилазную активность, что приводит к усилению выброса гистамина и других биологически активных аминов. Иммуномодулирующий эффект пробиотиков зависит от исходного иммунологического статуса больного. Предотвращение развития аллергических реакций гарантированно может быть достигнуто лишь при использовании аутопробиотиков. В данном случае штаммы нормальной микрофлоры изолируются от конкретного индивидуума и используются для коррекции его микроэкологии. Однако указанный способ неприемлем для массового применения в условиях фармацевтических производств.
Оптимальным подходом к коррекции дисбиозов является применение пребиотиков - веществ, необходимых для роста и размножения микроорганизмов, присутствующих в пищеварительном тракте хозяина. Стимулировать рост аутоштаммов путем введения бифидогенных факторов, то есть пребиотиков, более физиологично, нежели вводить эубиотики экзогенно. Список веществ, обладающих пребиотическим действием, достаточно обширен. Приведем основные группы веществ:
Алифатические спирты: ксилит, сорбит.
Моносахариды: мелибиоза, ксилобиоза, раффиноза.
Олигосахариды: лактулоза, лацитол, соевый олигосахарид, фруктоолигосахарид, галактоолигосахарид, изомальтоолигосахарид, гентиолигосахарид.
Полисахариды: пектины, пуллулан, декстрин, инулин.
Ферменты: (-галактозидазы микробного генеза, протеазы сахаромицетов.
Пептиды: соевые, молочные.
Аминокислоты: валин, аргинин, глутаминовая кислота.
Антиоксиданты: витамины А, С, Е, (- и (-каротин, глутатион, убихинон, соли селена.
Ненасыщенные жирные кислоты: эйкозопентаеновая кислота.
Органические кислоты: пропионовая, уксусная, лимонная.
Растительные и микробные экстракты
Разные: лецитин, пара-аминобензойная кислота, лизоцим, пищевые волокна, лактоферрин (содержится в женском молоке, естественным путем стимулирует рост микрофлоры у младенца), глюконовая кислота, крахмальная патока, экстракты водорослей.
Охарактеризуем некоторые из перечисленных веществ.
Ксилит и сорбит - пяти- и шестиатомные алифатические спирты со сладким вкусом. Не утилизируются в ЖКТ, в толстой кишке ферментируются бифидо- и лактобактериями. Сорбит утилизируется большинством встречающихся штаммов бифидобактерий. Аналогичный эффект присущ раффинозе и ксилобиозе. Последняя широко используется в пищевой промышленности Японии как бифидогенный фактор. Она обладает низкой сахаристостью (1/3 обычного сахара), низкой точкой замерзания (-10°С), хорошо удерживает воду и таким образом способствует сохранению свежести продуктов.
Лактоза при воздействии кишечных и микробных ферментов превращается в глюкозу и галактозу, последняя стимулирует рост бифидобактерий.
Галактоза входит в состав всех 130 олигосахаридов женского молока, стимулирующих рост микрофлоры. В женском молоке концентрация олигосахаридов достигает 1 г/100 мл. После лактозы (7 г/100 мл) олигосахариды являются второй по значимости группой углеводов материнского молока. Олигосахариды не перевариваются в тонкой кишке под воздействием пищеварительных ферментов и достигают толстой кишки неизмененными. В нижнем отделе толстой кишки олигосахариды подвергаются ферментации бифидобактериями. Это приводит к увеличению общей бактериальной массы, повышению моторики кишечника. Считается, что ежедневная потребность микроорганизмов толстой кишки взрослого человека в ферментируемых углеводах составляет около 30 г в сутки. Пища современного человека удовлетворяет эту потребность на 30%. Поэтому для обеспечения энергией микрофлоры кишечного тракта необходимо вводить соответствующие субстраты.
В мировой практике наибольшее коммерческое значение имеют олигосахара (их получают прямой экстракцией естественных полисахаридов из растительного сырья, гидролизом растительных полисахаридов или путем энзиматического синтеза) и пищевые растворимые волокна типа инулина. В США в сутки человек потребляет 3-4 г олигосахаридов. К ним относят соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Строго разграничить олигосахариды и полисахариды сложно, поскольку природные углеводы представлены почти непрерывным рядом соединений от моносахаридов до высших полисахаридов. С методической точки зрения олигосахаридными соединениями считают те, которые содержат 8-10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридным относят более высокомолекулярные сахара.
