Анаэробное питание что это такое

Аэробная и анаэробная среда

При выполнении гематологических исследований используются два типа организмов аэробные и анаэробные. Они отличаются потребностью в наличии кислорода в окружающей среде. Аэробные микроорганизмы могут функционировать только при наличии кислорода, в то время, как анаэробные в нем совсем не нуждаются.

Классификация этих видов проводится на основе реакции на наличие или отсутствие кислорода. Из-за этого аэробные и анаэробные микроорганизмы по-разному выполняют свои функции в процессе клеточного дыхания.

Особенности аэробных микроорганизмов

Аэробные микроорганизмы не могут существовать без кислорода. Он необходим им для роста, развития и участвует в процессах размножения. Благодаря кислороду они способны окислять моносахариды, например, глюкозу.

Генерация энергии в этих микроорганизмах происходит при гликолизе. После него следует цикл Кребса и цепь переноса электронов. Среды, насыщенные кислородом – отличная питательная среда для таких микроорганизмов. Примеры аэробов – бациллы и нокардии.

Типы аэробов

Аэробные микроорганизмы классифицируют по уровню необходимого для жизнедеятельности кислорода:

Бактерии, нуждающиеся в кислороде для выживания, легко выделяются при культивировании в жидкой среде. Так для полноценной жизнедеятельности им необходим кислород, то чтобы выжить они всплывают на поверхность.

Особенности анаэробов

В процессе энергетического обмена эти микроорганизмы не используют кислород. Для этого им необходимы марганец, сера, кобальт, азот, метал или железо. В процессе образования энергии анаэробные микроорганизмы подвергаются ферментации. Для выживания они используют энергию, производимую при анаэробных процессах брожения:

Классификация анаэробных микроорганизмов также определяется по уровню токсичности кислорода:

Анаэробы не способны выживать в среде, богатой кислородом. Для облигатных разновидностей он токсичен, а вот факультативным видам он не вредит.

Сходства между аэробами и анаэробами

Различия аэробов и анаэробов

Отличительные особенности микроорганизмов представлены в таблице.

Источник

Анаэробные и аэробные нагрузки

Поделиться

Если вы увлекаетесь спортом, то наверняка слышали о таких словосочетаниях, как аэробная и анаэробная нагрузка. В чем принципиальная разница между ними и как использовать разные подходы к тренировкам для достижения наилучшего результата? Обо всех подробностях физических нагрузок, используемых в профессиональном и любительском спорте, мы расскажем вам в этой статье.

Для достижения результата используются упражнения, главным источником энергии для которых является кислород. То есть такие тренировки направлены на укрепление всех тканей организма. Использовать их стали еще в семидесятые годы двадцатого века, а в современном фитнесе они занимают почетное место среди обязательных упражнений для поддержания отличной формы и быстрой потери веса.

Аэробные нагрузки – это:

Как видите, выбор действительно внушительный: при желании вы легко сможете подобрать подходящую аэробную нагрузку, которая не только поможет держать организм в тонусе, но и будет доставлять настоящее удовольствие.

Почему все тренеры в обязательном порядке рекомендуют чередовать различные типы нагрузок и не забывать о «кислородной тренировке»? Дело в том, что аэробные упражнения способны принести максимум пользы:

А еще во время выполнения таких упражнений отлично расходуются калории, за счет чего запускается процесс жиросжигания. В итоге организм быстрее теряет лишний вес.

Во время первых двадцати минут выполнения любых аэробных нагрузок быстро сжигается гликоген, полученный организмом за целый день. И только через полчаса от начала тренировки начинают расходоваться белки и жиры. Если тренировка занимает не менее сорока минут, то она проходит не зря: запущенный процесс жиросжигания продолжается еще в течение двух часов. Однако, для того чтобы аэробная нагрузка помогала быстрее худеть, придется скорректировать пищевые привычки:

Если после тренировки хочется есть, можно выпить натуральный йогурт или стакан протеинового коктейля от Herbalife Nutrition. Эти продукты не повлияют на положительный эффект, а вот пища, богатая углеводами, остановит процесс жиросжигания.

Это интенсивные и кратковременные упражнения с максимальным напряжением мышц. Во время таких тренировок организм практически не получает кислород, в результате чего увеличивает количество расходуемой энергии. Упражнения выполняют быстро, по несколько коротких подходов. К таким тренировкам относятся:

При этом все упражнения чередуются с кратковременными перерывами, которые позволяют организму восполнить недостаток кислорода. Такие тренировки помогают быстрее избавиться от лишнего веса, разогнать застойные явления, накачать мышцы и добиться красивого рельефа фигуры. Однако чрезмерная перегрузка очень опасна и может спровоцировать нарушения работы органов дыхания или сердечно-сосудистой системы. Именно поэтому анаэробные нагрузки нужно выполнять под внимательным контролем тренера.

С помощью правильного выполнения таких тренировок можно добиться отличных результатов:

Для достижения наилучших результатов рекомендуется сочетать анаэробные упражнения с правильным питанием. Для атлетов, выбравших этот способ набора мышечной массы, оптимальной станет диета с увеличенным количеством белка.

Нагрузки такого типа дают эффект при правильном и регулярном выполнении определенных упражнений. В механизм проработки мышц подключаются два основных фактора.

Анаэробный гликолиз. Во время выполнения упражнения мышцы расходуют весь свой запас кислорода: этого хватает для кратковременной нагрузки длительностью не более двенадцати секунд. После этого организм начинает потреблять кислород, и нагрузка превращается в аэробную. Однако весь эффект тренировки держится именно на гликолизе. Для того чтобы человек смог выполнять физические упражнения, нужна энергия, а ее организм получает из молекулы АТФ, которая есть, в том числе, в мышцах.

