Секреты "живой лаборатории"

Секреты "живой лаборатории"

На пороге XXI века: Интервью с ленинградскими академиками

Кто-то из ученых однажды очень метко и образно назвал человеческий организм живой химической лабораторией, равной которой по сложности в природе нет. Действительно, даже мало подготовленному в области медицины и биологии человеку понятно, что в нашем организме постоянно происходят тысячи, быть может, даже сотни тысяч удивительнейших химических реакций. Они происходят при таких, например, активных жизненных процессах, как дыхание, движение, обмен веществ. Множество химических реакций совершается также во время пищеварения. На протяжении всей истории человечества интерес к этому важнейшему процессу, который обеспечивает жизнедеятельность нашего организма, был, конечно, очень велик. И наука сделала немало для его познания.
Еще недавно казалось, что о пищеварении известно практически все.
В любом медицинском учебнике подробно объяснялось, что происходит в том или ином отделе желудочно-кишечного тракта.

И все-таки в конце 50-х годов в физиологии было сказано новое слово — обнаружено явление, которое было зарегистрировано под официальным термином «открытие», что, как известно, всегда становится большим событием в любой науке. Речь идет о мембранном пищеварении. Кроме того, исследование процессов усвоения пищевых веществ на всех уровнях организации живых существ привело в свою очередь к рождению новой науки — трофологии. Честь открытия в 1958 году мембранного пищеварения, а также создания основ этой новой науки принадлежит выдающемуся советскому физиологу академику А. М. Уголеву.
Александр Михайлович — руководитель лаборатории Института физиологии имени И. П. Павлова, автор 8 научных монографий, одна из которых переведена и издана в США, и более 250 научных работ,
в числе которых капитальные обзоры и обобщающие статьи. Из них более 50 изданы за рубежом в ведущих журналах и руководствах ГДР, ВНР, ЧССР, Англии, Бельгии, США, Швеции, ФРГ и других странах.
О высоком научном авторитете ученого говорит также и перечень его научных «обязанностей». А. М. Уголев — член пленума редакционно-издательского совета Академии наук СССР, заместитель руководителя программы «Гомеостаз», заместитель председателя научного совета АН СССР по физиологии висцеральных систем, председатель проблемной комиссии «Механизмы и закономерности деятельности системы пищеварения и всасывания» в рамках совета, председатель организованной им школысеминара «Современные проблемы и методы физиологии пищеварения», член президиума Всесоюзного гастроэнте-рологического общества и член президиума общества физиологов имени И. П. Павлова, член правления Ленинградского общества физиологов имени И. М. Сеченова, член редколлегий ряда советских и международных сборников и журналов.
Академик А. М. Уголев — почетный член Британского гастроэнтерологического общества, объединяющего двенадцать крупнейших ученых. Он почетный член Чехословацкого общества имени Пуркинье, почетный член венгерского гастроэнтерологического общества, награжден медалью имени Гиппократа (ЧССР).

— Александр Михайлович, вам слово, ибо кто лучше вас может рассказать о предмете ваших исследований.
— Область науки, которой я занимаюсь, малоизвестна, хотя — ив этом весь парадокс — сам по себе предмет изучения знаком каждому человеку, можно сказать, с самого рождения. Ведь речь идет о питании и пищеварении — процессах, без которых немыслима сама жизнь. Издревле вопрос о том, как питаться, был проблемой, которая регламентировалась самыми строгими правилами и предписаниями. В них нередко отражалась народная мудрость, а иной раз просто сказывалась жизненная необходимость — ведь в определенные сезоны ощущается недостаток тех или иных продуктов питания. Так или иначе, рекомендациям в отношении питания придавалось настолько большое значение, что они входили в основные научные концепции.
Начнем, пожалуй, с самого простого — что такое питание? Как известно, все живые организмы нуждаются в пище, то есть в источниках энергии, строительных материалах и факторах, которые обеспечивают состав внутренней среды. Добывание и поглощение пищи как растительного, так и животного происхождения называется питанием. Но это лишь первый этап в стройной системе процессов, которые обеспечивают жизнедеятельность организма. Второй этап — наиболее важный и интересный для науки — пищеварение. Это процесс, при котором происходит физиологическое и химическое раздробление пищи на элементы, пригодные к всасыванию и включению в общий обмен веществ в организме. Физическое раздробление пищи осуществляется механически, а химическое — с помощью ферментов, которые вырабатываются нашим организмом.
Расщепление пищи обнаружили более двух столетий назад французский ученый Реомюр и итальянский физиолог Спалланцани. Они сделали это в очень простом опыте — извлекли из желудка проглоченную губку и обнаружили, что она пропитана соком, который способен растворить мясо в пробирке. Отсюда был сделан вывод о том, что пищеварительный тракт напоминает огромный химический завод, где сырье подвергается определенной технологической обработке — последовательному действию реактивов. В результате этого пищевые вещества расщепляются до элементов, которые и всасываются в тонкой кишке. Великий И. П. Павлов полагал, что полное представление о процессе пищеварения будет достигнуто лишь тогда, когда станет ясно, сколько, где и какого реактива выделяется в желудочно-кишечном тракте.
