Функциональная клетчатка

Функциональная клетчатка и усвоение белков

Как мы хорошо знаем, пищевая (общая) клетчатка является весьма сложной структурой и ее матрица включает клетчатки двух основных типов, отличающихся по физико-химическим свойствам - нерастворимую (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнины) и растворимую (пектины, арабиноксиланы и т.д.). Влияние этой матрицы на усвоение таких нутриентов, как белки, комплексное и выделить в нем эффекты каждого вида клетчатки чрезвычайно сложно, особенно у человека. Поэтому многие исследования в этом направлении базируются на оценке влияния на этот процесс отдельных видов клетчатки (пектинов, фруктоолигосахаридов, целлюлозы и т.д.), входящих в состав клетчатки пищевой. Такая «чистая» клетчатка носит название функциональной и используется, как правило, не в качестве самостоятельной еды, а для обогащения различных продуктов.

Клетчатка и белки

Пик исследований по взаимоотношениям функциональной клетчатки и белков приходится на 80-90-е годы прошлого века и включает как экспериментальные, так и клинические работы. Так, в Университете Аризоны, США в опытах на крысах изучалось влияние на усвоение белка растворимой и нерастворимой функциональной клетчатки, а также и антинутриентов танинов. Оказалось, что растворимая клетчатка существенно повышала потери азота с каловыми массами и снижала усвояемость белка, а нерастворимая клетчатка и танины на эти показатели не влияли. Предполагаемый механизм столь неблагоприятного действия растворимой клетчатки – снижение перевариваемости белка вследствие блокады пищеварительных ферментов – протеаз. Этот эффект растворимой клетчатки, как полагают авторы работы, и определяет свойство общей пищевой клетчатки препятствовать усвоению белков (Hughes J. S. Effects of dietary fiber and tannins on protein utilization in dry beans (Phaseolus vulgaris) / Food Research International 1996, 29 (3–4), 331-338)

Сотрудники «Американской ассоциации химиков зерновых культур» в течение 28 дней кормили мышей нерастворимой клетчаткой целлюлозой, гемицеллюлозой или лигнином в дозах 5, 10 и 15% от массы корма. В качестве белка в рацион животных вводили молочный казеин и содержание его было одинаковым во всех экспериментальных группах. При повышении дозы клетчатки эффективность усвоения белка, азотистый баланс и усвояемость белка снижались, а содержание азота в кале и моче возрастало. Наименее выраженное влияние на усвоение белка выявлено у мышей, получавших рацион, содержащий 10% гемицеллюлозы. А самый негативный эффект проявил лигнин, потребление которого способствовало также нарушениям у животных функции печени (Keim, K., Kies, C. Effects of Dietary Fiber on Nutritional Status of Weanling Mice. / Cereal Chem., 1979, 56, 73)

Еще в одном исследовании диетологи из США включали в рацион крыс в течение 4-х недель различные дозировки нерастворимой клетчатки целлюлозы (от 0 до 20%) или растворимой пектина (от 0 до 10%); содержание белка казеина составляло 22 или 8.5%. При добавлении пектина в диету крыс примерно 75% его расходовалось на продукцию короткоцепочечных жирных кислот, что сопровождалось повышением выделения азота. Авторы расценили этот эффект как признак снижения усвояемости белка (Hove E.L. Effects of pectin and cellulose on growth, feed efficiency, and protein utilization, and their contribution to energy requirement and cecal VFA in rats / J. Nutr., 1979, 109, 1274).

Ученые из Германии в эксперименте на молодых крысах изучали влияние на баланс азота пяти видов функциональной растворимой ферментируемой клетчатки (гуаровой смолы, смолы бобов кароб, натрия альгината, агар-агара и каррагинана), включая их в рацион животных в объеме 10%. Все полисахариды повышали выделение азота с калом. Авторы предлагают 2 механизма этого эффекта. Один из них - повышение численности бактерий в толстом кишечнике и, соответственно, возрастание выделения их белковой массы (а, следовательно, и азота) с калом. Второй механизм - снижение клетчаткой активности фермента трипсина – основного участника процесса переваривания белка в кишечнике (Harmuth-Hoene AE. Effect of indigestible polysaccharides on protein digestibility and nitrogen retention in growing rats / Nutr Metab. 1979; 23 (5): 399-407).

Проводились подобные исследования и с привлечением людей. Так, в Университете штата Миннесота, США молодые женщины месяц находились на диете с пониженным содержанием клетчатки, а затем еще в течение месяца им дополнительно включали в такой же рацион очищенную целлюлозу (препарат Solka Floc) в дозе 16 г в день. Предполагаемая (теоретическая) усвояемость азота составляла 93.2% в контроле и 92.9% у женщин, получавших препарат, усвояемость жира 96.3% и 95.4%, а энергии 95.4% и 92.0%, соответственно. Но когда авторы подсчитали, сколько потенциальной энергии содержит непереваренная клетчатка, содержащаяся в каловых массах, то оказалось, что истинная усвояемость энергии составила в этих двух групп 96.1% и 95.6%, т.е. была практически одинаковой. Авторы работы делают вывод, что обогащение рациона человека нерастворимой клетчаткой целлюлозой не оказывает влияние на усвоение из пищи белка и энергии (Slavin JL. Effect of refined cellulose on apparent energy, fat and nitrogen digestibilities / J Nutr. 1980, 110 (10): 2020-2026).