Анаэробный порог. Это показатель интенсивности выполнения упражнения, в результате которого определенное количество молочной кислоты превышает уровень ее нейтрализации. Для измерения этого порога можно использовать измерение частоты сердечных сокращений. Это позволит выявить тот ритм тренировок, в ходе которых процесс жиросжигания будет проходить наиболее активно.

При тренировках могут использоваться оба варианта получения кислорода. Во время аэробных нагрузок именно дыхание помогает правильно растрачивать энергию. Кислород окисляет углеводы, легкие активно перерабатывают этот газ и насыщают все ткани организма. В итоге дыхательная система становится крепче, а масса тела уменьшается. Чем отличается анаэробная нагрузка? Для выполнения упражнений кислород не нужен: роль окислителя играют вещества, содержащиеся в тканях. То есть фактически организм дышит на клеточном уровне. При этом нужно понимать, что использование только одного типа нагрузки – не совсем корректное решение. Если речь идет о тренировках ради быстрой потери веса, проработки мышц и получения красивого рельефа, то анаэробную и аэробную техники необходимо чередовать. Как именно – подскажет личный тренер. Хотя бы ради этого стоит несколько раз посетить тренажерный зал и разобраться, как работает ваше тело при определенных типах нагрузки.

Нужно понимать, что в чистом виде ни одного типа тренировок не существует. Как мы уже сказали выше, максимум через 12 секунд выполнения упражнение из анаэробного превращается в аэробное. Чтобы добиться максимального эффекта в тренировках, лучше выбрать оптимальный комплекс упражнений. Однако, прежде чем начинать серьезные нагрузки, нужно убедиться, что нет никаких противопоказаний:

Если вы сомневаетесь в том, что какое-то упражнение вам подходит, сначала лучше проконсультируйтесь с врачом, а затем расскажите об этом тренеру. Если противопоказаний нет, можно выбрать программу с упором на аэробные или анаэробные упражнения. В первом случае получится быстрее сбросить лишний вес и укрепить тело. Во втором – добиться красивого рельефа мышц.

Кроме вышеперечисленного списка есть целый ряд запретов. Например, анаэробные нагрузки не подходят начинающим спортсменам. В этом случае тренер составляет индивидуальную программу тренировок, куда постепенно вводит сложные интенсивные упражнения на тренажерах. Кроме того, анаэробные нагрузки строго противопоказаны беременным женщинам и людям, недавно перенесшим операции. У аэробных упражнений и здесь есть ряд отличий: будущим мамам, напротив, показаны регулярная ходьба и плавание. О возможности прибегнуть к другим нагрузкам нужно уточнять у своего врача. При этом анаэробные упражнения противопоказаны в период обострений респираторных заболеваний и при наличии варикозного расширения вен, а также во время реабилитации после хирургических вмешательств. Помните, что пренебрежение рекомендациями врачей приносит больше вреда, чем пользы. Возвращаться к прежним нагрузкам после травм и болезней стоит постепенно.

Ни одна тренировка не даст желанного результата, если не сменить привычный рацион. Что значит режим питания при аэробных или анаэробных нагрузках?

Кроме того, для повышения выносливости организма и поддержания общего тонуса можно использовать биологически активные добавки. Например, таблетки N-R-G* от Herbalife Nutrition на основе гуараны могут помочь повысить уровень энергии. Для восстановления после тренировки можно принять протеиновый коктейль «Формула 1». Большое количество белка насытит организм и поспособствует процессу жиросжигания.

Если вы планируете похудеть при помощи аэробных и анаэробных нагрузок, то нужно следовать нескольким советам от опытных бодибилдеров.

Но самый главный совет звучит так: не бросайте тренировки. Даже если вам кажется, что они не дают никакого результата – не отчаивайтесь. Организму требуется время, чтобы запустить процессы метаболизма. Зато через пару месяцев вы обнаружите очень приятный результат, а ваше тело скажет вам: «Спасибо»!

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Процесс

Популяции анаэробных микроорганизмов обычно требуют значительного периода времени, чтобы стать полностью эффективными. Следовательно, обычной практикой является внедрение анаэробных микроорганизмов из материалов с существующими популяциями, процесс, известный как «засев» варочных котлов, обычно осуществляется с добавлением осадка сточных вод или жидкого навоза крупного рогатого скота.

Этапы процесса

Ацетат и водород, полученные на первых стадиях, могут использоваться непосредственно метаногенами. Другие молекулы, такие как летучие жирные кислоты (ЛЖК) с длиной цепи больше, чем у ацетата, должны сначала катаболизироваться в соединения, которые могут напрямую использоваться метаногенами.

Конфигурация

Анаэробные варочные котлы могут быть спроектированы и спроектированы для работы с использованием ряда различных конфигураций и могут быть разделены на режимы периодического и непрерывного процесса, мезофильные и термофильные температурные условия, высокую или низкую долю твердых веществ и одноступенчатые против многоступенчатых процессов. Непрерывный процесс требует более сложной конструкции, но, тем не менее, он может быть более экономичным, чем периодический процесс, потому что периодический процесс требует больших начальных затрат на строительство и большего объема варочных котлов (разбросанных по нескольким партиям) для обработки того же количества отходов, что и непрерывный процесс. варочный котел. В термофильной системе требуется более высокая тепловая энергия по сравнению с мезофильной системой, но термофильная система требует гораздо меньше времени и имеет большую пропускную способность по газу и более высокое содержание газообразного метана, поэтому необходимо тщательно продумать этот компромисс. Что касается содержания твердых частиц, то при низком содержании твердых частиц будет до 15%. Выше этого уровня считается высокое содержание твердых веществ и также может быть известно как сухое сбраживание. В одностадийном процессе один реактор включает четыре стадии анаэробного сбраживания. Многоступенчатый процесс использует два или более реактора для разложения, чтобы разделить фазы метаногенеза и гидролиза.