Следующим важным шагом в науке было открытие И. И. Мечниковым внутриклеточного пищеварения. Долгое время полагали, что этот тип пищеварения характерен для примитивных многоклеточных организмов и на более высоком уровне заменяется внеклеточным полостным пищеварением. На представлении о том, что у человека существует лишь полостное пищеварение, была основана не только теория, но и клиническая практика, то есть диагностика, лечение, профилактика и понимание сущности заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Надо сказать, что ученые быстро, если можно так выразиться, «привыкают» мыслить в рамках господствующих теорий. Возможно, поэтому биология и медицина в середине XX века хорошо приспосабливались к концепции полостного пищеварения. Однако ряд факторов не мог найти объяснения с этих позиций. Так, опыты показали, что если исключить ферменты, поступающие вместе с соком поджелудочной железы, то процесс пищеварения в тонкой кишке существенно не меняется. Пробовали менять порядок действия этих соков, например, «подавали» их сначала в желудок или в толстую кишку, но и это ничего не меняло. Наблюдения в клинике к тому же показали, что в некоторых случаях при нарушении функций главных пищеварительных желез тоже не про-исходит значительного нарушения пищеварения.
Эти и некоторые другие очень интересные факты невольно натолкнули меня на мысль, что существует еще какой-то (ранее неизвестный пищеварительный механизм, причем фантастической мощности.
Особое внимание привлекло следующее обстоятельство. Давно было известно, что пищевые продукты перевариваются в организме иногда во много десятков раз быстрее, чем в пробирке под влиянием тех же ферментов пищеварительных соков, извлеченных из кишечника. Так, например, расщепление молочного сахара — лактозы — в пробирке длится примерно 100 часов, то есть 4—5 суток, а в тонкой кишке человека всего 3—4 часа. Каким образом? Почему? Казалось бы, вне организма — in vitro — можно не только качественно, но и количественно воспроизвести процессы, которые происходят в самом организме — in vivo. Но ни в одном из опытов in vitro не удалось наблюдать таких же высоких скоростей расщепления, как in vivo.
Вот тогда — было это в конце 50-х годов — я и решил произвести такой опыт. В пробирку с крахмалом и ферментами добавил кусочек тонкой кишки, и оказалось, что скорость расщепления крахмала сразу же намного возросла... Дальнейшие опыты и исследования позволили сделать вывод о том, что расщепление пищи происходит не только под воздействием ферментов в полости желудка и в полости тонкой кишки, но и на самой поверхности кишечной слизистой.
Таким образом я пришел к заключению, что полостное пищеварение является не единственным видом переработки и усвоения пищи. Вместе с ним существует еще и целая система ферментных процессов, которые происходят непосредственно на поверхности тонкой кишки и по своей мощности не уступают классическому полостному гидролизу. Эта система гидролитических процессов и получила название мембранного пищеварения. Сегодня науке известны три основных типа пищеварения: полостное, внутриклеточное и мембранное. Все они имеют свои уникальные достоинства и серьезные ограничения. Как правило, все три основных типа пищеварения взаимодейст-вуют, причем в зависимости от определенных условий каждый из них может стать ведущим, и мы «видим» их на всех этапах эволюционной лестницы — от примитивных бактерий до человека.

— И все-таки хотелось бы заглянуть в вашу лабораторию, чтобы понять, каким образом вы пришли к этому важному открытию?
— В лаборатории вы увидите лишь обычную химическую посуду, множество приборов, различные препараты и так далее. Увидите, как наши сотрудники ставят опыты, сотни, тысячи опытов. Сами по себе эти опыты для непосвященного человека не так уж и интересны. Важно, к каким выводам они нас приводят.
Пожалуй, я мог бы рассказать вам вот о чем. Из всех наиболее ярких впечатлений, связанных с обнаружением мембранного пищеварения, мне запомнился случай с сопоставлением картины живой кишки и губчатой платины. В связи с тем что меня интересовали поверхностные явления, я усиленно просматривал литературу по небиологическим поверхностям и поверхностному химическому катализу, а также литературу по структуре кишечной поверхности. Как-то я присутствовал на одном заседании, и у меня было с собой много книг по электронной микроскопии различных губчатых веществ, а также световые снимки кишечной поверхности. Когда в зале погасили свет для демонстрации слайдов, я взглянул на свои снимки и у меня создалось впечатление, будто я вижу фото-графии тонкой кишки. Когда же свет зажгли, я обнаружил, что передо мной лежат совсем другие снимки — не кишки, а алюмосиликатного катализатора. Я был поражен идентичностью их строения.
