Естественные технологии биологических систем - Уголев Александр Михайлович - Страница 20

Рис. 17. Механизмы всасывания макромолекул в кишечнике новорожденных млекопитающих.

А — селективный транспорт γ-глобулинов молозива матери в тощей кишке новорожденных млекопитающих с участием специфического редепторного центра (1) мембраны микроворсинок. γ-Глобулины, по-видимому, защищенные от внутриклеточного лизосомного переваривания из-за связывания с рецепторным центром, транспортируются из клетки в больших количествах. Б — неселективное поглощение и транспорт других молекул, происходящий в тонкой кишке большинства новорожденных млекопитающих. Незрелые кишечные клетки поглощают большое количество макромолекул, которые после внутриклеточного переваривания в фагоомах поступают во внутриклеточное пространство в крайне незначительных количествах. 2 — лизосома; 3 — фаголизосома.

Содержание лактозы в материнском молоке значительно выше, чем в коровьем. При нормальном кормлении ребенка часть лактозы достигает толстой кишки, обеспечивая благоприятную слегка кислую среду для развития молочнокислых и других полезных бактерий. Напротив, при использовании коровьего молока лактоза не достигает толстой кишки и в полости последней вместо молочнокислого брожения возникают гнилостные процессы, что приводит к постоянной интоксикации организма ребенка. Формирование токсических продуктов на фоне слабости кишечного и печеночного барьеров может приводить к нарушениям как физического, так и интеллектуального развития ребенка, которые сказываются не только в детстве, но и в более поздние периоды жизни.

В последние годы сделаны удачные попытки оптимизировать замену грудного молока добавлением к молочным смесям лактозы с тем, чтобы восстановить молочнокислое брожение и подавить гнилостное.

Достижения биологии и, в частности, ее физико-химических направлений служат основой для быстрого прогресса наших знаний в области физиологии и биохимии процессов ассимиляции пищи. Были сделаны крупнейшие открытия, которые оказали влияние на всю стратегию питания. В результате успехом молекулярной биологии, мембранологии и цитологии были установлены общие закономерности строения и функционирования систем, обеспечивающих поглощение и ассимиляцию пищевых веществ организмами всех пяти царств биота: бактерий, грибов, простейшие, растений и животных. Это относится как к экзо-, так и к эндотрофии. Поразительно сходны у представителей всех царств биота свойства транспортных систем, участвующих в поглощении и переносе нутриентов через мембраны и клеточные слои (у многоклеточ-ных организмов). Наконец, близки или идентичны механизмы высокоэффективного перехода от переваривания к всасыванию без потери веществ и скоростей процесса в целом с помощью ферментно-транспортных комплексов клеточной мембраны.

Анализ формирующейся теории адекватного питания свидетельствует, что мы вышли далеко за пределы классических представлений о пищеварении и питании и представлений об ассимиляторных процессах в живых системах. Возникает необходимость в рассмотрении всей информации с единых позиций, что может быть реализовано в пределах междисциплинарной науки — трофологии.

Предметом исследования трофологии являются общие закономерности ассимиляции жизненно необходимых веществ на всех уровнях организации живых систем — от клетки, органа и организма до соответствующих связей в популяции, биоценозах и биосфере. Трофология охватывает многие области знаний: механизмы и закономерности трофических взаимодействий, трофику клеток и тканей, гастроэнтерологию, науку о питании, и в том числе диететику, иммунологию, микробиологию, экологию, ассимиляторные аспекты почти всех биологических наук, а также некоторых химических и технологических наук, определенные научные проблемы сельского хозяйства, многие пограничные проблемы (например, физиология аппетита и функции депо, трофические функции нервной системы и гормонов) и т.д. Другими словами, трофология объединяет звенья искусственно разорванной и разделенной между этими областями знаний единой ассимиляторной цепи.

Перед трофологией стоят актуальные проблемы теоретического и прикладного значения. К числу теоретических проблем следует отнести механизмы поглощения и ассимиляции пищевых веществ, механизмы распределения и перераспределения этих веществ в пределах организма и одной клетки, взаимоотношения и регуляцию пищевых связей в биоценозах, механизмы передачи пищевых веществ вдоль трофических цепей, роль трофических процессов в циркуляции веществ в биоценозах и биосфере, трофические проблемы эволюции видов, биоценозов и биосферы.

К числу прикладных проблем трофологии, которые являются первоочередными в современной науке, следует отнести проблему идеальной пищи и оптимального питания, согласование и критерии производственных технологий питания на основе трофологических анализов, защиту и сохранение естественных трофических систем, управление трофическими циклами в отдельных биоценозах и в биосфере, создание искусственных рациональных и эффективных трофических систем на Земле и в космосе.

С позиций трофологии, растениеводство и животноводство как отрасли народного хозяйства, использующие и перерабатывающие растительные и животные богатства, должны плодотворно взаимодействовать как части трофических циклов. Практические аспекты трофологии могут дать более надежную основу как для промышленной и сельскохозяйственной продукции пищевых средств, использованных ранее, так и для разработки оптимального питания и кормления. Ряд аспектов трофологии выходит далеко за пределы научной основы индивидуального питания и превращается в базу промышленного и аграрного производства пищевых продуктов и поддержания равновесия биологических сообществ.

Трофология, как и многие новые науки, опирается не на один, а на множество различных методических подходов, в том числе на математические, химические, физические и биологические. Трофологические подходы включают соотнесение свойств пищевых продуктов и трофических процессов на всех уровнях организации живых систем с их значением в обеспечении энергетического и пластического обмена анализируемой системы.

Жизнь на Земле возможна лишь как планетарное явление, как форма существования биосферы с обязательным для нее кругооборотом веществ и потоков энергии — биотическим круговоротом. Равновесие между синтезом и деструкцией веществ — необходимое условие поддержания жизни в планетарном масштабе и существования каждого вида. Биотический круговорот при этом выступает в большей степени как трофический процесс, а сами организмы составляют трофические цепи, где каждый вид использует определенные источники питания и вместе с тем сам служит пищевым объектом.

С деятельностью живых систем связана та часть поверхности Земли, которая объединена под названием биосферы. Ясно, что живые системы, представляющие собой активную силу, действующую сегодня, составляют лишь сравнительно небольшую часть биосферы, которая организована как система круговоротов. В последние включен ряд неорганических компонентов. Многие неорганические вещества превращаются в органические и проходят превращения в метаболических звеньях трофических цепей, а затем в идеальных случаях возвращаются в метаболические звенья компонентов круговорота.

Понимание биосферы как трофосферы, состоящей из различных трофоценозов с их цепными и разветвленными связями, обеспечивающими циркуляцию веществ и энергии, позволяет решать проблемы охраны окружающей среды и поддерживать экологическое равновесие путем анализа пищевых соотношений и их сохранения. В некоторых случаях при нарушении трофических цепей возможно их восстановление за счет включения недостающих звеньев.

Следует обратить внимание на несколько аксиоматических положений: 1) в основе энергетики жизни и образования органических веществ лежат преимущественно солнечная энергия и процессы фотосинтеза; 2) основная часть энергии расходуется в результате метаболизма в самих аутотрофных организмах; 3) лишь небольшая часть аккумулированного материала (примерно 10%) переходит в следующее звено трофической цепи и т.д. Следовательно, лишь небольшая часть энергии, накопленной в органических веществах, передается по трофическим цепям. Однако именно эта неметаболизированная часть и является самой важной, так как она определяет состав биосферы, ее единство, гомеостаз и многие другие свойства.