Подобное исследование было проведено в Мичиганском университете, США. В нем участвовали студенты с избытком массы тела, которые 8 недель находились на кетогенной похудательной диете (диете Аткинса). Одна группа получала в ходе диетологических мероприятий обычный хлеб, а другие - такой же хлеб, обогащенный нерастворимой клетчаткой. Содержание клетчатки в суточной порции обычного хлеба составляло 1.02 г, а обогащенного - 25.5 г. В итоге первые похудели на 6.26, а вторые – на 8.77кг. Уровень выделения азота с каловыми массами у студентов обеих групп был одинаковым (Mickelson 0. Effect of a high fiber bread diet on weight loss in college-age males. Am. J. Clin. Nutr., 1979. 32, 1703-1709).

Сотрудники Отдела Пищи и Питания Университета штата Небраска, США в течение 14 дней включали нерастворимую клетчатку гемицеллюлозу в дозах 4.2, 14.2, 24.2 г в день в рацион взрослых мужчин. При повышении дозы гемицеллюлозы уровень выделения азота с мочой и калом возрастали, но не достоверно (Kies C. Dietary hemicellulose interactions influencing serum lipid patterns and protein nutritional status of adult men / J. Food Sci., 1977, 42, 440).

Диетологи из Великобритании в ходе клинического исследования обследовали здоровых мужчин, выявив, что только 15% съедаемой ими клетчатки выделялось с каловыми массами. Далее тем же субъектам в течение 6 недель включали в рацион по 36 г пектина в день. В ходе нахождения на таком рационе выделение клетчатки из организма не повысилось, хотя объем каловых масс возрос на 33%, а выделение азота с калом на 47%. Авторы делают вывод, что весь пектин подвергался ферментации, результатом чего было повышение численности бактерий в толстом кишечнике и, соответственно, возрастание выделения их белковой массы с калом. Как они полагают, в этом и кроется причина повышения выхода азота, но не в снижении усвоения белка (Cummings, J.H. The digestion of pectin in the human gut and its effect on calcium absorption and large bowel function / Br. J. Nutr., 1979, 41, 477)

В ходе клинического исследования, проведенного в США, здоровые мужчины в течение 3-х недель получали дополнительно к обычному рациону по 25 г клетчатки Псиллиума в день (эта ферментируемую клетчатка извлекают из семян растения Подорожник блошный). Практически ни у кого из участников не отмечено повышение выделения азота с калом (Prynne C. J. The effects of a supplement of dietary fibre on faecal excretion by human subjects / Br. J. Nutr. 1979, 41, 495)

Растительная клетчатка препятствует усвоению белков?

В 1981 г были опубликованы результаты исследования группы экспертов из ФАО/ВОЗ, в котором они пытаются ответить на сложный вопрос – достаточно ли убедительны данные, свидетельствующие о том, что растительная клетчатка препятствует усвоению белков? В итоге авторы этой работы приходят к мнению, что такого однозначного вывода делать нельзя.

Во-первых, очень трудно сопоставить все весьма противоречивые данные, полученные в эксперименте и клинике с применением различных доз животного и растительного белка, отличающегося по своим свойствам и усвояемости, а также различной клетчатки (пищевой и функциональной). А если при этом учитывать различия в специфике диет, программ проведения исследований и методов анализа, а также индивидуальные вариации перевариваемости и усвоения белков у субъектов различного пола и возраста, то полученные результаты трактовать тем более сложно.

Во-вторых, авторы считают, что основной показатель, на основании которого делается вывод о нарушении клетчаткой усвоения белка - содержание азота в кале, является не совсем корректным. Источник этого азота, как правило, не уточняется и, если в повышении его содержания виновна клетчатка, то чаще всего вовсе не потому, что она препятствует усвоению белка.

Причины кроются совсем в другом. Так, растворимая ферментируемая клетчатка способствует повышению уровня азота так называемого «бактериального происхождения». Объясняется это тем, что при потреблении такого типа клетчатки (пребиотиков) повышается численность микроорганизмов толстого кишечника и, соответственно, их белковая масса. Эта масса не может расти бесконечно – бактерии выводятся из организма с калом, что и проявляется в повышении содержания в нем азота. Уровень азота в кале может повышать также и клетчатка нерастворимая, грубая (например, целлюлоза), но уже по другой причине. Активируя моторику толстого кишечника и способствуя более эффективному его очищению, она стимулирует слущивание состарившегося эпителия слизистой оболочки, что также повышает содержание белка и, соответственно, азота в каловых массах. А вот к числу факторов, действительно препятствующих перевариванию и усвоению белка, авторы относят угнетение клетчаткой протеолитических ферментов и укорочение времени транзита пищи по кишечнику. Далее, если речь идет о белках растительных, то тут еще присоединяется фактор их менее эффективной перевариваемости и усвоения, связанный со спецификой последовательности аминокислот и структуры (об этом написано в предыдущей статье). В целом, авторы работы полагают, что с учетом даже всех негативных факторов, клетчатка способна снижать усвоение белка не более, чем на 10%. Поскольку мы получаем белка с изрядным «запасом», то этими потерями можно вполне пренебречь (Blackburn N.A. Protein digestibility and absorbtion: effects of fibre and the extent of individual variation / WHO, UN University, Rome, 1981).

Итак, вопрос о взаимоотношении белков и клетчатки в нашей пище очень сложен и до конца не решен. Но имеющиеся данные уже сейчас дают основание полагать, что опасения того, что клетчатка препятствует усвоению основных строительных элементов нашего организма, необоснованы.