Это удивительное сходство двух совершенно различных структур — живой и неживой материи — навело меня на мысль о том, что светооптическая структура кишки не позволяет объяснить интенсивность мембранного пищеварения, что должна существовать еще и ультрапористость тонкой кишки, сопоставимая с пористостью губчатой платины. Таким образом я, можно сказать, догадался об ультрапористости кишечной поверхности. Это произошло, конечно, не случайно, а потому, что я рассматривал мембранное пищеварение как гетерогенный катализ на поверхности кишечной слизистой. Так что, по всей вероятности, мембранное пищеварение и мембранная биология — это дитя гетерогенного катализа и физикохимии поверхностей.
Помнится, в то время я работал над этим вопросом совсем один. У меня была небольшая группа сотрудни
ков, которая занималась другими проблемами, а работа над мембранным пищеварением казалась мне настолько рискованной, что все эти эксперименты я также делал один. Однако постоянно обсуждал данные своих экспериментов с друзьями и коллегами, и значение этих бесед трудно переоценить.
Меня поддержали прежде всего мои учителя академики В. Н. Черниговский и А. Е. Браунштейн. Первый сказал, что этим стоит заниматься очень серьезно, а второй остроумно заметил, имея в виду поверхностные явления, что «крупные открытия не валяются на поверхности», но в то же время добавил, что если в дальнейших, более строгих опытах получатся такие же результаты, он будет склонен поверить им. Тем не менее у меня долго не было уверенности, что пищеварение происходит не только в полости, но и на поверхности тонкой кишки. Даже послав первую публикацию в журнал, я одновременно подготовил опровержение.
Известно, что для ученого важны сила убежденности и убеждения. Вместе с тем я непрерывно сомневаюсь. Даже после опубликования ряда научных статей все еще подыскивал все новые подтверждения или опровержения мембранного пищеварения. Что касается коллег, то подавляющее большинство их поначалу считало, что мембранного пищеварения нет, потому и дискутировать не о чем. Когда же я предложил одному американскому журналу научный обзор по мембранному пищеварению, его отвергли на том основании, что моя концепция слишком фантастична. Тем не менее через два года обзор был опубликован именно в этом журнале.
Думаю, что обнаружение мембранного пищеварения связано еще и с тем фактом, что в отличие от многих других исследователей я исходно занимался именно ферментами пищеварительного тракта и в меньшей степени процессами всасывания, считая всасывание последующим за пищеварением процессом. Таким образом, среди тех счастливых обстоятельств, которые помогли обнаружить мембранное пищеварение, главное — это моя первоначальная научная специализация. Я хочу отметить, что особенно многим обязан и другому счастливому обстоятельству — возможности учиться у таких выдающихся ученых, как академики В. И. Черниговский и А. Е. Браунштейн, профессора А. Г. Гинецинский, Н. Н. Самарин и А. Д. Слоним. ,
Ч — Что же все-таки происходит на поверхности слизистой оболочки кишечника во время мембранного пище-
варения? Как можно представить себе эти тонкие и сложные процессы?
— У человека и высших животных мембранное пищеварение происходит в совершенно особых структурах кишечных клеток. Я думаю, что их устройство должно вызывать восхищение технологов, инженеров и конструкторов, настолько оно идеально выполнено великим мастером — Природой. Прежде всего это так называемая щеточная кайма, расположенная на той поверхности кишечных клеток, которая обращена в полость тонкой кишки. Щеточная кайма состоит из множества микроворсинок, количество которых варьируется от 50 до 200 миллионов на одном квадратном миллиметре площади кишечной слизистой или от 3 до 4 тысяч штук на одной только клетке. Поры между микроворсинками исключительно малы, поэтому эта зона недоступна бактериям, и в результате заключительные этапы расщепления пищи и начальные этапы всасывания происходят в стерильных условиях. Внешняя поверхность микроворсинок кишечных и большинства других клеток покрыта так называемым гликокаликсом, состоящим из многочисленных тонких, извитых нитей — филамент, которые образуют дополнительный внешний слой. Толщина гликокаликса составляет 0,1 микрометра. Гликокаликс обладает способностью быстро обновляться. Благодаря этому щеточная кайма «работает» подобно пористому реактору — при сбрасывании «зрелого» гликокаликса создается своеобразный эффект очистки пор, и на поверхность мембраны не попадают крупные частицы пищи и бактерии.
Мембранное пищеварение в тонкой кишке осуществляется так называемыми собственно кишечными ферментами, они синтезируются, то есть вырабатываются в самих кишечных клетках и далее встраиваются в их мембрану, а также ферментами поджелудочной железы, адсорбированными в области щеточной каймы главным образом в структурах гликокаликса. При этом собственно кишечные ферменты реализуют преимущественно заключительные этапы расщепления пищевых веществ, а адсорбированные — промежуточные. Мембранное пищеварение замечательно тем, что самый последний фермент, образующий вещество, подлежащее всасыванию, и транспортер, который обеспечивает это всасывание, максимально сближены между собой. Именно благодаря этому скорость всасывания расщепленных пищевых веществ близка к скорости всасывания готовых продуктов, например глюкозы.
