Почему клетчатка и пищевые волокна незаменимы в рационе?

08.12.2018

Терминология

До конца 1980-х пищевые волокна называли балластными веществами. Сегодня есть несколько определений термина пищевые волокна, чаще всего используют следующее – сумма полисахаридов и лигнина, не перевариваемая эндогенными ферментами ЖКТ человека1.

В общем смысле, пищевые волокна и клетчатка – синонимы, однако в узком контексте клетчаткой также называют целлюлозу (ее название на латыни «cellula» переводится как «клетка»).

Термин диетические волокна (или растительные волокна) шире – это целлюлоза, лигнин и гетерополисахариды, к которым относят, например, гемицеллюлозы и пектины. Диетическими волокнами называют вещества из растительной части рациона, не усваиваемые ЖКТ.

Неочищенные растительные волокна (в противоположность очищенным – диетическим) – это все волокнистые соединения в их исходном виде, то есть вместе с лигнином и полисахаридами, минералами, кутинами, липидами и тд. Обычно неочищенными пищевыми волокнами называют исходные фракции зерновых, овощей и фруктов.

Грубые волокна – это все, что остается от пищи после обработки водой, спиртами, эфиром, щелочью и серной кислотой. Это понятие применяют как меру объема целлюлозы в том или ином веществе. Суточная норма потребления грубых волокон – 6 гр для взрослых (для вегетарианцев – 8-12 гр)2.

Также есть понятие синтетические пищевые волокна, но к теме статьи оно не имеет отношения, так как это высокоочищенная целлюлоза древесного происхождения, целлофан и другие промышленные материалы.

Происхождение пищевых волокон

В растениях моносахариды метаболизируются до углеводных полимеров. Крахмал, который служит растениям в качестве энергетического запаса, хорошо усваивается в верхних отделах ЖКТ человека и лишь его малая часть попадает в слепую кишку. Пищевыми волокнами (клетчаткой) считают клейкие волокнистые полисахариды, отвечающие за структуру и форму растений. Они в тонком кишечнике не усваиваются и частично ферментируются в толстом.

В клетках растений объем между фибриллами целлюлозы (нитевидные структуры цитоплазмы) заполняет лигнин, не являющийся углеводом, и гемицеллюлозные соединения. Также целлюлоза и другие волокнистые полисахариды входят в состав клеточных стенок растений, межклеточный объем занимают другие полисахариды – пектиновые, гликопротеиновые, гемицеллюлозные и тд. В развивающихся растениях почти нет лигнина, он накапливается по мере роста, также увеличивается количество полисахаридов и белковых соединений.

Компоненты клетчатки:

– целлюлоза;

– грубые волокна (лигнин, пектины, гемицеллюлоза);

– сторонние субстанции (слизи, камеди, высококомплексированные полимеры).

Предполагается также отнести к пищевым волокнам растительные белки и минеральные соединения, не усваиваемые ЖКТ человека, хитины грибов, воски, запасные полисахариды в структуре растений3.

Практически вся растительная клетчатка – это полисахариды, которые можно разделить на три большие группы – лигнин, крахмал и некрахмальные полисахариды. Третья группа включает в себя целлюлозу и нецеллюлозные соединения, как то – гемицеллюлоза, пектины, камеди, слизи и другие вещества, в том числе – гуара и инулин. Эти полисахариды делят на растворимые и нерастворимые в воде.

Типологические признаки клетчатки и ее виды

По структуре:

– полисахариды (целлюлоза и другие углеводы);

– лигнин.

По происхождению:

– традиционные (клетчатка злаков, цитрусовых, фруктов, овощей);

– нетрадиционные (клетчатка тростника, трав, стеблей, древесины).

По получению:

– неочищенные пищевые волокна;

– подвергнутые воздействию нейтральной среды;

– подвергнутые воздействию кислой среды;

– подвергнутые комбинированному воздействию;

– клетчатка, очищенная ферментами.

По растворимости в воде:

– растворимые – слизи, камеди, пектин;

– нерастворимые – лигнин и целлюлоза.

По уровню ферментации в ЖКТ:

– неподверженные ферментации (лигнин);

– частично подверженные ферментации (целлюлоза);

– полностью подверженные ферментации (слизи, камеди, пектин).

Содержание пищевых волокон в продуктах питания

Исследования показывают, что усиливается тенденция к снижению потребления клетчатки в развитых странах4. Также отмечается, что женщины потребляют меньше клетчатки, чем мужчины. Оптимальная среднесуточная дозировка пищевых волокон – 30-45 гр, в среднем современный человек удовлетворяет потребности организма в клетчатке лишь на треть5.

