Как улучшить микробиоту кишечника питанием?

Человек всегда стремился к тому, чтобы его пища не только насыщала, но и была вкусной. А основным вкусом из четырех известных в природе (сладкий, соленый, горький и кислый), в наибольшей степени отвечающим за привлекательность еды, является именно сладкий. Правда, японцами придуман еще один вкус – пятый, так называемый «умами», что означает просто «вкусно» и он определяется глутаминовой кислотой и ее солями.

Ощущение сладости в потребляемых нами продуктах достигается сахарами - низкомолекулярными углеводами моносахаридами (из них самые известные глюкоза, фруктоза и галактоза) и дисахаридами сахарозой, мальтозой, лактозой. Наиболее распространена сахароза (в обиходе именуемая просто сахаром) – дисахарид, состоящий из двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы. Сахароза находится во многих фруктах, плодах и ягодах: особенно значительно ее содержание в сахарном тростнике (поэтому сахарозу еще называют тростниковым сахаром), а также сахарной свёкле – из этих двух растений сахар в основном и извлекают.

Может ли сахар улучшить микрофлору кишечника?

Сахар человек потребляет давным-давно. Впервые его начали изготавливать из сахарного тростника в Океании между 9000 и 6500 годами д.н.э. Далее его начали использовать в Китае и Индии, а уже позже - импортировать в Европу. Первоначально сахар был чрезвычайно дорог, являлся предметом роскоши и был доступен только весьма состоятельным людям или использовался исключительно для медицинских целей (с тех пор и пошло выражение - «подсластить пилюлю»). Снижение его стоимости и повышение доступности произошло в 17 веке после организации плантаций сахарного ростника в Южной Америке и странах Карибского бассейна.

Постепенно сахар стали добавлять в повседневную пищу и он стал абсолютно необходимым элементом жизни. Сегодня во многих странах потребление сахара превышает 100 г в день (примерно в 10 раз больше, чем 100 лет назад), что в 4 раза выше рекомендуемой нормы. И обусловлено это не только доступностью сахара – этот «белый враг человека», оказывается, чрезвычайно коварен и вызывает у потребителей привыкание, аналогично наркотическому.

Обзор о «сахарной зависимости» написан сотрудниками Университета Принстона, США. Феномен этот вполне объясним с точки зрения того, что сладкую пищу человек воспринимает как «вкусную», что создает у него хорошее настроение, которое ему, естественно, хочется поддерживать, т.е. у человека индуцируется процесс закрепления такого пищевого поведения при помощи приятных ощущений - психологической «награды» или «поощрения».

Такая система вознаграждения (система внутреннего подкрепления, англ. reward system) определяется совокупностью структур нервной системы, участвующих в регулировании и контроле поведения при помощи положительных реакций на действия. Эта система запускается в результате воздействия сахара на комплекс нейромедиаторов (нейротрансмиттеров) в головном мозге. Нейромедиаторы - это биологически активные химические вещества, которые передают электрохимический импульс между нервными клетками – нейронами, а также от нейронов к мышцам или железистым клеткам. Основные нейромедиаторы, которые формируют хорошее настроение - опиоиды и дофамин. Опиоидные нейропептиды эндорфины, энкефалины, динорфины и др. проявляют анальгезирующее (обезболивающее) действие и также вызывают хорошее настроение. Дофамин, хотя и являются важной частью «системы поощрения» мозга, не вызывает чувства удовольствия или удовлетворения, но создаёт выраженное ощущение предвкушения от получения желаемого «хорошего» результата.

В итоге в организме за счет нейрохимических изменений в мозге формируется привыкание к сахару - аналогичные изменения имеют место при приеме наркотиков, алкоголя и курении табака (Avena N. Evidence for sugar addiction: Behavioral and neurochemical effects of intermittent, excessive sugar intake Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32(1): 20–39).

Причем, интересно, что человек лучше и острее воспринимает сладкий вкус, пребывая в приподнятом настроении. А вот в состоянии уныния сладкое ему кажется не столь приятным, а кислый вкус, который настроение наше отнюдь не улучшает, ощущается как еще более противный. Эффект этот был выявлен сотрудниками Университета Корнель, США. В своем исследовании они оценили интенсивность ощущения этих двух вкусов у 550 хоккеистов в период игр, включающий 4 победы, 3 поражения и 1 ничью. Различные результаты, естественно. вызывали у спортсменов разную эмоциональную реакцию. Оказалось, что после побед, когда у игроков было хорошее настроение, они интенсивнее воспринимали сладкий вкус и хуже чувствовали кислый. А вот после поражений отрицательные эмоции оказывали на восприятие этих вкусов совершенно противоположный эффект. Вот он – сладкий вкус победы и кислый - поражения (Noel C. The effect of emotional state on taste perception / Appetite, 2015, 95:89-95).