Следует также подчеркнуть, что пищеварительные функции могут выполнять разные органы. Даже у высших организмов, как было обнаружено лет двадцать назад, наблюдается мембранное пищеварение в сосудах. А некоторые кишечные паразиты, например ленточные черви, используют не только пищевые вещества хозяина, но и его пищеварительные ферменты, которые адсорбируются на внешних покровах тела этих паразитов и осуществляют мембранное пищеварение. Далее, у погонофор щу-пальца превратились в структуру, не отличимую от вывернутой наизнанку кишки. Она и участвует в мембранном пищеварении и во всасывании пищи.

— Каково научное значение открытия мембранного пищеварения?
— Обнаружение мембранного пищеварения имело много следствий. Прежде всего была пересмотрена основная схема механизмов переработки и усвоения пищи. Если прежде она сводилась к двухзвенному циклу — полостное пищеварение — всасывание, то теперь для человека и большинства живых организмов она стала трехзвенной: полостное пищеварение — мембранное пищеварение — всасывание.
Точно так же это оказало влияние на многие области медицины, особенно на гастроэнтерологию (как на тера-певтическое, так и на хирургическое ее направление) и на проблемы питания. В настоящее время формируются новые представления о питании и процессах усвоения пищи, существенно отличающиеся от традиционных.

— Расскажите, пожалуйста, подробнее, в чем суть новых представлений о питании и усвоении пищи?
— Вопросы нарушения питания и его коррекции со времен Гиппократа являются одними из самых серьезных, так как именно изменение диеты представляет собой наиболее безвредное средство врачебного вмешательства. История науки до сих пор знала две основные теории питания. Первая из них является частью общих представлений о живом в системе Аристотеля и Галена. Согласно этой теории, пища путем процессов, похожих на брожение, преобразуется в желудочно-кишечном тракте в кровь н поступает в печень, где происходит очистка этой крови, после чего она используется для питания тканей органов и организма в целом. По этим представлениям, кровь непрерывно образуется из пищи и так же непрерывно расходуется в процессе жизнедеятельности организма. На этой основе были построены различные лечебные диеты, которые должны были обеспечить более легкое превращение пищи в кровь и ее самые оптимальные свойства.
Понятно также, что видное место занимало представление о нарушении состава крови, а кровопускание считалось одним из наиболее эффективных методов лечения.

Вторая теория — теория сбалансированного питания, развившаяся в конце XIX —начале XX века и сохранившая значение до настоящего времени, рассматривает потребление пищи как способ поддержания постоянства молекулярного состава, при котором энергетические и другие потери возмещаются притоком необходимых веществ. При этом усвояемые вещества — нутриенты — в результате механической, физико-химической и особенно ферментативной обработки за счет полостного пищеварения всасываются во внутреннюю среду организма и включаются в промежуточный обмен. Эта классическая теория питания основывается на трех основных постулатах: при идеальном питании приток веществ точно соответствует их потере; он обеспечивается в результате разрушения пищевых структур и всасывания строительных блоков; утилизация пищи осуществляется самим поглощающим организмом. Из этого вытекает все поистине грандиозное построение, охватывающее не только теорию питания здорового и больного человека, но также идеи и технологии промышленности и сельского хозяйства, включая получение пищевых продуктов, их хранение, промышленную и кулинарную обработку и т. д.
Рассмотрим конкретные примеры. Теория сбалансированного питания установила набор жизненно необходимых пищевых веществ и определила потребности в белках, жирах, углеводах, витаминах, солях и т. д. Она приспособила питание к физиологическим особенностям организма, к его физическим нагрузкам, климатическим и другим условиям жизни. Из этой теории следует также, что пища состоит из так называемых нутриентов, то есть веществ, которые усваиваются организмом, а также, из балласта, состоящего из различных волокнистых веществ — лигнина, пектина, целлюлозы и так далее. Следовательно, пищу нужно обогащать, увеличивая количество нутриентов и отбрасывая балластные, ненужные вещества. Так возникла идея безбалластного питания. На этой идее базируется так называемое элементарное питание набором, содержащим только нутриенты, которые могут непосредственно всасываться в тонкой кишке. Уже сейчас это могло бы обеспечить идеальное питание и его контроль на молекулярном уровне. Более того, контроль с точностью до молекулы.
— Уж не те ли это таблетки и пасты, которые кочуют из одного научно-фантастического романа в другой, заменяя персонажам натуральную пищу?
— Совершенно верно. Более того, при космических полетах тоже делались попытки использовать такую пищу. В начале 60-х годов элементные диеты были, как принято сейчас говорить, уже готовы к внедрению. Сообщалось о том, что несколько поколений крыс прожило на элементных диетах без какого-либо вреда, что 19 недель 21 человек в США спокойно просуществовал на этой диете. Американцы утверждали, что на этой диете можно лететь на Марс.