Пакетный или непрерывный

Температура

Два обычных рабочих уровня температуры для анаэробных варочных котлов определяют виды метаногенов в варочных котлах:

В Боливии достигнут предел анаэробного сбраживания при рабочих температурах ниже 10 ° C. Анаэробный процесс протекает очень медленно, более чем в три раза превышая нормальный мезофильный процесс. В ходе экспериментальной работы в Университете Аляски в Фэрбенксе 1000-литровый варочный котел с использованием психрофилов, собранных из «грязи из замерзшего озера на Аляске», произвел 200–300 литров метана в день, примерно от 20 до 30% продукции, получаемой из варочных котлов в более теплых условиях. климат. Количество мезофильных видов превышает количество термофилов, и они также более терпимы к изменениям условий окружающей среды, чем термофилы. Таким образом, мезофильные системы считаются более стабильными, чем термофильные системы пищеварения. Напротив, в то время как термофильные системы разложения считаются менее стабильными, их энергозатраты выше, при этом большее количество биогаза удаляется из органического вещества за равное время. Повышенные температуры способствуют более высокой скорости реакции и, следовательно, более быстрому выходу газа. Работа при более высоких температурах способствует большему уменьшению количества патогенов в дигестате. В странах, где законодательство, такое как Положения о побочных продуктах животного происхождения в Европейском Союзе, требует, чтобы дигестат соответствовал определенным уровням снижения количества патогенов, может быть полезно использовать термофильные температуры вместо мезофильных.

Дополнительная предварительная обработка может использоваться для уменьшения времени удерживания, необходимого для производства биогаза. Например, некоторые процессы измельчают субстраты для увеличения площади поверхности или используют стадию предварительной термической обработки (например, пастеризацию) для значительного увеличения выхода биогаза. Процесс пастеризации также можно использовать для снижения концентрации патогенных микроорганизмов в дигестате, покидающем анаэробный варочный котел. Пастеризация может быть достигнута термической обработкой в ​​сочетании с мацерацией твердых веществ.

Содержание твердых веществ

В типичном сценарии три различных рабочих параметра связаны с содержанием твердых частиц в сырье, поступающем в варочные котлы:

20%, либо с концентрацией низких твердых частиц менее

Варочные котлы с высоким содержанием твердых частиц (влажные) перерабатывают густую суспензию, которая требует большего количества энергии для перемещения и обработки сырья. Толщина материала также может привести к проблемам с истиранием. Варочные котлы с высоким содержанием твердых частиц обычно требуют меньше земли из-за меньших объемов, связанных с влажностью. Варочные котлы с высоким содержанием твердых частиц также требуют корректировки обычных расчетов производительности (например, производства газа, времени удерживания, кинетики и т. Д.), Первоначально основанных на концепциях сбраживания очень разбавленных сточных вод, поскольку более крупные фракции массы исходного сырья потенциально могут быть преобразованы в биогаз.

Варочные котлы с низким содержанием твердых частиц (мокрые) могут транспортировать материал через систему с помощью стандартных насосов, требующих значительно меньшего энергопотребления. Варочные котлы с низким содержанием твердых частиц требуют большего количества земли, чем варочные котлы с высоким содержанием твердых частиц, из-за увеличения объемов, связанного с повышенным соотношением жидкости к сырью в варочных котлах. Есть преимущества, связанные с работой в жидкой среде, поскольку она обеспечивает более тщательную циркуляцию материалов и контакт между бактериями и их пищей. Это позволяет бактериям более легко получать доступ к веществам, которыми они питаются, и увеличивает скорость газообразования.

Сложность

В двухэтапной системе пищеварения (многоступенчатой) различные сосуды для пищеварения оптимизированы для обеспечения максимального контроля над бактериальными сообществами, живущими в ферментах. Ацидогенные бактерии производят органические кислоты и быстрее растут и размножаются, чем метаногенные бактерии. Метаногенные бактерии требуют стабильного pH и температуры для оптимизации их работы.

В типичных обстоятельствах гидролиз, ацетогенез и ацидогенез происходят в первом реакционном сосуде. Затем органический материал нагревают до необходимой рабочей температуры (мезофильной или термофильной) перед перекачкой в ​​метаногенный реактор. Резервуары для начального гидролиза или ацидогенеза перед метаногенным реактором могут служить буфером для скорости добавления сырья. В некоторых европейских странах требуется повышенная термическая обработка для уничтожения вредных бактерий в поступающих отходах. В этом случае может быть стадия пастеризации или стерилизации до разложения или между двумя резервуарами для разложения. Примечательно, что невозможно полностью изолировать различные фазы реакции, и часто в резервуарах для гидролиза или ацидогенеза образуется некоторое количество биогаза.

Время пребывания

Время пребывания в варочном котле зависит от количества и типа загружаемого материала, а также от конфигурации системы варки. При типичном двухстадийном мезофильном расщеплении время пребывания колеблется от 15 до 40 дней, тогда как для одностадийного термофильного разложения время пребывания обычно меньше и составляет около 14 дней. Характер поршневого потока некоторых из этих систем будет означать, что полное разложение материала, возможно, не было реализовано в этом масштабе времени. В этом случае дигестат, выходящий из системы, будет более темного цвета и обычно будет иметь более сильный запах.