Избыток сахара диетологи рассматривают как основную причину многих современных алиментарнозависимых заболеваний – метаболического синдрома, ожирения, диабета, сердечно-сосудистой патологии, болезней печени, зубов, а также когнитивных расстройств, включая болезнь Альцгеймера. Связь между потреблением сахара и этими заболеваниями в значительной степени обусловлена влиянием сахаров на физиологию микробиоты кишечника.

Один из обзоров на эту тему написан сотрудниками Университета штата Вашингтон, Сиэтл, США. Численность бактерий в первых отделах тонкого кишечника - 12-перстной и тощей кишках, составляет всего 10 в 3 степени на 1 г кишечного содержимого, в повздошной кишке (самый нижний отдел тонкого кишечника на границе с толстым) уже больше - 10 в 6-10 в 8 степени на г, а в ободочной кишке (основном отделе толстого кишечника), где и протекают процессы ферментации клетчктки-пребиотиков – 10 в 9-10 в 11 степени на г. В тонком кишечнике доминируют аэробные и факультативные микробы, которые быстро метаболизируют простые сахара, бактерии в повздошной кишке специализируются на более сложных фруктоолигосахаридах, а обитатели ободочной кишки, исключительно анаэробные бактерии, ферментируют остальную непереваривариваемую клетчатку-пребиотики. Дисбиоз на уровне всех отделов кишечника приводит к метаболическим дисфункциями - повышению риска таких заболеваний, как диабет, ожирение и неалкогольной жировой болезни печени. На фоне избытка потребления простых сахаров возрастает численность бактерий в тонком кишечнике, в результате чего там активизируется метаболизм комплексных углеводов и желчных кислот; в норме эти процессы протекают ниже – в толстом кишечнике. Такие изменения приводят к преждевременному образованию и абсорбции короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) и деконъюгированных желчных кислот, изменению секреции гормонов кишечника, повышению содержания липополисахаридов (компонентов клеточных стенок преимущественно грам-отрицательных бактерий), явлениям «дырявого» кишечника (повышении его проницаемости) и, как следствие, бактериальной транслокации (проникновению бактерий и их полисахаридов через кишечную стенку в кровь) и эндотоксемии с явлениями хронического вялотекущего воспаления. Напротив, при повышении потребления клетчатки-пребиотиков происходит нормализация явлений дисбиоза, снижается уровень липополисахаридов, предупреждается развитие воспаления (Utzschneider K. Mechanisms Linking the Gut Microbiome and Glucose Metabolism / J Clin Endocrinol Metab, 2016, 101 (4): 1445–1454).