В нашей стране тоже серьезно занимались этими диегами, которые привлекательны тем, что представляются идеальной пищей будущего, когда благодаря химическим технологиям и вычислительной технике можно будет контролировать молекулярный состав пищи и менять его в зависимости от возраста, состояния организма, типа работы, климата и т. п. Однако вскоре выяснилось, что идея элементарного питания сталкивается с определенными трудностями, причем немалую роль в этом сыграло обнаружение мембранного пищеварения. Более того, проверка выводов теории сбалансированного питания привела к формированию новой теории питания, в которую современная классическая теория должна войти как важный раздел.
В основу новой теории, как мы ее назвали, адекватного питания легло несколько независимых крупных открытий, которые на первый взгляд никак не были связаны друг с другом. Тем не менее они-то и привели к пересмотру прежней теории питания. В основе теории адекватного питания лежит представление о том, что наш организм является надорганизмом. Это значит, что в нем имеется желудочно-кишечная флора, без которой невозможна нормальная жизнедеятельность. Кстати сказать, была пересмотрена и теория И. И. Мечникова о том, что токсины, продуцируемые бактериями желудочно-кишечного тракта, отравляют наш организм, вызывая преждевременное старение и смерть. Выяснилось также, что нор-мальное питание обусловлено не одним потоком нутриентов, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ и что баланс пищевых веществ достигается не только при высвобождении их из пищевых структур во время ферментативного расщепления макромолекул пищи, но и благодаря жизнедеятельности бактериальной флоры. Наконец, оказалось, что важными компонентами пищи являются не только нутриенты, но и так называемые балластные вещества.
Эти основные положения и определили новую теорию адекватного питанпя, которую с полным основанием можно назвать новым способом мышления, оценок и действий в области питания. По прежней классической теории, питание осуществляется за счет потока первичных нутриентов, содержащихся в пище, поступающих из полости желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма. Согласно теории адекватного питания, помимо этого потока существует еще ряд потоков, направленных из кишечной среды во внутреннюю среду организма. В частности, к ним относятся потоки, образующиеся в результате работы бактерий, извлекающие необходимые пищевые вещества преимущественно из балласта и вырабатывающие значительное количество витаминов (в том числе незаменимых), аминокислот, углеводов и жиров. Физиологическая важность этих веществ доказывается, в частности, тем, что безмикробные животные чрезвычайно чувствительны к колебаниям состава нищи, тогда как обычные животные, желудочно-кишечный тракт которых населен разнообразной бактериальной флорой, напротив, весьма устойчивы. Это подтверждается и другим примером: у человека и животных при подавлении бактериальной флоры антибиотиками резко повышается потребность в витаминах.
В результате работы бактерий в организме возникает также мощный поток токсических и регуляторных веществ. Есть все основания полагать, что это явление совершенно нормальное, или, как принято говорить в науке, физиологичное. При том условии, однако, что оно не переходит определенных границ. Отдельные токсические вещества, которые образуются в пищеварительном аппарате под влиянием бактериальной флоры, заметно влияют на состояние организма. Многие заболевания возникают, например, из-за повышенной или пониженной активности бактериальной среды желудочно-кишечного тракта. Состав бактериальной популяции может сильно меняться под воздействием диет, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, при различных экстремальных факторах, например, при эмоциональных стрессах, космических полетах, специальных условиях и так далее. Дисбактериозы, возникающие по разным причинам, и в частности из-за применения антибиотиков, вызывают множество заболеваний, в том числе нарушения реактивности организма, скрытую патологию, и касаются большой части народонаселения.
Я полагаю, что формирование правильных представлений о кишечной бактериальной флоре, или, говоря шире, о внутренней экологии, человека имеет сегодня огромное значение. Поскольку эта флора необходима для жизнедеятельности сложных организмов и человека, ее сохранение и предупреждение загрязнения — одна из важнейших проблем современной науки.
Особо следует сказать о так называемом кишечном потоке гормонов и других физиологически активных факторах, существование которых не укладывается в классическую схему питания и в значительной мере меняет наше представление о механизмах ассимиляции пищи. В сущности, этот поток складывается из двух потоков — эндогенного и экзогенного, который образуется при переваривании пищи. Эндогенный поток состоит из физиологически активных веществ, которые вырабатывают эндокринные элементы желудочно-кишечного тракта. Это около 30 гормонов и гормоноподобных субстанций. Надо сказать, что по суммарной массе эндокринных клеток и раз-нообразию продуцируемых ими гормонов желудочно-кишечный тракт не уступает всей остальной эндокринной системе организма. Долгое время считалось, что эти гормоны контролируют функции желудочно-кишечного тракта, осуществляя главным образом саморегуляцию процессов пищеварения и всасывания. Однако впоследствии выяснилось, что эти гормоны обеспечивают также контроль эндокринных и обменных функций организма в целом.