В случае анаэробного разложения ила с восходящим потоком (UASB) время гидравлической выдержки может составлять от 1 часа до 1 дня, а время удерживания твердого вещества может достигать 90 дней. Таким образом, система UASB способна разделять твердые частицы и время гидравлического удерживания с помощью слоя осадка. Варочные котлы непрерывного действия имеют механические или гидравлические устройства, в зависимости от уровня твердых веществ в материале, для перемешивания содержимого, позволяя бактериям и продуктам контактировать. Они также позволяют непрерывно извлекать излишки материала для поддержания достаточно постоянного объема в резервуарах для разложения.

Источник

Аэробные и анаэробные нагрузки

Введение

Человеческий организм эволюционно рассчитан на такой образ существования, при котором в полной мере используются присущие высшим приматам качества: сила, скорость, ловкость, выносливость, изобретательность. Определенный уровень физической активности должен поддерживаться постоянно; на этом фоне человек способен переносить пиковые, очень интенсивные психофизические нагрузки (примерами могут послужить охота на саблезубого тигра или финальный матч чемпионата мира). Однако необходимыми и обязательными условиями, при которых такие перегрузки переживаются без опасных для здоровья последствий, являются общая тренированность, отсутствие врожденных и приобретенных инвалидизирующих аномалий, достаточный и сбалансированный рацион, а также длительный период релаксации и отдыха после экстремальных усилий, даже кратковременных.

Все это известно с незапамятных времен, хорошо изучено и по возможности учитывается спортивными врачами, методистами, тренерами. Именно «по возможности», поскольку профессиональный спорт международного уровня зачастую предъявляет требования, фатально конфликтующие с требованиями охраны здоровья. В постоянной борьбе за повышение рекордных показателей (которые для обычного человека уже давно являются запредельными и абсолютно недосягаемыми) специалисты ищут наиболее эффективные варианты тренировочного процесса и режима соревнований. Вопрос оптимального сочетания аэробных и анаэробных нагрузок остается открытым.

(их часто называют также кардионагрузками) отличаются от анаэробных (силовых) механизмом энергетического обмена.

Нагрузкой аэробного типа называют такие виды физической активности, которые длятся достаточно долго и требуют, прежде всего, интенсивного снабжения легких воздухом. Кислород в этом случае является основным источником энергии; регулярные и продолжительные нагрузки такого рода, – а это любые виды бега на средние и дальние дистанции (включая бег на роликах и лыжах), плавание, велосипедный спорт, а также чрезвычайно популярная в 1980-х годах аэробика (ритмическая гимнастика), – укрепляют сердечнососудистую систему, повышают выносливость и оказывают мощное положительное влияние на психическую сферу. Кроме того, при условии свободного поступления чистого свежего воздуха интенсивная оксигенация тканей приводит к эффекту, известному в просторечье как «сжигание калорий», т.е. стимулирует метаболические процессы.

Анаэробная нагрузка требует интенсивной переработки ранее накопленных ресурсов. Имеются в виду депонированные в мышечной ткани запасы аденозинтрифосфорной кислоты (аденозинтрифосфат, АТФ), играющей роль аккумулируемого энергоносителя. Типичные примеры анаэробных нагрузок – пауэрлифтинг (поднятие тяжестей), бег на короткие дистанции, бодибилдинг и т.д. Такого рода упражнения способствуют смещению существующего соотношения жировой и мышечной ткани в сторону последней, укрепляют структуры опорно-двигательного аппарата, вырабатывают выносливость и физическую силу.

Следует понимать, что разделение на аэробные и анаэробные упражнения является условным и подразумевает лишь преобладание (а не эксклюзивное использование) одного из описанных механизмов потребления энергии. Скажем, занятия легкой атлетикой требуют не только интенсивного потребления кислорода, но и хорошей анаэробной выносливости, тогда как тяжелоатлетические упражнения уже через 10-15 секунд активируют механизм усиленной оксигенации.

В спортивной медицине существует ряд численных показателей, позволяющих оценить степень «аэробности» нагрузок. Таковы, например, пороги анаэробного обмена (ПАНО), называемые также лактатными порогами (лактаты – соли молочной кислоты, биохимического маркера усталости), или показатель максимального потребления кислорода (МПК), по достижении которого организм задействует анаэробный способ энергетического метаболизма.

В целом, описанные виды нагрузки не являются ни взаимозаменяемыми, ни жестко альтернативными, – разница между ними, повторим, достаточно расплывчата. Однако важнейшей задачей тренера-методиста является разработка такого тренировочного плана, который обеспечил бы спортсмену преимущество в конкурентных соревнованиях по данному виду спорта.

Источник

Кишечная микрофлора и значение пребиотиков для ее функционирования

Микрофлора кишечника человека является составляющей человеческого организма и выполняет многочисленные жизненно важные функции. Общая численность микроорганизмов, обитающих в различных частях макроорганизма, приблизительно на два порядка превышает числен

У здоровых лиц в кишечнике насчитывается более 500 видов микроорганизмов. Общая масса микрофлоры кишечника составляет от 1 до 3 кг. В разных отделах ЖКТ количество бактерий различно, большинство микроорганизмов локализованы в толстой кишке (около 10 10–12 КОЕ/мл, что составляет 35–50% ее содержимого). Состав кишечной микрофлоры достаточно индивидуален и формируется с первых дней жизни ребенка, приближаясь к показателям взрослого к концу 1-го — 2-му году жизни, претерпевая некоторые изменения в пожилом возрасте (табл. 1). У здоровых детей в толстой кишке обитают представители факультативно-анаэробных бактерий рода Streptococcus, taphylococcus, Lactobacillus, nterobacteriacae, Candida и более чем 80% биоценоза занимают анаэробные бактерии, чаще грамположительные: пропионобактерии, вейлонеллы, эубактерии, анаэробные лактобациллы, пептококки, пептострептококки, а также грамотрицательные бактероиды и фузобактерии.