Гастроэнтерологи из Колледжа Медицины, Хьюстон, США анализируют механизмы адаптации микробиоты человека к повышенному потреблению сахаров. Состав микробиоты человека определяется не только генетическими (врожденными) особенностями, но и фенотипическими (внешними) факторами, в первую очередь рационом питания. Давно показано, что рационы способны выраженно и очень быстро, буквально за считанные дни, изменить количественные и качественные показатели микробиты, причем, обратимо. Из макронутриентов углеводы и источники азота, в основном белки, в этом отношении наиболее значимы, а простые сахара даже способны менять генетические эффекты организма на микробиоту. В современной диете около 48% калорийности пищи определяют углеводы, в том числе 13% - добавленные сахара и сахарозаменители, из которых многие вовсе не содержат сахарных групп: там присутствуют пептиды и другие молекулы, которые плохо метаболизируются в организме и дают ощущение сладости в очень малых дозах. Большинство сахаров, а также сахарозаменителей, активно абсорбируются в тонком кишечнике с помощью особых транспортных систем и только 5–30% из них достигают толстого кишечника, поэтому концентрация сахара в тонком кишечнике примерно в 10 раз выше, чем в толстом. Наиболее хорошо в тонком кишечнике усваивается сахароза, а вот фруктоза, сахарные спирты, некоторые сахарозаменители (сукралоза) – не очень. Причем, это зависит от пола и возраста. Так, транспортер фруктозы, названный глюкозным транспортером 5-го типа (GLUT5), присутствует только у взрослых, причем, абсорбция фруктозы у них возрастает в присутствии глюкозы. При повышении содержания сахаров в рационе тонкий кишечник адаптируется к новой ситуации путем повышения биосинтеза транспортеров сахара, а также гидролаз (ферментов, расщепляющих дисахара, в том числе сахарозу. на моносахара) и других катаболических ферментов. Но возможности таких механизмов не безграничны и, в конечном счете, чем больше мы поедаем сладких продуктов, тем большее их относительное количество попадает в толстую кишку в неизменном виде. Но клетки слизистой толстого кишечник - колоноциты, не способны использовать глюкозу как носитель энергии, в этом отношении для них оптимальна одна из короткоцепочечных жирных кислот – масляная. Поэтому, попадая в толстый кишечник, сахара клетками кишечника практически не усваиваются, а становятся субстратами для микроорганизмов и ферментов. Такой «сюрприз» весьма приятен для бактерий кишечника, поскольку энергию из сахаров, в первую очередь глюкозы, извлекать намного проще и быстрее, чем из других источников (жиров и белков) и в результате за счет сахаров организм экономит энергию, отключая менее энергетически эффективные метаболические пути. Происходит это в результате процесса «катаболической репрессии», т.е. подавления активности некоторых ферментов, не участвующих в метаболизме глюкозы. Причем, адаптация микробиоты кишечника происходит практически мгновенно в ответ на появление в кишечнике не только избытка привычных сахаров, но и каких-то новых сладких продуктов. В результате такой адаптации, во-первых, подавляется процесс ферментации клетчатки и, соответственно, снижается образование бактериями кишечника полезных КЦЖК (в том числе масляной, абсолютно необходимой колоноцитам). Во-вторых, избыток глюкозы подавляет активность некоторых полезных бактерий (например, Lactobacillus fermentum), настроенных на ферментирование клетчатки, но не на переработку глюкозы и, наоборот, создает условия для процветания ряда патогенных микробов – стрептококков Streptococcus bovis и клостридий C. Perfringens; В-третьих, из ранее нейтральных бактерий-комменсалов формируются патогенные бактерии, более жизнеспособные и приспособленные к новым условиям. Эти новые бактерии отличаются от своих предшественников не только метаболомом (комплексом всех низкомолекулярных метаболитов, образующихся в процессе их жизнедеятельности), но в них происходят также транскрипционные изменения (меняется состав молекул РНК, которые «считывают» информацию, закодированную в молекулах ДНК этих бактерий), меняется состав их популяции и, наконец, происходят изменения генома (Di Rienzi S. Adaptation of the Gut Microbiota to Modern Dietary Sugars and Sweeteners / Advances in Nutrition, 2020, 11, 3, 616–629).

Напомним, что в кишечнике человека благополучно сосуществуют две большие группы бактерий – Бактероиды и Фирмикуты. У здоровых людей Бактероидов больше, а вот у субъектов с метаболическими заболеваниями, в первую очередь ожирением, равновесие сдвигается в сторону Фирмикутов. Сотрудники Школы Медицины Йель, США выявили, что избыток сахара и глюкозы оказывает прямое токсическое воздействие на бактерии Bacteroides thetaiotaomicron из компании Бактероидов, подавляя выработку ими особого белка, необходимого для колонизации кишечника. Результат этого воздействия – дисбиоз кишечника (Townsend G. Dietary sugar silences a colonization factor in a mammalian gut symbiont / Proc Natl Acad Sci U S A. 2019,116 (1): 233-238).

Таим образом, идя на поводу у своей пагубной страсти к вкусной пище и поедая все большее количество сладких блюд, мы формируем у себя в кишечнике новое микробное сообщество, новые линии микробов - нейтральных, полезных или, чаще всего, патогенных, умеющих утилизировать новые сахара и сахарозаменители. В итоге меняется метаболизм и гомеостаз микробиоты, что ведет к выраженным нарушениям метаболизма всего организма и повышению риска метаболических заболеваний.

Предотвратить это можно только одним путем – умерить наши аппетиты насчет сладенького и особо не обольщаться по поводу сахарозаменителей.