    

 

Метаболизм клетчатки в ЖКТ

Ключевая особенность пищевых волокон – их полная или частичная устойчивость к амилазе и другим ферментам пищеварения. Именно поэтому клетчатка не всасывается в ЖКТ, проходя по кишечнику, она создает так называемое молекулярное сито (аморфный или фиброзный матрикс). Молекулярное сито удерживает влагу, проявляет адсорбирующие и катионообменные свойства, а также взаимодействует с бактериями толстого кишечника.

Клетчатка имеет способность не только к гидратации, но и к ионообменному набуханию, обусловленному наличием карбоксильных и гидроксильных соединений в составе пищевых волокон. Способность этих волокон впитывать влагу (набухание), удерживать ее и таким образом выводить из организма стимулирует кишечный транзит, снимает напряжение со стенок ЖКТ, повышает показатели влажности и массы фекалий6.

Клетчатка также затрагивает работу желудка – пищевые волокна замедляют процесс эвакуации переваренной пищи, что способствует более полному и длительному чувству насыщения. Этот эффект может снижать употребление высокоэнергезированной пищи и корректировать избыточную массу в сторону ее уменьшения7.

Пищевые волокна активно взаимодействуют с кишечной микрофлорой, стимулируя ее локальные и системные механизмы. Эту микрофлору называют кишечной микробиотой, она оказывает влияние на весь организм, вот ее основные функции8:

– обеспечение организма теплом;

– обеспечение эпителия энергией;

– стимулирование кишечной перистальтики;

– стимулирование тканевой регенерации;

– участие в ионном обмене;

– участие в детоксикационных процессах;

– формирование нейротрансмиттеров;

– формирование других сигнальных молекул;

– участие в работе иммунной системы;

– стимулирование синтеза иммуноглобулинов;

– участие в цитопротективных процессах;

– повышение устойчивости клеток эпителия к канцерогенам;

– подавление патогенов и вирусной активности;

– участие в саморегуляции приэпителиальной зоны;

– участие в транспорте субстратов липогенеза и глюконеогенеза;

– участие в метаболизме белков, стероидов, жирных кислот;

– участие в синтезе витаминов группы В;

– участие в синтезе пантотеновой кислоты;

– сохранение хромосомных генов.

Несмотря на устойчивость к гидролизу в кишечнике, пищевые волокна практически не обнаруживаются в кале ввиду активного взаимодействия с микробиотой. В частности, гемицеллюлозы и пектин, составляющие большую часть клетчатки злаковых, разрушаются без остатка.

Большая часть некрахмальных соединений ферментируется под действием кишечных анаэробных микроорганизмов-сахаролитиков. То есть в фекалиях могут быть обнаружены только лигнин и целлюлоза, хотя даже они, как показывают исследования, имеют зоны с деструктивными клеточными стенками9.

При ферментации клетчатки выделяется водород, примерно у трети людей – дополнительно метан. Помимо газов продуктом распада пищевых волокон являются энергия и жирные кислоты с короткими цепочками. Микрофлора, взаимодействуя с клетчаткой, продуцирует и другие метаболиты.

    

Основные метаболические эффекты пищевых волокон

Жирные кислоты с короткими цепочками, которые образуются из пищевых волокон, участвуют в аэробном тканевом метаболизме и используются организмом в качестве источников энергии. При этом кислоты, образованные из некрахмальных полисахаридов, дают до 70% всей энергии, получаемой организмом из углеводной составляющей рациона10.

Образование газов (в основном – водород и метан) – ограничивающий фактор потребления клетчатки. Однако не только пищевые волокна ведут к газообразованию, такой же метаболический эффект дают олигосахариды, например – вербаскоза, рафиноза и стахиоза, которые в большом количестве входят в состав бобовых.

Третий метаболический эффект ферментируемых пищевых волокон – образование энергии, которая поглощается микрофлорой кишечника с целью развития и выполнения прямых функций. Повышение в рационе клетчатки, подверженной кишечной ферментации, приводит к пропорциональному росту микрофлоры. При этом в условиях включения в рацион некрахмальных полисахаридов может меняться экскреция азота, метаболизм желчных кислот, выработка витаминов и другие процессы.

Также низкомолекулярные метаболиты микрофлоры, образующиеся при взаимодействии с клетчаткой, поддерживают ионный обмен, оказывают антибактериальный эффект, подавляют развитие болезнетворных микроорганизмов, активируют локальный иммунитет, участвуют в образовании глюкозы из неуглеводных соединений, в превращении ацетил-КоА в жирные кислоты.

Влияние пищевых волокон на течение патологий гастродуоденальной зоны

Гастродуоденальная зона включает двенадцатиперстную кишку и пилорический отдел желудка. Исследования показали11, что употребление клетчатки в рекомендованных дозировках может благотворно сказываться на течении патологий этой зоны, что реализуется несколькими путями.