Как было сказано выше, важнейшим источником олигосахаридов являются продукты частичного гидролиза полисахаридов, при этом полисахариды расщепляются на олигомерные фрагменты. Кроме кислотного гидролиза используют ферментативное расщепление с помощью полисахаридаз. Принципиальным преимуществом ферментативного гидролиза перед кислотным является его специфичность. Базовая группа олигосахаридов получается из сахара, который выделяют из натуральных сахаров. Олигофруктоза, получаемая частичным энзиматическим гидролизом инулина, имеет степень полимеризации менее 10 (рафтилоза, Orafti).
В реакции, катализируемой 1,2-фруктан 1-фруктозилтрансферазой с сахаром в качестве субстрата, получается низкомолекулярный олигосахарид со степенью полимеризации менее 4 - фруктоолигосахарид (неосахар или актилайф, Beghin-Meji Industries, Paris, Франция). Короткоцепочечные фруктоолигосахариды - смесь олигосахаридов, содержащих глюкозу, связанную с фруктозой (n=4). Олигосахарид, состоящий из остатка галактозы и остатка фруктозы, называется лактулоза ("Лактулоза сироп", Италия, "Лактофильтрум", Россия). Олигосахариды в природе подвергаются расщеплению с помощью ферментов, катализирующих расщепление гликозидных связей - гликозидаз. Эти ферменты обычно индуцируются, то есть их выработка стимулируется добавлением субстрата ферментов.
Микроорганизмы кишечника утилизируют олигосахариды с помощью гликозидаз, и введение олигосахаридов приводит к увеличению продукции и усилению активности этих ферментов. Для многих гликозидаз характерно также и трансферазное действие, то есть они способны катализировать не только гидролиз гликозидной связи, но и перенос моносахаридного остатка с образованием нового олигосахарида. Из сказанного следует, что олигосахариды - не только энергетический субстрат для микроорганизмов кишечника, но, видимо, они запускают каскад ферментативных реакций. Сравнительное изучение фруктанов в качестве пребиотиков показало, что чем короче цепь полисахарида, тем меньше специфичность ферментации определенными микроорганизмами кишечника. Поэтому использование синтетических низкомолекулярных фруктоолигосахаридов обеспечивает более эффективную ферментацию многими микроорганизмами кишечника.
Фруктозоолигосахарид (FOS) - смесь три-, тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы, входит в состав ряда коммерческих препаратов: Бифидо Бак и незарегистрированные в РФ средства: Neosugar, NutraFlora, Actilight. Промышленное производство путем энзиматического процессинга сахарозы осуществляет фирма Meiji Seika, производственные площади которой имеются в Японии, Южной Корее, Таиланде. Основной потребитель продукта - Япония (75% общего объема на сумму 1 миллиард иен), остальное экспортируется в США и Францию. Ежегодный прирост продаж составляет 30%. Фруктозоолигосахарид утилизируется большинством известных штаммов бифидобактерий, бактероидов, некоторыми штаммами лактобацилл, стрептококками, энтеробактериями, за исключением Echerichia coli и Salmonella. Не утилизируется клостридиями.
При назначении пожилым людям с дисбактериозом 8 г в сутки фруктозоолигосахарида, качественный и количественный состав микрофлоры у них нормализовался. При запорах, диарее, язвенном колите назначали 1-4 г фруктозоолигосахарида. Отмечено снижение уровня холестерина. С лечебной целью назначают от 5 до 15 г в сутки в течение трех недель. Калорийность препарата низкая, он перспективен для борьбы с ожирением. Коэффициент сладости 0,4-0,6. Согласно данным японских исследователей, причиной существенного снижения смертности от рака толстой кишки в Японии по сравнению с североамериканцами (16 и 25 случаев на 100 000 соответственно) является широкое использование NutraFlora. Полагают, что антиканцерогенное действие NutraFlora реализуется за счет снижения уровня (-глюкуронидазы, гидролазы, гликолевой кислоты, ферментов, отвечающих за увеличение риска развития рака.
