Я просто не могла пройти мимо, это самое интересное, что я читала за последние полгода. Это полезно прочесть всем, и простым людям (в тексте нет ничего сложного) и тем более врачам, студентам, ординаторам. Это наша физиология и отношения с едой, а также ответы на многие жизненные вопросы "почему" и "зачем". Это вольный перевод статьи с личными вставками. Она большая, в ней каждая строчка важна для понимания, потому наберитесь терпения и потратьте 15 минут на чтение.
Еда– это наш бензин. Содержащиеся в ней питательные вещества, такие как макроэлементы (белки/жиры/углеводы) и микроэлементы (витамины/минералы) позволяют нам жить. Помимо питательных веществ, еда содержит и непитательные вещества. К ним относится то, что мы не можем переварить, а также вредные вещества. С точки зрения жизни: питательные вещества полезны, вредные- вредны, а те, что мы не можем переварить, неперевариваемые компоненты могут быть нейтральными или полезными (неперевариваемые волокна, например, способствуют перистальтике).
Безусловно, градация полезное/вредное-- условная, ибо прежде всего зависит от ДОЗЫ потребления. Полезное, что потребляется в большом количестве может легко стать вредным. И наоборот, вредное в малом количестве не окажет вреда, ибо доза потребления будет недостаточна. Также, в виду того, что наш организм сложная система с густонаселенными зонами микробиотой, и сложными ферментными системами– категории вредное/полезное зависят и от состава микробиоты, и от состояния ферментных систем организма (та же генетика). Многие вредные вещества, ксенобиотики, обработаются ферментными системами организма и станут безвредными, например.
В совокупности, сумма пищевых компонентов с положительными и отрицательными значениями, взвешенных по их относительному количеству, определяет общее биологическое качество пищи, которое, в свою очередь, оценивается многочисленными сенсорными механизмами организма.
Сенсорные системы организма
Чтобы оценивать качество потребляемой пищи, в нашем организме есть многочисленные сенсорные системы, как то обонятельная, вкусовая, и кишечная хемосенсорная система.
Эти сенсорные системы руководят нами, чтобы оптимизировать качество потребляемой пищи, вызывая соответствующие поведенческие и физиологические реакции. Оценка качества пищи (сенсорика ее качества) имеет врожденные и приобретенные (выученные) компоненты.
Врожденные компоненты
Оценка пищи начинается со зрительной и обонятельной систем, которые обнаруживают сигналы, что коррелируют с качеством пищи: например, приматы чувствуют этанол и этил-эфиры как косвенные признаки содержания сахара во фруктах, в то время как скатол, тиол метана, путресцин и кадаверин служат косвенными признаками загрязненных и разлагающихся продуктов-- и животное все это чувствует на этапе оценки продукта. Эти запахи позволяют либо потребление пищи, либо ее избегание.
Далее включается вкусовая система, уже во время приема пищи, отслеживая потенциально полезные и вредные соединения. Активация рецепторов сладкого, умами (вкус высокобелковой пищи), соленого и кислого в определенных диапазонах приводит к гедонистическим поведенческим реакциям и принятию пищи. И наоборот, активация рецепторов горького вкуса вызывает врожденное аверсивное поведение и отказ от пищи.
После контроля зрительной, обонятельной и вкусовых систем, и их контрольных точек, пища попадает в желудочно-кишечный тракт и тут уже в работу вступают хемосенсорные кишечный механизмы. Эти механизмы опираются на специализированые клетки кишечника, такие как энтеро-хромафинные, энтеро-эндокринные и ворсинчатые. Эти клетки оснащены разнообразными сенсорами питательных веществ и ксенобиотиков, включая вкусовые рецепторы, и при обнаружении соответствующих стимулов они вырабатывают сигналы (нейропептиды, нейротрансмиттеры, эйкозаноиды и цитокины), которые действуют на сенсорные нейроны вагуса и различные резидентные клетки иммунной системы (макрофаги, дендритные клетки, мастоциты, лимфоциты). На картинке прекрасно нарисовано все это: слева- питательные вещества, справа -вредные субстанции:
- Энтеро-эндокринные клетки– это координация переваривания, всасывания и метаболизма пищи. В ответ на стимулы, они выделяют специфические гормоны кишеника, чтобы разговаривать с клетками слизистой кишечника, чувствительными нейронами и дистальными отделами ЖКТ. Их распределение в кишечнике позволяет им сообщать о составе кишечного содержимого в каждой области вдоль этой оси и реагировать определенным образом (не всегда одинаково). Например, липидный сенсор в двенадцатиперстной и тощей кишке способствует перевариванию липидов, в то время как липидный сенсор в подвздошной кишке тормозит опорожнение желудка и перистальтику. Таким образом восприятие одного и того же вещества в проксимальном и дистальном отделах кишечника имеет разное значение и вызывает разные реакции.