Один из основных механизмов – увеличение периода выведения из желудка жидкой и твердой пищи (в основном, этим свойством обладают пектины) с одновременным повышением моторного индекса верхних отделов ЖКТ (важно при синдроме раздраженного кишечника). Также клетчатка (особенно – микрокристаллическая целлюлоза) ускоряет регенерацию стенок желудка и оказывает регулирующее воздействие на железистую активность – стимулирует секрецию при сниженных показателях и снижает при повышенных12.

Пищевые волокна стабилизируют активность желудочного сока и могут регулировать уровень pH (в частности – повышать его в антральном отделе). Также клетчатка может улучшать поглощение желчных кислот, препятствуя движению желчи в неестественном направлении (регургитация – выброс в желудок).

Относительно влияния на язвенную болезнь сведения противоречивы, однако как минимум одно исследование13 показало, что употребление пищевых волокон может снижать частоту рецидивов и существенно продлевать периоды ремиссии при язве желудка.

После перенесенной желудочной резекции клетчатка позволяет не допустить возникновение депинг-синдрома или оперативно устранить его при появлении14. Ввиду воздействия на метаболизм желчных кислот и секрецию желудка пищевые волокна выступают профилактикой онкологии прямой и ободочной кишки. Также клетчатка улучшает выделение железами внутренней секреции глюкагоноподобного пептида-1 и подавляющего полипептида желудка, которые необходимы для нормальной работы органа15.

Влияние клетчатки на усвоение пищи и пищеварительные ферменты

Исследования о влиянии пищевых волокон на усвоение белков, углеводов и жиров показывают16,17,18, что клетчатка подавляет панкреатические ферменты, снижает активность липазы и амилазы, повышает вязкость и стабилизирует pH желудочного сока в процессе приема пищи.

Активность амилазы (расщепляет крахмал) снижается как минимум на 30%, активность липазы (растворяет и разделяет липиды на фракции) – на 40%, триптическая активность (расщепление белков) понижается на 40% и более. При этом фосфолипаза, отвечающая за гидролиз фосфолипидов, ингибируется только пектином до 75%.

Таким образом, регулярное употребление клетчатки способствует замедлению усвоения белков, углеводов и жиров, что приводит к общему снижению энергетической ценности рациона. Именно эти результаты побудили ученых продолжить исследования, чтобы оценить влияние пищевых волокон на усвоение других биологически значимых веществ – нутриентов.

Исследования продемонстрировали19,20, что клетчатка может понижать усвоение кальция, железа, магния, цинка и стимулировать выведения азота из организма. Также потребление клетчатки может негативно сказываться на балансе витаминов A, E и С, серина, треонина и глютаминовой кислоты.

Однако все эти эффекты приобретают статистически значимый уровень лишь при превышении рекомендованных дозировок пищевых волокон и выявлены далеко не во всех исследованиях. Кроме того, клетчатка из злаков практически не влияет на метаболизм минеральных веществ, гораздо важнее способность пищевых волокон выводить из организма радионуклиды и тяжелые металлы. Также исследования показывают, что при длительном приеме пищевых волокон в организме происходят адаптивные процессы, корректирующие уровень усвоения нутриентов.

Тем не менее, совместно с пищевыми волокнами может быть рекомендован прием витаминно-минеральных комплексов. Нет необходимости постоянно употреблять клетчатку, как правило, ее назначают курсами для лечения или профилактики различных патологических состояний.

Пищевое волокно пектин взаимодействует с тяжелыми металлами (например, со свинцом) и образует с ними пектинаты, выводя токсичные вещества из организма вместе с калом. Также пектин задействует механизм гель-фильтрации, обволакивая стенки кишечника, что препятствует всасыванию тяжелых металлов. То есть этот вид пищевого волокна способствует выведению актуально поступающих тяжелых металлов и одновременно препятствует вторичной реабсорбции уже имеющихся, попадающих в ЖКТ с желчью и другими секретами.


Более того – продукты метаболизма пектина также выводят тяжелые металлы из крови. Дело в том, что пектин частично гидролизуется микроорганизмами ЖКТ, в результате образуется галактуроновая кислота, которая попадает в кровь, реабсорбируясь в кишечнике. Гидроксильные и карбоксильные группы галактуроновой кислоты могут связывать практически все тяжелые металлы, включая ртуть, свинец и кадмий, в результате выводя их с мочой.

Основные эффекты от приема пищевых волокон21, 22, 23, 24, 25:

– устранение моторно-эвакуаторных нарушений;

– стабилизация пропульсивных и тонических сокращений кишечника;

– нормализация и стимулирование облигатной микрофлоры;

– энергообеспечение и нормализация трофики колоноцитов;

– нормализация внутрикишечного давления;

– профилактика дивертикулеза кишечника;

– снижение концентрации канцерогенов;

– нормализация pН желудочной среды;

– снижение концентрации свободного аммиака;

– снижение концентрации холестерина в желчи;

– препятствование образованию желчных камней;

– повышение уровня «хорошего» холестерина (ЛПВП);

– снижение степени гепатической энцефалопатии (ПЭ);

– общая нормализация обмена веществ;

– модификация всасываемости углеводов;

– нормализация липидного обмена;

– нормализация деятельности сердечнососудистой системы.