FOS входит в состав более 500 японских продуктов и считается стратегическим продуктом для поддержания здоровья нации. Французы вводят FOS в состав йогурта "Данон". В США выпускают 2 йогурта с FOS. Средняя цена суточной дозы FOS для потребителя составляет 60 центов. FOS получают микробиологическим синтезом с использованием сахарозы и Aspergillus niger. 450 г FOS стоит 5-9 долларов. Голландским ученым удалось имплантировать ген FOS в сахарный тростник. Пищевые волокна сахарного тростника, накапливающего FOS, создают дополнительные поверхности для адгезии и размножения бифидобактерий. Стоимость получения FOS из трансгенного сахарного тростника в 5-10 раз ниже микробиологического метода.
Трансгалактозилированные олигосахариды (TOS). Смесь три-, тетра-, пента- и гексасахаридов галактозы и глюкозы. Их утилизируют только бифидобактерии. Потребность человека составляет 3-10 г в день.
Соевый олигосахарид (SOE) представляет собой смесь сахарозы (44%), стахилозы (23%), раффинозы (7%) и моносахаридов. Не деградирует в ЖКТ, ферментируется микроорганизмами. Все штаммы бифидобактерий, кроме Bifidobacterium bifidum, ферментируют SOE. Испытания, проведенные на добровольцах в Японии, показали, что SOE по сравнению с другими олигосахаридами в 3 раза интенсивнее влияет на рост бифидобактерий. Его сладость составляет 70%, а калорийность 50% от соответствующих показателей обычного сахара.
В Европе широко используют инулиноподобные фруктановые пребиотики. Инулин является полисахаридом, построенным из остатков фруктозы, поэтому такие полисахариды называют растительными фруктанами, степень полимеризации инулина равна приблизительно 35 моносахаридным остаткам. Продукт со степенью полимеризации от 2 до 60 и выше, экстрагируемый из корней цикория, также идентифицируют как инулин. Так как инулин легко растворим в горячей воде и выпадает в осадок при охлаждении, он может быть экстрагирован водой из подземных частей многих растений, в которых он накапливается в качестве запасного углевода - артишока, девясила, одуванчика, цикория, фасоли и др. Корни одуванчика к осени накапливают до 40% инулина. Инулин, из которого получают олигомеры с низким молекулярным весом, называют "hight-performance inulin" (рафтилин, Orafti, Tienen, Бельгия).
Для фруктанов, так же, как и для олигосахаридов, характерна устойчивость к ферментам верхних отделов ЖКТ, в нерасщепленном виде они достигают слепой кишки, после чего начинается микробная ферментация. Интересной особенностью инулина как пребиотика является то, что он не влияет на рост бифидофлоры в случае нормального ее содержания, но стимулирует при уменьшении титра. Инулин назначают от 9 до 34 г в сутки. В виде муки из топинамбура он входит в состав комбинированного американского пробиотика Optiflora. В составе отечественных БАД инулин встречается часто. Инулин обладает синергидным действием с олигосахаридами.
В настоящее время изучению пребиотического действия олигосахаридов уделяется большое внимание. Создана Европейская комиссия по неперевариваемым олигосахаридам - ENDO (European comission on non-digestible oligosaccharides). В соответствии с положениями, выдвигаемыми ENDO, пребиотические эффекты олигосахаридов реализуются по следующим направлениям: увеличение числа и активности бифидо- и лактобактерий, оптимизация функции кишечника, увеличение абсорбции кальция, магния и др. металлов, модуляция липидного метаболизма, снижение уровня холестерина и триглицеридов, предотвращение развития рака кишечника. На мировом рынке появляется все большее число пищевых добавок и продуктов функционального питания, содержащих олигосахариды, что отражает перспективность данного направления для коррекции нарушений микробиоценоза у человека.
На фоне дисбактериоза попавшие в организм возбудители кишечных заболеваний или условно-патогенные микроорганизмы в высокой концентрации быстро заселяют слизистую оболочку тонкой и толстой кишки, разрушая эпителиальные клетки и проявляя выраженный антагонизм по отношению к аутомикрофлоре. Развивается воспаление, что приводит к снижению продукции жирных кислот с короткими цепями, подавляющих рост патогенных микроорганизмов. Нормальная же микрофлора кишечника обеспечивает защиту его от колонизации чужеродными микроорганизмами, и в частности, поддерживает иммунокомпетентные клетки слизистой оболочки толстой кишки, что обеспечивает более быстрый ответ на инфекцию. Кроме того, бактерии кишечника вырабатывают в процессе своей жизнедеятельности целый ряд биологически активных веществ, играющих роль тонких регуляторов гомеостаза. Таким образом, нормальная микрофлора играет важную роль в защите человека от экзогенных инфекций.