Вся совокупность микроорганизмов и макроорганизм составляют своеобразный симбиоз, где каждый извлекает выгоды для своего существования и оказывает влияние на партнера. Функции кишечной микрофлоры по отношению к макроорганизму реализуются как локально, так и на системном уровне, при этом различные виды бактерий вносят свой вклад в это влияние. Микрофлора пищеварительного тракта выполняет следующие функции.

Так, бифидобактерии за счет ферментации олиго- и полисахаридов продуцируют молочную кислоту и ацетат, которые обеспечивают бактерицидную среду, секретируют вещества-ингибиторы роста патогенных бактерий, что повышает резистентность организма ребенка к кишечным инфекциям. Модуляции иммунного ответа ребенка бифидобактериями также выражаются в снижении риска развития пищевой аллергии.

Лактобациллы уменьшают активность пероксидазы, оказывая антиоксидантный эффект, обладают противоопухолевой активностью, стимулируют продукцию иммуноглобулина А (IgA), подавляют рост патогенной микрофлоры и стимулируют рост лакто- и бифидофлоры, оказывают противовирусное действие.

Из представителей энтеробактерий наиболее важное значение имеет Escherichia coli M17, которая вырабатывает колицин В, за счет чего подавляет рост шигелл, сальмонелл, клебсиелл, серраций, энтеробактеров и оказывает незначительное влияние на рост стафилококков и грибов. Также кишечная палочка способствуют нормализации микрофлоры после антибактериальной терапии и воспалительных и инфекционных заболеваний.

Кишечные палочки, бифидо- и лактобактерии выполняют витаминообразующую функцию (участвуют в синтезе и всасывании витаминов К, группы В, фолиевой и никотиновой кислот). По способности синтезировать витамины кишечная палочка превосходит все остальные бактерии кишечной микрофлоры, синтезируя тиамин, рибофлавин, никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, фолиевую кислоту, цианокобаламин и витамин К. Бифидобактерии синтезируют аскорбиновую кислоту, бифидо- и лактобактерии способствуют всасыванию кальция, витамина D, улучшают всасывание железа (благодаря созданию кислой среды).

Процесс пищеварения условно можно разделить на собственное (дистанционное, полостное, аутолитическое и мембранное), осуществляемое ферментами организма, и симбиозное пищеварение, происходящее при содействии микрофлоры. Микрофлора кишечника человека участвует в ферментации нерасщепленных ранее компонентов пищи, главным образом углеводов, таких, как крахмал, олиго- и полисахариды (в том числе и целлюлоза), а также белков и жиров.

Не всосавшиеся в тонкой кишке белки и углеводы в слепой кишке подвергаются более глубокому бактериальному расщеплению — преимущественно кишечной палочкой и анаэробами. Конечные продукты, образующиеся в результате процесса бактериальной ферментации, оказывают различное влияние на состояние здоровья человека. Например, бутират необходим для нормального существования и функционирования колоноцитов, является важным регулятором их пролиферации и дифференцировки, а также всасывания воды, натрия, хлора, кальция и магния. Вместе с другими летучими жирными кислотами он оказывает влияние на моторику толстой кишки, в одних случаях ускоряя ее, в других — замедляя. При расщеплении полисахаридов и гликопротеинов внеклеточными микробными гликозидазами образуются, помимо прочего, моносахариды (глюкоза, галактоза и т. д.), при окислении которых в окружающую среду выделяется в виде тепла не менее 60% их свободной энергии.

Среди важнейших системных функций микрофлоры — поставка субстратов глюконеогенеза, липогенеза, а также участие в метаболизме белков и рециркуляции желчных кислот, стероидов и других макромолекул. Превращение холестерина в не всасывающийся в толстой кишке копростанол и трансформация билирубина в стеркобилин и уробилин возможны только при участии бактерий, находящихся в кишечнике.

Протективная роль сапрофитной флоры реализуется как на местном, так и на системном уровнях. Создавая кислую среду, благодаря образованию органических кислот и снижению рН среды толстой кишки до 5,3–5,8, симбионтная микрофлора защищает человека от колонизации экзогенными патогенными микроорганизмами и подавляет рост уже имеющихся в кишечнике патогенных, гнилостных и газообразующих микроорганизмов. Механизм этого явления заключается в конкуренции микрофлоры за питательные вещества и участки связывания, а также в выработке нормальной микрофлорой определенных ингибирующих рост патогенов субстанций, обладающих бактерицидной и бактериостатической активностью, в том числе антибиотикоподобных. Низкомолекулярные метаболиты сахаролитической микрофлоры, в первую очередь летучие жирные кислоты, лактат и др., обладают заметным бактериостатическим эффектом. Они способны ингибировать рост сальмонелл, дизентерийных шигелл, многих грибов.

Также кишечная микрофлора усиливает местный кишечный иммунологический барьер. Известно, что у стерильных животных в lamina propria определяется очень малое количество лимфоцитов, кроме того, у этих животных наблюдается иммунодефицит. Восстановление нормальной микрофлоры быстро приводит к увеличению количества лимфоцитов в слизистой кишечника и исчезновению иммунодефицита. Сапрофитные бактерии в определенной степени обладают способностью модулировать уровень фагоцитарной активности, снижая его у людей, страдающих аллергией и, наоборот, повышая его у здоровых индивидуумов.