Трудами нашей лаборатории доказано, что выключение гормональных функций двенадцатиперстной кишки при ее частичной или полной резекции приводит к развитию сложного и специфического заболевания, названного нами «синдром дуоденальной недостаточности», которое во многих случаях приводит к смерти. Важно, что при этом синдроме преобладают признаки общих, а не местных нарушений функций организма. При этом заболевании обнаруживаются также выраженные структурные изменения щитовидной железы, коры надпочечников, гипоталамогипофизарной нейросекреторной системы и так далее. Как выяснилось, среди множества кишечных гормонов есть и опиумоподобные, которые приносят нам удовлетворение от еды и ощущение сытости.
Одно время считалось, что пищеварение — неправильный термин, что нужно говорить — гидролиз пищи. Сейчас мы возвращаемся к мысли, что пищеварение — это именно переработка пищи, судя по тому, какое множество процессов происходит при этом в организме и как сложна их технология. Отсюда родилась мысль, которая, как мне кажется, будет актуальна для начала следующего столетия,— нужно как можно более разумно совмещать природную технологию внутри нашего организма с технологией искусственного приготовления пищи. Я считаю, что это задача уже не столько ученых, сколько орга-низаторов и практиков.
С позиций классической концепции сбалансированного питания, пища состоит из ценных компонентов, необходимых для обмена веществ,— нутриентов и балласта, от которого следует освобождаться. Именно на теории сбалансированного питания, как уже говорилось, было основано представление о возможности создания элементных диет. Однако сейчас стало ясно, что так называемое улучшенное, или рафинированное, питание явилось причиной многих распространенных заболеваний. Действительно, пища должна удовлетворять потребности организма на основе сформированных в процессе эволюции механизмов ее усвоения. Отсюда возникают серьезные ограничения для человека и различных животных.
Новая формирующаяся теория питания утверждает, что человеку, кроме нутриентов и балласта, необходим еще и ряд других условий. Во-первых, оказалось, что балласт — это не балласт в том смысле, что он не нужен, а напротив, одно из важнейших условий жизни. Вообще без балласта организм существовать не может. Ведь мы адаптировались к тому, чтобы питаться пищей, содержащей балласт, в процессе эволюции, и наш организм, а главное — технология его «химической лаборатории» построены таким образом, что все эти вещества непременно участвуют в биохимическом процессе. Если балластных веществ нет, мы начинаем болеть. Кроме того, балласт под влиянием бактериальной флоры пищеварительного аппарата частично преобразуется в целый ряд питательных веществ. Из него готовится некоторое количество незаменимых аминокислот, углеводов, жиров и витаминов.
Важно, что среди балласта есть особенно ценные и нежные волокна, например, в яблоках. Рецепты многих «любителей», предлагающих ту или иную диету для поправления здоровья, иногда дают неплохой результат именно потому, что их рацион содержит овощи и фрукты, то есть те самые полезные, богатые балластом компоненты, которые необходимы не только для нормального функционирования пищеварительной системы, но и всего организма в целом.
Опыты показали также прямую связь между нарушениями холестеринового обмена, образованием камней в желчном пузыре и так называемыми рафинированными пищевыми рационами, которые широко распространены в развитых странах. Увеличение количества балластных веществ в рационе снижает уровень холестерина в кровн. Дело в том, что этот уровень, зависит от участия волокон в круговороте желчных кислот. При отсутствии пищевых волокон нарушается не только обмен желчных кислот, но и холестерина и стероидных гормонов.
По мнению большинства специалистов, ошибки в питании, и в частности потребление рафинированных продуктов, стали одной из причин развития многих других тяжелых заболеваний у человека и как патологический фактор опережают рак и сердечно-сосудистые заболевания. Целый ряд нарушений, в том числе атеросклероз, гипертония, диабет зависят не только от чрезмерного потребления белков и углеводов, но и от недостатка балластных веществ, то есть пищевых волокон. Крайне важно подчеркнуть, что многие формы патологии желудочно-кишечного тракта и обмена веществ поддаются профилактике и лечению с помощью введения в рацион пищевых волокон. Как выяснилось, например, эти волокна могут влиять на всасывание глюкозы, и это можно использовать для предупреждения и лечения диабета, гипогликемии и ожирения. Во многих случаях пищевые волокна могут повышать толлерантность к глюкозе. Существуют сведения, что отсутствие пищевых волокон в днете может провоцировать рак толстой кишки. Выяснилось также антитоксическое действие растительных волокон.
В настоящее время разрабатывается проблема создания адекватной пищи, соответствующей физиологическим и биохимическим потребностям организма, возникшим в процессе эволюции. В нашей стране и за рубежом организуется производство пищевых волокон, являющихся ценным компонентом овощей и фруктов.

— Александр Михайлович, вернемся вновь к мембранному пищеварению. Скажите, в чем заключается его практическое значение?