Нарушения в составе и функциях нормальной микрофлоры наиболее часто происходят по двум причинам. Одна из них связана с гибелью бактерий под влиянием антимикробных препаратов, прежде всего антибиотиков. Вторая сопряжена с реактивной перестройкой микрофлоры в ответ на изменение той среды, где сосредоточен данный микробиоценоз. Несмотря на то, что кишечная микрофлора достаточно устойчива к переменам в диете, стрессам, в ряде случаев кишечник меняет свое "население", реагируя на разнообразные нарушения гомеостаза. Это приводит к нарушениям нормальной микрофлоры кишечника, называемым дисбактериозом. В случае же развития изменений не только среди бактерий, но и среди других представителей сапрофитной микрофлоры используют термин "дисбиоз". Дисбактериоз регистрируется у большинства больных с патологией желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) инфекционной и неинфекционной природы, у пациентов и реконвалесцентов после острых вирусных и бактериальных инфекций некишечной локализации, при хронических воспалительных и аллергических заболеваниях, лучевой болезни, у онкобольных, а также на фоне применения цитостатиков и антибиотиков.
Поддержание нормальной микрофлоры может осуществляться тремя путями:
1. Применение эубиотиков - препаратов, содержащих живые бактерии и предназначенных для восстановления состава микрофлоры. Их действие сводится к искусственному заселению кишечника коли-, лакто- и бифидобактериями специфических, а также искусственно выведенных штаммов и другими микроорганизмами, вытеснению благодаря этому болезнетворных штаммов и восстановлению нормального биоценоза.
2. Использование пробиотиков. Под этим подразумеваются не только средства, содержащие живые микроорганизмы, но также и вещества микробного, растительного и животного происхождения, оказывающие при естественном способе введения благоприятные эффекты на физиологические функции, биохимические и поведенческие реакции организма хозяина через оптимизацию его микроэкологического статуса. Термин "пробиотики" имеет более широкое значение, нежели эубиотики.
3. Использование пребиотиков - веществ, являющихся субстратным и энергетическим материалом для нормальной микрофлоры и оказывающих пробиотическое действие. Наиболее распространенные бифидогенные факторы - моносахариды и олигосахариды, которые являются источником энергии для микроорганизмов. Например, лактоза, которой богато молоко, наиболее активно метаболизируется лактобациллами и бифидобактериями. N-ацетилглюкозамин, содержащийся в женском, но отсутствующий в коровьем молоке, стимулирует рост бифидобактерий. Это способствует опережающему размножению бифидобактерий и их повышенному содержанию в кишечнике новорожденных при естественном вскармливании.
При рассмотрении особенностей препаратов, содержащих сапрофитную микрофлору, ее компоненты или метаболиты, следует отметить невозможность полной адаптации стартерных культур по генетическим характеристикам (генетические различия между отдельными штаммами молочнокислых бактерий огромны, что крайне важно для реализации их биологического эффекта) к собственной микрофлоре. Микробиоценозы современных организмов содержат многочисленные комбинации простейших симбиотических ассоциаций. На формирование микробной экосистемы человека затрачены миллионы лет эволюции. В связи с этим конструирование адекватного пробиотика для конкретного индивидуума является сложной задачей.
Пробиотики должны разрабатываться и назначаться с учетом высокой видо- и индивидуальной специфичности микрофлоры. В действительности соответствие этому требованию имеется лишь в части происхождения штамма - по видовой принадлежности донора. Так, препараты, созданные на основе чаще встречающихся в кишечнике у населения России Bifidobacterium bifidum и Bifidobacterium longum, следует признать наиболее адаптированными для данной группы потребителей. Но и в этом случае используемые штаммы в достаточной степени чужеродны для реципиента, поэтому может иметь место обычное при гетеротрансплантации отторжение. Кроме того, при назначении препаратов данной группы необходимо учитывать возрастные особенности микробиоценоза кишечника. Например, если у детей Bifidobacterium adolescentis почти не высеваются, то после 35 лет этот штамм превалирует, достигая 60-75% от общего количества бифидофлоры. Назначение пробиотиков детям до 3-х лет должно осуществляться с учетом видового соотношения бифидобактерий и их количественного содержания в кишечнике здоровых детей, находящихся на грудном вскармливании. Что касается развития нежелательных эффектов при использовании этих препаратов, то они относятся прежде всего к способности пробиотиков модулировать иммунное воспаление.