Таким образом, микрофлора ЖКТ не только формирует местный иммунитет, но и играет огромную роль в становлении и развитии иммунной системы ребенка, а также поддерживает ее активность у взрослого. Резидентная флора, особенно некоторые микроорганизмы, обладают достаточно высокими иммуногенными свойствами, что стимулирует развитие лимфоидного аппарата кишечника и местный иммунитет (в первую очередь за счет усиления продукции ключевого звена системы местного иммунитета — секреторного IgA), а также приводит к системному повышению тонуса иммунной системы, с активацией клеточного и гуморального звеньев иммунитета. Системная стимуляция иммунитета — одна из важнейших функций микрофлоры. Известно, что у безмикробных лабораторных животных не только подавлен иммунитет, но и происходит инволюция иммунокомпетентных органов. Поэтому при нарушениях микроэкологии кишечника, дефиците бифидофлоры и лактобацилл, беспрепятственном бактериальном заселении тонкой и толстой кишки возникают условия для снижения не только местной защиты, но и резистентности организма в целом.

Несмотря на достаточную иммуногенность, сапрофитные микроорганизмы не вызывают реакций иммунной системы. Возможно, это происходит потому, что сапрофитная микрофлора является своего рода хранилищем микробных плазмидных и хромосомных генов, обмениваясь генетическим материалом с клетками хозяина. Реализуются внутриклеточные взаимодействия путем эндоцитоза, фагоцитоза и пр. При внутриклеточных взаимодействиях достигается эффект обмена клеточным материалом. В результате представители микрофлоры приобретают рецепторы и другие антигены, присущие хозяину. Это делает их «своими» для иммунной системы макроорганизма. Эпителиальные ткани в результате такого обмена приобретают бактериальные антигены.

Обсуждается вопрос о ключевом участии микрофлоры в обеспечении противовирусной защиты хозяина. Благодаря феномену молекулярной мимикрии и наличию рецепторов, приобретенных от эпителия хозяина, микрофлора становится способной к перехвату и выведению вирусов, обладающих соответствующими лигандами.

Таким образом, наряду с низким рН желудочного сока, двигательной и секреторной активностью тонкой кишки, микрофлора ЖКТ относится к неспецифическим факторам защиты организма.

Важной функцией микрофлоры является синтез ряда витаминов. Человеческий организм получает витамины в основном извне — с пищей растительного или животного происхождения. Поступающие витамины в норме всасываются в тонкой кишке и частично утилизируются кишечной микрофлорой. Микроорганизмы, населяющие кишечник человека и животных, продуцируют и утилизируют многие витамины. Примечательно, что наиболее важную роль для человека в этих процессах играют микробы тонкой кишки, так как продуцируемые ими витамины могут эффективно всасываться и поступать в кровоток, тогда как витамины, синтезирующиеся в толстой кишке, практически не всасываются и для человека оказываются недоступными. Подавление микрофлоры (например, антибиотиками) снижает и синтез витаминов. Наоборот, создание благоприятных для микроорганизмов условий, например при употреблении в пищу достаточного количества пребиотиков, повышает обеспеченность макроорганизма витаминами.

Наиболее изучены в настоящее время аспекты, связанные с синтезом кишечной микрофлорой фолиевой кислоты, витамина В₁₂ и витамина К.

Фолиевая кислота (витамин В₉), поступая с продуктами питания, эффективно всасывается в тонкой кишке. Синтезирующийся в толстой кишке представителями нормальной кишечной микрофлоры фолат идет исключительно для ее собственных нужд и не утилизируется макроорганизмом. Тем не менее синтез фолата в толстой кишке может иметь большое значение для нормального состояния ДНК колоноцитов.

Кишечные микроорганизмы, синтезирующие витамин В₁₂, обитают как в толстой, так и в тонкой кишке. Среди этих микроорганизмов наиболее активны в данном аспекте представители Pseudomonas и Klebsiella sp. Однако возможностей микрофлоры для полной компенсации гиповитаминоза В₁₂ оказывается недостаточно.

С содержанием в просвете толстой кишки фолата и кобаламина, полученных с пищей или синтезированных микрофлорой, связана способность эпителия кишечника противостоять процессам канцерогенеза. Предполагается, что одной из причин более высокой частоты опухолей толстой кишки, по сравнению с тонкой, является недостаток цитопротекторных составляющих, большинство из которых всасывается в средних отделах ЖКТ. Среди них — витамин В₁₂ и фолиевая кислота, которые совместно определяют стабильность клеточных ДНК, в частности ДНК клеток эпителия толстой кишки. Даже незначительный дефицит этих витаминов, не вызывающий анемию или другие тяжелые последствия, тем не менее приводит к значимым аберрациям в молекулах ДНК колоноцитов, способным стать основой канцерогенеза. Известно, что недостаточное поступление к колоноцитам витаминов В₆, В₁₂ и фолиевой кислоты ассоциируется с повышенной частотой рака толстой кишки в популяции. Дефицит витаминов приводит к нарушению процессов метилирования ДНК, мутациям и, как следствие, раку толстой кишки. Риск толстокишечного канцерогенеза повышается при низком потреблении пищевых волокон и овощей, обеспечивающих нормальное функционирование кишечной микрофлоры, синтезирующей трофические и протективные в отношении толстой кишки факторы.