— Поскольку речь идет о важном механизме, понятно, что практических приложений оказывается очень много. Обнаружение этого жизненно важного механизма сыграло большую роль в развитии прикладных аспектов биологии прежде всего, и, конечно, оно имеет существенное значение и для практической медицины. Так, например, выяснилось, что масса болезней обусловлена прежде всего нарушением мембранного пищеварения, причем очень многие йз них касаются даже не сотен и тысяч, а миллионов людей. Один из примеров такого весьма распространенного заболевания — непереносимость молока, которая вызывается так называемой лактазной недостаточностью, то есть недостатком или полным отсутствием фермента лактазы, расщепляющего молочный сахар — лактозу.
В середине нашего столетия был сначала обнаружен, а затем при участии Всемирной организации здравоохранения систематически исследован интересный феномен. Оказалось, что в Европе молоко не переносит примерно 5 процентов взрослого населения, а в Африке, Юго-Восточной и Восточной Азии — до 90 процентов. В слизистой тонкой кишки европейцев, живущих в Южной Африке, недостаточность лактазы наблюдается у 5 процентов и примерно у 90 процентов коренного населения.
В дальнейшем было обнаружено, что примерно в 80 процентах случаев недостаточная лактазная активность отмечается также среди населения Японии, Китая, индейцев Америки, аборигенов Австралии. Чрезвычайно сложной оказалась картина лактазной недостаточности у жителей Индийского субконтинента. При потреблении молока у людей со сниженной лактазной активностью возникают местные расстройства типа диареи или отравления вплоть до судорог и смерти. Такие люди могут, однако, безболезненно потреблять кислые молочные продукты, в которых отсутствует лактоза. Сейчас существует точка зрения, что различия в уровне лактазной активности у взрослых возникли в период формирования человеческого общества и определялись наличием или отсутствием молочного хозяйства у соответствующих народов.
В конце концов непереносимость молока для взрослых не так уж и страшна — можно прожить и без него. Гораздо серьезнее обстоит дело, когда молоко не переносит ребенок, для которого в первые месяцы жизни оно является незаменимым продуктом. Поэтому для нас было большой неожиданностью, когда выяснилось, что материнское молоко, считавшееся самым целебным пищевым продуктом, при заболеваниях у детей превращается в патогенный фактор, вызывающий тяжелую картину отравления. Не случайно в настоящее время стала развиваться промышленность по изготовлению безлактозного молока и препаратов растворимой и иммобилизованной лактазы. Замечу также, что по той же самой причине — из-за лактазной недостаточности — болеет и гибнет много молодняка крупного рогатого скота и поросят.
В свое время предлагались десятки остроумных гипотез, объяснявших лактазную недостаточность. Однако лишь в последние годы стало ясно, что причина этого заболевания лежит в нарушении мембранного пищеварения лактозы, то есть в снижении способности одного из мембранных ферментов расщеплять молочный сахар, который перестает всасываться, попадает в толстую кишку п вызывает там своеобразный всплеск бактериального метаболизма. При этом, в зависимости от состава кишечной флоры, в каждом отдельном случае образуются различные вещества, которые вызывают раздражение слизистой и потерю воды. Кроме того, всасывающиеся токсические продукты вызывают отравление, особенно при заболеваниях печени. Справедливость этой схемы подтверждается и тем, что стоит человеку принять антибиотики, как он начинает легко переносить молоко, но лишь до тех пор, пока его микрофлора подавлена.
Эволюция, создавая млекопитающих, осуществила следующие акты первостепенной важности: создала один из самых удивительных продуктов — молоко; обеспечила первоначальное развитие плода в утробе матери и дополнительное развитие детеныша благодаря трофической связи мать — потомство; создала управление этой связью с помощью системы лактаза — лактоза по принципу ключ— замок.
Стоит, пожалуй, привести еще один пример заболевания, которое находится в прямой связи с нарушением мембранного пищеварения. Это кишечное заболевание — так называемая целиакия, которая сейчас распространяется все больше. Кстати, это заболевание связано также с нарушением и транспортных функций тонкой кишки. Один из первых признаков целиакии — сильное похудание из-за того, что организм не усваивает пищевые вещества. Нарушение мембранного пищеварения происходит и при многих других заболеваниях.
Короче говоря, интерес к мембранному пищеварению сейчас уже вышел за пределы нашей лаборатории и нашего института. Клиницисты усиленно разрабатывают методы диагностики состояния мембранного пищеварения. Это крайне важно, поскольку необходимо для понимания ряда фундаментальных биологических и медицинских проблем. Стоит отметить и другое весьма важное обстоятельство — нарушения мембранного пищеварения играют большую роль не только в младенческом возрасте, но и при старении.

— Каковы перспективы развития мембранного пищеварения и трофологии?
— Суммируя вышесказанное, я могу заключить наш разговор следующим образом. Мембранное пищеварение как всякий биологический процесс неисчерпаемо и долгое время будет занимать умы исследователей. В наши дни оно привлекает возможностью решить одну из самых фундаментальных проблем не только физиологии, но и биологии в целом, а именно — проблему взаимоотношений ферментных и транспортных процессов, так как представляет собой исключительно удобную модель взаимо-действия ферментов и транспортеров. Такое взаимодействие — один пз центральных узлов любых биологических систем, потому что в конечном итоге все процессы сводятся либо к переносу вещества, либо к его изменению. Интересно, что на примере мембранного пищеварения можно хорошо проследить эволюцию механизмов усвоения пищи от бактерий до человека. При этом во многих случаях могут быть обнаружены одни и те же или сходные ферменты не только у простейших и бактерий, но и у венца творения — человека.