Известно, что у 7% работников фабрик по производству бактерийных препаратов через 5 лет работы развивается аллергический дерматит. В научной литературе описаны случаи развития аутоиммунных заболеваний на фоне лечения препаратами лактобактерий. Последние способны увеличивать гистидинкарбоксилазную активность, что приводит к усилению выброса гистамина и других биологически активных аминов. Иммуномодулирующий эффект пробиотиков зависит от исходного иммунологического статуса больного. Предотвращение развития аллергических реакций гарантированно может быть достигнуто лишь при использовании аутопробиотиков. В данном случае штаммы нормальной микрофлоры изолируются от конкретного индивидуума и используются для коррекции его микроэкологии. Однако указанный способ неприемлем для массового применения в условиях фармацевтических производств.
Оптимальным подходом к коррекции дисбиозов является применение пребиотиков - веществ, необходимых для роста и размножения микроорганизмов, присутствующих в пищеварительном тракте хозяина. Стимулировать рост аутоштаммов путем введения бифидогенных факторов, то есть пребиотиков, более физиологично, нежели вводить эубиотики экзогенно. Список веществ, обладающих пребиотическим действием, достаточно обширен. Приведем основные группы веществ:
Алифатические спирты: ксилит, сорбит.
Моносахариды: мелибиоза, ксилобиоза, раффиноза.
Олигосахариды: лактулоза, лацитол, соевый олигосахарид, фруктоолигосахарид, галактоолигосахарид, изомальтоолигосахарид, гентиолигосахарид.
Полисахариды: пектины, пуллулан, декстрин, инулин.
Ферменты: (-галактозидазы микробного генеза, протеазы сахаромицетов.
Пептиды: соевые, молочные.
Аминокислоты: валин, аргинин, глутаминовая кислота.
Антиоксиданты: витамины А, С, Е, (- и (-каротин, глутатион, убихинон, соли селена.
Ненасыщенные жирные кислоты: эйкозопентаеновая кислота.
Органические кислоты: пропионовая, уксусная, лимонная.
Растительные и микробные экстракты
Разные: лецитин, пара-аминобензойная кислота, лизоцим, пищевые волокна, лактоферрин (содержится в женском молоке, естественным путем стимулирует рост микрофлоры у младенца), глюконовая кислота, крахмальная патока, экстракты водорослей.
Охарактеризуем некоторые из перечисленных веществ.
Ксилит и сорбит - пяти- и шестиатомные алифатические спирты со сладким вкусом. Не утилизируются в ЖКТ, в толстой кишке ферментируются бифидо- и лактобактериями. Сорбит утилизируется большинством встречающихся штаммов бифидобактерий. Аналогичный эффект присущ раффинозе и ксилобиозе. Последняя широко используется в пищевой промышленности Японии как бифидогенный фактор. Она обладает низкой сахаристостью (1/3 обычного сахара), низкой точкой замерзания (-10°С), хорошо удерживает воду и таким образом способствует сохранению свежести продуктов.
Лактоза при воздействии кишечных и микробных ферментов превращается в глюкозу и галактозу, последняя стимулирует рост бифидобактерий.
Галактоза входит в состав всех 130 олигосахаридов женского молока, стимулирующих рост микрофлоры. В женском молоке концентрация олигосахаридов достигает 1 г/100 мл. После лактозы (7 г/100 мл) олигосахариды являются второй по значимости группой углеводов материнского молока. Олигосахариды не перевариваются в тонкой кишке под воздействием пищеварительных ферментов и достигают толстой кишки неизмененными. В нижнем отделе толстой кишки олигосахариды подвергаются ферментации бифидобактериями. Это приводит к увеличению общей бактериальной массы, повышению моторики кишечника. Считается, что ежедневная потребность микроорганизмов толстой кишки взрослого человека в ферментируемых углеводах составляет около 30 г в сутки. Пища современного человека удовлетворяет эту потребность на 30%. Поэтому для обеспечения энергией микрофлоры кишечного тракта необходимо вводить соответствующие субстраты.