Витамин К существует в нескольких разновидностях и необходим человеческому организму для синтеза различных кальцийсвязывающих белков. Источником витамина К₁, филохинона, являются продукты растительного происхождения, а витамин К₂, группа соединений менахинонов, синтезируется в тонкой кишке человека. Микробный синтез витамина К₂ стимулируется при недостатке филохинона в диете и вполне способен его компенсировать. В то же время недостаточность витамина К₂ при сниженной активности микрофлоры плохо корригируется диетическими мероприятиями. Таким образом, синтетические процессы в кишечнике являются приоритетными для обеспечения макроорганизма этим витамином. Витамин К синтезируется и в толстой кишке, но используется преимущественно для потребностей микрофлоры и колоноцитов.

Кишечная микрофлора принимает участие в детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов и метаболитов (аминов, меркаптанов, фенолов, мутагенных стероидов и др.) и, с одной стороны, представляет собой массивный сорбент, выводя из организма токсические продукты с кишечным содержимым, а с другой — утилизирует их в реакциях метаболизма для своих нужд. Помимо этого, представители сапрофитной микрофлоры продуцируют на основе конъюгатов желчных кислот эстрагеноподобные субстанции, оказывающие влияние на дифференцировку и пролиферацию эпителиальных и некоторых других тканей путем изменения экспрессии генов или характера их действия.

Итак, взаимоотношения микро- и макроорганизма носят сложный характер, реализующийся на метаболическом, регуляторном, внутриклеточном и генетическом уровне. Однако нормальное функционирование микрофлоры возможно только при хорошем физиологическом состоянии организма и в первую очередь нормальном питании.

Питание микроорганизмов, населяющих кишечник, обеспечивается за счет нутриентов, поступающих из вышележащих отделов ЖКТ, которые не перевариваются собственными ферментативными системами и не всасываются в тонкой кишке. Эти вещества необходимы для обеспечения энергетических и пластических потребностей микроорганизмов. Способность использовать нутриенты для своей жизнедеятельности зависит от ферментативных систем различных бактерий.

В зависимости от этого условно выделяют бактерии с преимущественно сахаролитической активностью, основным энергетическим субстратом которых являются углеводы (характерно в основном для сапрофитной флоры), с преимущественной протеолитической активностью, использующих белки для энергетических целей (характерно для большинства представителей патогенной и условно-патогенной флоры), и смешанной активностью. Соответственно, преобладание в пище тех или иных нутриентов, нарушение их переваривания будет стимулировать рост различных микроорганизмов.

Углеводные нутриенты особенно необходимы для жизнедеятельности нормальной кишечной микрофлоры. Ранее эти компоненты пищи называли «балластными», предполагая, что они не имеют какого-либо существенного значения для макроорганизма, однако по мере изучения микробного метаболизма стало очевидно их значение не только для роста кишечной микрофлоры, но для здоровья человека в целом. Согласно современному определению, пребиотиками называют частично или полностью не перевариваемые компоненты пищи, которые избирательно стимулируют рост и/или метаболизм одной или нескольких групп микроорганизмов, обитающих в толстой кишке, обеспечивая нормальный состав кишечного микробиоценоза. Свои энергетические потребности микроорганизмы толстой кишки обеспечивают за счет анаэробного субстратного фосфорилирования, ключевым метаболитом которого является пировиноградная кислота (ПВК). ПВК образуется из глюкозы в процессе гликолиза. Далее, в результате восстановления ПВК, образуется от одной до четырех молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Последний этап приведенных выше процессов обозначается как брожение, которое может идти различными путями с образованием различных 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 эффектом у некоторых представителей Lactobacillus и Clostridium. Отдельные виды энтеробактерий (E. coli) и клостридий получают энергию в результате муравьинокислого, пропионового, маслянокислого, ацетонобутилового или гомоацетатного видов брожения.

В результате микробного метаболизма в толстой кишке образуются молочная кислота, короткоцепочечные жирные кислоты (С₂ — уксусная; С₃ — пропионовая; С₄ — масляная/изомасляная; С₅ — валериановая/изовалериановая; С₆ — капроновая/изокапроновая), углекислый газ, водород, вода. Углекислый газ в большой степени преобразуется в ацетат, водород всасывается и выводится через легкие, а органические кислоты (в первую очередь жирные короткоцепочечные) утилизируются макроорганизмом. Нормальная микрофлора толстой кишки, перерабатывая не переваренные в тонкой кишке углеводы, производит короткоцепочечные жирные кислоты с минимальным количеством их изоформ. В то же время при нарушении микробиоценоза и увеличении доли протеолитической микрофлоры указанные жирные кислоты начинают синтезироваться из белков преимущественно в виде изоформ, что отрицательно сказывается на состоянии толстой кишки, с одной стороны, и может быть диагностическим маркером — с другой.

Помимо этого, различные представители сапрофитной флоры имеют свои потребности в определенных нутриентах, объясняющиеся 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; не требовательны к поступлению с пищей большинства витаминов, но нуждаются в пантотенатах.

Лактобактерии также используют различные углеводы для энергетических и пластических целей, однако плохо расщепляют белки и жиры, поэтому нуждаются в поступлении извне аминокислот, жирных кислот, а также витаминов.

Энтеробактерии расщепляют углеводы с образованием углекислого газа, водорода и органических кислот. При этом существуют лактозонегативные и лактозопозитивные штаммы. Также они могут утилизировать белки и жиры, поэтому мало нуждаются во внешнем поступлении аминокислот, жирных кислот и большинства витаминов.

Очевидно, что питание сапрофитной микрофлоры и ее нормальное функционирование принципиально зависит от поступления к ней не переваренных углеводов (ди-, олиго- и полисахаридов) для энергетических целей, а также белков, аминокислот, пуринов и пиримидинов, жиров, углеводов, витаминов и минералов — для пластического обмена. Залогом поступления к бактериям необходимых нутриентов является рациональное питание макроорганизма и нормальное течение пищеварительных процессов.