Энтеро-эндокринные клетки выделяют глюкагоноподобный пептид (ГЛП1) и холецистокинин (ХЦК) в ответ на восприятие питательных веществ. ГЛП1 вырабатывается в ответ на глюкозу и действует на поджедлудочную, способствуя секреции инсулина– предотвратить резкое повышение концентрации глюкозы в крови после приема пищи. ХЦК вырабатывается в ответ на липиды и действует на желчный пузырь, вызывая высвобождение желчных кислот и липаз, чтобы переварить и всосать липиды (жиры). Оба эти гормона также передают сигналы в центральную нервную систему через вагусный нерв, активируя центр насыщения. Таким образом, эти гормоны координируют пищеварительные реакции и поведенческие на макронутриенты. Таких гормонов в кишечнике гораздо больше, это были просто примеры, показать комплексное взаимодействие.
Энтеро-эндокринные клетки в первую очередь ориентированы на распознавание питательных веществ (макро), тогда как энтеро-хромафинные и ворсинчатые клетки более специализированы для мониторинга вредных компонентов пищи в кишечнике.
- Энтеро-хромафинные клетки обнаруживают химические раздражители и бактериальные метаболиты, что приводит к высвобождению серотонина и гистамина, которые действуют на вагус и энтеральные сенсорные нейроны, вызывая защитные реакции. Серотонин и гистамин (они производятся также и мастоцитами и энтеральными нейронами)– вызывают перистальтику и выработку той самой слизи кишечника. Кроме того, активация серотонином нерва вагуса способствует возникновению тошноты. Это опять же регулирует поведенческие реакции- тошнота- снижает потребление продукта, а усиление перистальтики наоборот способствует более быстрому выведению проглоченных вредных веществ, ограничивая их всасывание.
- Ворсинчатые клетки обнаруживают гельминтов и некоторых простейших, выделяя специальные цитокины и лейкотриены, что будут сигнализировать врожденным лимфоидным клеткам иммунной системы кишечника, что нужна защита организма.
Все три системы, обонятельная, вкусовая и кишечная хемосенсорная, координируются центральной нервной системой, которая вычисляет абсолютную и относительную ценность различных компонентов пищи. Эта информация передается в мозг через различные нервные пути, включая вагус, что мы уже упоминали не раз. Информация в мозге передается в специальные отделы, что активируют центр насыщения и реакции вознаграждения на пищу с положительной валентностью. Целая нейронаня сеть таким образом контролирует аппетит, частоту потребление пищи, в общем наши поведенческие реакции, включая их дерегуляцию (анорексия/булимия и тд).
В целом, модальности восприятия пищи можно разделить на обнаружение питательных веществ и обнаружение вредных веществ. Как правило, сенсорные пути для обнаружения вредных веществ имеют более низкие пороги (более высокую чувствительность) по сравнению с путями обнаружения питательных веществ.
Биологическое обоснование этого различия заключается в том, что высокий порог (и сильная десенсибилизация) сенсоров питательных веществ способствует выбору высококачественной пищи, в то время как низкий порог (и низкая десенсибилизация) для вредных веществ минимизирует потребление низкокачественной пищи. Ось кишечник-мозг оценивает относительное количество питательных веществ и токсинов и принимает решение о потреблении или избегании пищи, соотнося все это с энергетическим бюджетом организма.