В мировой практике наибольшее коммерческое значение имеют олигосахара (их получают прямой экстракцией естественных полисахаридов из растительного сырья, гидролизом растительных полисахаридов или путем энзиматического синтеза) и пищевые растворимые волокна типа инулина. В США в сутки человек потребляет 3-4 г олигосахаридов. К ним относят соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Строго разграничить олигосахариды и полисахариды сложно, поскольку природные углеводы представлены почти непрерывным рядом соединений от моносахаридов до высших полисахаридов. С методической точки зрения олигосахаридными соединениями считают те, которые содержат 8-10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридным относят более высокомолекулярные сахара.
Как было сказано выше, важнейшим источником олигосахаридов являются продукты частичного гидролиза полисахаридов, при этом полисахариды расщепляются на олигомерные фрагменты. Кроме кислотного гидролиза используют ферментативное расщепление с помощью полисахаридаз. Принципиальным преимуществом ферментативного гидролиза перед кислотным является его специфичность. Базовая группа олигосахаридов получается из сахара, который выделяют из натуральных сахаров. Олигофруктоза, получаемая частичным энзиматическим гидролизом инулина, имеет степень полимеризации менее 10 (рафтилоза, Orafti).
В реакции, катализируемой 1,2-фруктан 1-фруктозилтрансферазой с сахаром в качестве субстрата, получается низкомолекулярный олигосахарид со степенью полимеризации менее 4 - фруктоолигосахарид (неосахар или актилайф, Beghin-Meji Industries, Paris, Франция). Короткоцепочечные фруктоолигосахариды - смесь олигосахаридов, содержащих глюкозу, связанную с фруктозой (n=4). Олигосахарид, состоящий из остатка галактозы и остатка фруктозы, называется лактулоза ("Лактулоза сироп", Италия, "Лактофильтрум", Россия). Олигосахариды в природе подвергаются расщеплению с помощью ферментов, катализирующих расщепление гликозидных связей - гликозидаз. Эти ферменты обычно индуцируются, то есть их выработка стимулируется добавлением субстрата ферментов.
Микроорганизмы кишечника утилизируют олигосахариды с помощью гликозидаз, и введение олигосахаридов приводит к увеличению продукции и усилению активности этих ферментов. Для многих гликозидаз характерно также и трансферазное действие, то есть они способны катализировать не только гидролиз гликозидной связи, но и перенос моносахаридного остатка с образованием нового олигосахарида. Из сказанного следует, что олигосахариды - не только энергетический субстрат для микроорганизмов кишечника, но, видимо, они запускают каскад ферментативных реакций. Сравнительное изучение фруктанов в качестве пребиотиков показало, что чем короче цепь полисахарида, тем меньше специфичность ферментации определенными микроорганизмами кишечника. Поэтому использование синтетических низкомолекулярных фруктоолигосахаридов обеспечивает более эффективную ферментацию многими микроорганизмами кишечника.
Фруктозоолигосахарид (FOS) - смесь три-, тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы, входит в состав ряда коммерческих препаратов: Бифидо Бак и незарегистрированные в РФ средства: Neosugar, NutraFlora, Actilight. Промышленное производство путем энзиматического процессинга сахарозы осуществляет фирма Meiji Seika, производственные площади которой имеются в Японии, Южной Корее, Таиланде. Основной потребитель продукта - Япония (75% общего объема на сумму 1 миллиард иен), остальное экспортируется в США и Францию. Ежегодный прирост продаж составляет 30%. Фруктозоолигосахарид утилизируется большинством известных штаммов бифидобактерий, бактероидов, некоторыми штаммами лактобацилл, стрептококками, энтеробактериями, за исключением Echerichia coli и Salmonella. Не утилизируется клостридиями.