Хотя моносахариды могут легко утилизироваться микроорганизмами толстой кишки, к пребиотикам их не относят.

В нормальных условиях кишечная микрофлора не потребляет моносахариды, которые должны полностью всасываться в тонкой кишке. Пребиотики включают некоторые дисахариды, олигосахариды, полисахариды и достаточно гетерогенную группу соединений, в которой присутствуют и поли- и олигосахариды, которую обозначили как пищевые волокна. Из пребиотиков в женском молоке присутствует лактоза и олигосахариды.

Лактоза (молочный сахар) представляет собой дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы. В норме лактоза расщепляется лактазой тонкой кишки до мономеров, которые практически полностью всасываются в тонкой кишке. Лишь незначительное количество нерасщепленной лактозы у детей первых месяцев жизни попадает в толстую кишку, где утилизируется микрофлорой, обеспечивая ее становление. В то же время дефицит лактазы приводит к избытку лактозы в толстой кишке и значительному нарушению состава кишечной микрофлоры и осмотической диарее.

Лактулоза — дисахарид, состоящий из галактозы и фруктозы, в молоке (женском или коровьем) отсутствует, однако в небольших количествах может образовываться при нагревании молока до температуры кипения. Лактулоза не переваривается ферментами ЖКТ, ферментируется лакто- и бифидобактериями и служит им субстратом для энергетического и пластического обмена, за счет чего способствует их росту и нормализации состава микрофлоры, увеличению объема биомассы в содержимом кишечника, что определяет ее слабительный эффект. Помимо этого, показана антикандидозная активность лактулозы и ее угнетающий эффект на сальмонелл. Полученная синтетическим путем лактулоза (дюфалак) широко используется как эффективное слабительное средство, обладающее пребиотическими свойствами. Как пребиотик детям дюфалак назначается в низких дозах, не оказывающих слабительного эффекта (по 1,5–2,5 мл 2 раза в день в течение 3–6 нед).

Олигосахариды представляют собой линейные полимеры глюкозы и других моносахаров с общей длиной цепи не более 10. По химической структуре выделяют галакто-, фрукто-, фукозил-олигосахариды и др. Концентрация олигосахаридов в женском молоке относительно невелика, не более 12–14 г/л, однако их пребиотический эффект весьма значителен. Именно олигосахариды сегодня рассматриваются как основные пребиотики женского молока, обеспечивающие как становление нормальной микрофлоры кишечника ребенка, так и ее поддержание в дальнейшем. Важным является то обстоятельство, что олигосахариды присутствуют в значимых концентрациях только в женском молоке и отсутствуют, в частности, в коровьем. Следовательно, в состав адаптированных молочных смесей для искусственного вскармливания здоровых детей должны добавляться пребиотики (галакто- и фруктосахариды).

Полисахариды представляют собой длинноцепочечные углеводы в основном растительного происхождения. Инулин, содержащий фруктозу, в больших количествах присутствует в артишоках, клубнях и корнях георгинов и одуванчиков; утилизируется бифидо- и лактобактериями, способствует их росту. Помимо этого, инулин повышает всасывание кальция и влияет на метаболизм липидов, снижая риск развития атеросклероза.

Пищевые волокна — большая гетерогенная группа полисахаридов, наиболее известными из которых являются целлюлоза и гемицеллюлоза. Целлюлоза — неразветвленный полимер глюкозы, а гемицеллюлоза — полимер глюкозы, арабинозы, глюкуроновой кислоты и ее метилового эфира. Помимо функции субстрата для питания лакто- и бифидофлоры и опосредованно поставщика короткоцепочечных жирных кислот для колоноцитов, пищевые волокна оказывают и другие важные эффекты. Они обладают высокой адсорбционной способностью и удерживают воду, что приводит к повышению осмотического давления в полости кишки, увеличению объема фекалий, ускорения пассажа по кишечнику, что обусловливает слабительный эффект.

В средних количествах (1–1,9 г/100 г продукта) пищевые волокна содержатся в моркови, сладком перце, петрушке (в корне и зелени), редьке, репе, тыкве, дыне, черносливе, цитрусовых, бруснике, фасоли, гречневой, перловой крупе, «Геркулесе», ржаном хлебе.

Высокое содержание (2–3 г/100 г продукта) пищевых волокон характерно для чеснока, клюквы, красной и черной смородины, черноплодной рябины, ежевики, овсяной крупы, хлеба из белково-отрубной муки.

Наибольшее же их количество (более 3 г/100 г) содержится 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). Пищевые волокна отсутствуют в рафинированных продуктах.

Несмотря на очевидную значимость пребиотиков для питания микрофлоры, благополучия ЖКТ и всего организма в целом, в современных условиях отмечается дефицит пребиотиков в питании во всех возрастных группах. В частности, взрослый человек должен съедать в сутки примерно 20–35 г пищевых волокон, тогда как в реальных условиях европеец потребляет не более 13 г в сутки. Уменьшение доли естественного вскармливания у детей первого года жизни приводит к недостатку пребиотиков, содержащихся в женском молоке.

Таким образом, пребиотики обеспечивают благополучие микрофлоры толстой кишки, здоровье толстой кишки и являются необходимым фактором здоровья человека в связи с их существенными метаболическими эффектами. Преодоление дефицита пребиотиков в современных условиях связано с обеспечением рационального питания лиц всех возрастных категорий, начиная от новорожденных и кончая людьми преклонного возраста.

Литература

С. В. Бельмер, доктор медицинских наук, профессор
А. В. Малкоч, кандидат медицинских наук
РГМУ, Москва

Источник