Итак, мы говорили с вами о трех моментах. Первый — это обнаружение мембранного пищеварения, второй — изменение концепции усвоения пищи, и третий — новая междисциплинарная наука трофология,1 которая выстраивает в единую цепь систему процессов питания и пищеварения у всех живых организмов. Предметом исследования трофологии являются общие закономерности поглощения, обработки и усвоения жизненно необходимых веществ на всех уровнях организации биологических систем — от уровня клетки, органа и организма до соответствующих связей в популяции, биоценозах и биосфере. Рассмотрение в рамках одной науки процессов микроскопических и планетарных — это в данном случае не попытка механически объединить разнородные явления, а результат наблюдений, свидетельствующих о необходимости исследовать общие явления, образующие единую, хотя и многоуровневую систему — систему трофических связей. На одном полюсе этой системы стоит трофика клетки как необходимое условие жизни, а на другом — превращение и перемещение огромных масс в биосфере в результате трофической иерархии и взаимосвязанности организмов в масштабах планеты. Это и позволяет воспринимать биосферу в определенном смысле как трофосферу, где пищевые связи образуют замкнутый круг.
Такой кругооборот в значительной мере выступает как
трофический процесс, а сами организмы составляют тро-фические цепи, где каждый вид использует определенные источники питания и вместе с тем сам служит объектом питания. Источники питания, количество п доступность пищи лимитируют распределение и численность популяции. Экологи подчеркивают, что главная побудительная причина активности всех животных — это необходимость поиска нужной пищи в достаточном количестве.
Любой организм приспосабливается как к определенному источнику питания, так и к тому, чтобы самому служить источником питания. Из этого следует, что существует взаимное приспособление трофических партнеров, иными словами, природа позаботилась о том, чтобы жертва была доступна хищнику, но не настолько легко, чтобы он мог слишком быстро настигать ее. Таким образом в природе поддерживается равновесие численности популяции, ибо хищники настигают в первую очередь больных, ослабевших и стареющих животных и вынуждены питаться преимущественно ими. В результате популяции жертвы как источника питания поддерживаются на определенном уровне. Это было продемонстрировано в невольных экспериментах человека, когда, например, в какой-либо области поголовье хищников полностью уничтожалось, а в другой — искусственно увеличивалось с помощью специальных мероприятий по охране численности этих животных.
Ежегодно на земном шаре образуется примерно 230 миллиардов тонн органического вещества, которое используется для питания различных организмов и разрушается в процессе пищеварения. Гигантское количество биомассы! И в каждом звене трофической цепи оно уменьшается на один порядок. Равновесие между синтезом и деструкцией (разрушением) — необходимое условие поддержания жизни на земле в целом и существования каждого вида в отдельности.
Грандиозность и различие масштабов, которыми оперирует трофология, не должны удивлять. Несмотря на то. что носителями жизни служат отдельные организмы, в основе жизни лежат элементарные процессы на молекулярном и клеточном уровне, а в целом жизнь возможна лишь как планетарное явление. На всех уровнях организации живых систем начальное звено жизненного цикла — усвоение пищевых веществ, а это предмет трофологии. Новая наука способна, на наш взгляд, в корне изменить многие устоявшиеся представления и эффективно послужить практике. Этохг науке еще предстоит доказать свою необходимость, но, учитывая важность проблем, плодотворность ее подходов, а также гуманность ее целей, можно надеяться, что еще при жизни нашего поколения она займет одно из самых важных мест среди других областей знаний. Замечу, в частности, что трофология позволяет избежать катастрофических результатов, которые могут произойти, например, при создании слишком больших мясных комплексов из-за того, что они будут несбалансированными с окружающей средой. Ведь трофология полагает, что каждый потребитель продуктов питания должен занимать свое строго обусловленное место в природной трофической цепи.
Далее, эта наука утверждает, что использование антибиотиков и других лекарственных веществ должно быть лимитировано так же строго, как применение наркотиков, потому что бактерии, населяющие наш желудочно-кишечный тракт, создают вторую, внутреннюю экологию. С моей точки зрения, борьба за эту внутреннюю экологию станет такой же важной, как и борьба за экологию внешнюю. Ведь даже само слово экология происходит от слова «ойкос» — дом, место жизни, обитания. Как предполагает трофология, питание со временем, скорее всего именно в XXI веке, будет совсем другим, так как появится подлинная культура питания, аналогичная другим культурам.
В заключение можно сказать, что чем дальше движется наука, тем больше открывается неизведанного. Думаю, что в новом столетии трофология станет одной из самых важных и необходимых людям наук.
Беседу вела Ирина Константинова