При назначении пожилым людям с дисбактериозом 8 г в сутки фруктозоолигосахарида, качественный и количественный состав микрофлоры у них нормализовался. При запорах, диарее, язвенном колите назначали 1-4 г фруктозоолигосахарида. Отмечено снижение уровня холестерина. С лечебной целью назначают от 5 до 15 г в сутки в течение трех недель. Калорийность препарата низкая, он перспективен для борьбы с ожирением. Коэффициент сладости 0,4-0,6. Согласно данным японских исследователей, причиной существенного снижения смертности от рака толстой кишки в Японии по сравнению с североамериканцами (16 и 25 случаев на 100 000 соответственно) является широкое использование NutraFlora. Полагают, что антиканцерогенное действие NutraFlora реализуется за счет снижения уровня (-глюкуронидазы, гидролазы, гликолевой кислоты, ферментов, отвечающих за увеличение риска развития рака.
FOS входит в состав более 500 японских продуктов и считается стратегическим продуктом для поддержания здоровья нации. Французы вводят FOS в состав йогурта "Данон". В США выпускают 2 йогурта с FOS. Средняя цена суточной дозы FOS для потребителя составляет 60 центов. FOS получают микробиологическим синтезом с использованием сахарозы и Aspergillus niger. 450 г FOS стоит 5-9 долларов. Голландским ученым удалось имплантировать ген FOS в сахарный тростник. Пищевые волокна сахарного тростника, накапливающего FOS, создают дополнительные поверхности для адгезии и размножения бифидобактерий. Стоимость получения FOS из трансгенного сахарного тростника в 5-10 раз ниже микробиологического метода.
Трансгалактозилированные олигосахариды (TOS). Смесь три-, тетра-, пента- и гексасахаридов галактозы и глюкозы. Их утилизируют только бифидобактерии. Потребность человека составляет 3-10 г в день.
Соевый олигосахарид (SOE) представляет собой смесь сахарозы (44%), стахилозы (23%), раффинозы (7%) и моносахаридов. Не деградирует в ЖКТ, ферментируется микроорганизмами. Все штаммы бифидобактерий, кроме Bifidobacterium bifidum, ферментируют SOE. Испытания, проведенные на добровольцах в Японии, показали, что SOE по сравнению с другими олигосахаридами в 3 раза интенсивнее влияет на рост бифидобактерий. Его сладость составляет 70%, а калорийность 50% от соответствующих показателей обычного сахара.
В Европе широко используют инулиноподобные фруктановые пребиотики. Инулин является полисахаридом, построенным из остатков фруктозы, поэтому такие полисахариды называют растительными фруктанами, степень полимеризации инулина равна приблизительно 35 моносахаридным остаткам. Продукт со степенью полимеризации от 2 до 60 и выше, экстрагируемый из корней цикория, также идентифицируют как инулин. Так как инулин легко растворим в горячей воде и выпадает в осадок при охлаждении, он может быть экстрагирован водой из подземных частей многих растений, в которых он накапливается в качестве запасного углевода - артишока, девясила, одуванчика, цикория, фасоли и др. Корни одуванчика к осени накапливают до 40% инулина. Инулин, из которого получают олигомеры с низким молекулярным весом, называют "hight-performance inulin" (рафтилин, Orafti, Tienen, Бельгия).
Для фруктанов, так же, как и для олигосахаридов, характерна устойчивость к ферментам верхних отделов ЖКТ, в нерасщепленном виде они достигают слепой кишки, после чего начинается микробная ферментация. Интересной особенностью инулина как пребиотика является то, что он не влияет на рост бифидофлоры в случае нормального ее содержания, но стимулирует при уменьшении титра. Инулин назначают от 9 до 34 г в сутки. В виде муки из топинамбура он входит в состав комбинированного американского пробиотика Optiflora. В составе отечественных БАД инулин встречается часто. Инулин обладает синергидным действием с олигосахаридами.
В настоящее время изучению пребиотического действия олигосахаридов уделяется большое внимание. Создана Европейская комиссия по неперевариваемым олигосахаридам - ENDO (European comission on non-digestible oligosaccharides). В соответствии с положениями, выдвигаемыми ENDO, пребиотические эффекты олигосахаридов реализуются по следующим направлениям: увеличение числа и активности бифидо- и лактобактерий, оптимизация функции кишечника, увеличение абсорбции кальция, магния и др. металлов, модуляция липидного метаболизма, снижение уровня холестерина и триглицеридов, предотвращение развития рака кишечника. На мировом рынке появляется все большее число пищевых добавок и продуктов функционального питания, содержащих олигосахариды, что отражает перспективность данного направления для коррекции нарушений микробиоценоза у человека.