 

Клетчатка из продуктов питания и в качестве биологически активной добавки к пище помогает избавиться от лишних жировых отложений за счет продолжительного чувства насыщения, удлинения времени опорожнения кишечника, нормализации липидно-углеводного обмена и ряда других метаболических эффектов.

Клетчатка из хлебных злаков приводит к повышению эффективности использования углеводов периферическими тканями, подавляет всасывание глюкозы из кишечника, повышает гликемию, снижает выработку интестиальных гормонов, подавляет активность антинутриентов. В результате, стимулируется гликолиз и корректируется инкреция инсулина, что в комплексной терапии помогает при диабете.

Еще одно свойство клетчатки – подавление аллергических реакций и устранение псевдоаллергических синдромов. Механизмов несколько – абсорбция аллергенов в кишечнике, снижение синтеза биогенных аминов, стимулирование иммунорезистентности. Клетчатка снижает объемы эндогенного гистамина и других аминов, ответственных за аллергические реакции при патологиях ЖКТ26,27.

Выводы

Пищевые волокна действительно жизненно важны для человека, так как участвуют во многих метаболических процессах и являются профилактической мерой ряда заболеваний. Однако не нужно доводить до фанатизма, так как превышение суточной номы клетчатки может привести к проблемам с ЖКТ (вздутие, диарея), а также к дефициту нутриентов ввиду снижения степени их усвоения.

Недостаток пищевых волокон в рационе можно компенсировать курсовым приемом соответствующих добавок, например – инулин, клетчатка из вегетативной части пшеницы, яблочный и цитрусовый пектин, МКЦ-ультрасорбент, лактулоза или шелуха семян подорожника. Однако пищевые волокна (клетчатка) могут быть противопоказаны при ряде патологий, поэтому сначала проконсультируйтесь с врачом.

 

1.    Trowell H. The Development of the Concept of Dietary Fibre.

2.    Ардатская M. Метаболические эффекты пищевых волокон.

3.    Ардатская M. Метаболические эффекты пищевых волокон.

4.    Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids.

5.    Eastwood M. Dietary fiber: how did we get where we are?

6.    Anderson J. Health benefits of dietary fiber.

7.    Anderson J. Health benefits of dietary fiber.

8.    Бабин B. Локальные и системные функции микробиоты.

9.    Ардатская M. Метаболические эффекты пищевых волокон.

10. Säemann M. Short-chain fatty acids: bacterial mediators of a balanced host-microbial relationship in the human gut.

11. MacDermott R. Treatment of irritable bowel syndrome in outpatients with inflammatory bowel disease using a food and beverage intolerance, food and beverage avoidance diet.

12. Ewaschuk J. Probiotics and prebiotics in chronic inflammatory bowel diseases.

13. Friedman G. Nutritional therapy of irritable bowel syndrome.

14. Guarner F. Inulin and oligofructose: impact on intestinal diseases and disorders.

15. Keenan M. High-amylose resistant starch increases hormones and improves structure and function of the gastrointestinal tract: a microarray study.

16. Greger J. Nondigestible carbohydrates and mineral bioavailability.

17. Jones P. Are functional foods redefining nutritional requirements?

18. Agostoni C. Scientific Opinion on Dietary Reference Values for carbohydrates and dietary fibre.

19. Lockyer S. Health effects of resistant starch.

20. Keenan M. Role of resistant starch in improving gut health, adiposity, and insulin resistance.

21. Rodríguez-Cabezas M. Intestinal anti-inflammatory activity of dietary fiber (Plantago ovata seeds) in HLA-B27 transgenic rats.

22. Dietary fiber: Essential for a healthy diet.

23. Miller J. CODEX-aligned dietary fiber definitions help to bridge the «fiber gap».

24. Raghupathy P. Amylase-resistant starch as adjunct to oral rehydration therapy in children with diarrhea.

25. Ramakrishna B. A randomized controlled trial of glucose versus amylase resistant starch hypo-osmolar oral rehydration solution for adult acute dehydrating diarrhea.

26. Tan J. Dietary Fiber and Bacterial SCFA Enhance Oral Tolerance and Protect against Food Allergy through Diverse Cellular Pathways.

27. Aitoro R. Gut Microbiota as a Target for Preventive and Therapeutic Intervention against Food Allergy.


Возврат к списку

*********************************
'api:main.feedback' is not a component