Специфическая тяга к еде
Кроме того, состояние организма может влиять на выбор пищи, настраивая чувствительность различных путей к определенным макронутриентам и вредным веществам. Отдельные вкусы могут вызывать привлечение или отвращение (поведенческая реакция), но относительное количество питательных веществ и токсинов, а также метаболические потребности организма в конечном итоге определяют, будет ли пища принята или отвергнута. Например, дефицит незаменимых аминокислот способствует увеличению потребления содержащих их продуктов, в то время как дефицит энергии способствует потреблению высококалорийных продуктов. Это явление обычно известно как "специфическая тяга" (к соленой, жирной или сладкой пище), когда потеря метаболического баланса способствует потреблению продуктов, способных восстановить баланс. Эта стратегия выбора пищи хорошо работает в естественной среде с разнообразными источниками питания.
В современной среде с несбалансированным выбором продуктов питания она может привести к перееданию, чтобы компенсировать дефицит питательных веществ, что приводит к положительному энергетическому балансу и ожирению.
Обратной стороной медали является избирательное избегание потенциально вредных веществ, за счет снижения порога чувствительных сенсоров, о которых говорили выше. Классный пример- беременность, когда обонятельная и вкусовая чувствительность к продуктам с потенциально вредными компонентами (например, мягким сырам, богатым бактериями) повышается, чтобы минимизировать потенциальное вредное воздействие на плод.
Приобретенные (выученные) компоненты
Если взять все химические вещества пищи, то мы можем констатировать, что у нас есть рецепторы далеко не ко всем веществам. Например, у млекопитающих есть специальный вкусовой рецептор для глутамата, но, по-видимому, не для других аминокислот. Почему глутамата достаточно? Очевидно потому, что он встречается вместе с другими аминокислотами в составе пищевых белков и по нему организм понимает "о, поступает то, что нужно". Аналогичным образом, натрий напрямую воспринимается вкусовой системой, а другие минералы и витамины - нет, потому что другие необходимые микроэлементы требуются в гораздо меньших количествах, чем те, которые обычно присутствуют в потребляемых продуктах.
Как и многие макро- и микроэлементы, большинство токсинов и вредных веществ не могут быть обнаружены непосредственно обонятельной, вкусовой или кишечной хемосенсорной системой (т.е. они "не пахнут и не имеют вкуса"). Однако они могут вызвать последствия для организма, как же быть?
Задействованные механизмы основаны на выученном избегании, негативное воздействие вредных веществ ассоциируется с сигналами, которые обнаруживаются специальными органами чувств (т.е. обонянием, вкусом и зрением). Самым известным примером этой стратегии является феномен условного избегания (или отвращения) вкуса (или вкусовых ощущений)– условное вкусовое отвращение. (у меня такое на кокосовую кондитерскую стружку). Это защитное поведение, которое ассоциирует аромат или вкус потребляемой пищи с неблагоприятными последствиями, такими как тошнота, рвота, диарея, боли, когда-то испытанные. Ряд вредных веществ, включая хлорид лития, бактериальные токсины (привет отравления, которые ассоциируются у человека с едой) и химиотерапевтические препараты, могут вызывать такие вкусовые или вкусоспецифические аверсивные реакции. Токсины, присутствующие в пище, являются безусловными стимулами, которые не могут быть обнаружены специальными органами чувств, но вызывают безусловную реакцию, висцеральное недомогание или, в некоторых случаях, ощущение неприятного вкуса (когда химическое вещество может быть обнаружено рецепторами горького вкуса, например). Компоненты пищи, которые могут быть обнаружены обонятельными и вкусовыми рецепторами, являются условными раздражителями. Сочетание этих двух стимулов приводит к формированию условного вкусового отвращения, поэтому в будущем следует избегать любых продуктов, вкус которых связан с недомоганием, вызванным токсином (это четко для меня кокосовая кондитерская стружка). Это условное вкусовое отвращение- классический рефлекс Павлова. Токсины, присутствующие в пище, являются безусловными стимулами, которые не могут быть обнаружены специальными органами чувств, но вызывают необусловленную реакцию.
Эта стратегия "виновен по ассоциации" полезна, поскольку она снижает вероятность употребления токсина, который не обнаруживается в других случаях. Однако за это приходится платить тем, что мы избегаем употребления продуктов, не содержащих токсинов, со вкусом, который ассоциируется с токсинами. Это необходимо не только для избегания токсинов, которые не могут быть непосредственно обнаружены никакими сенсорными системами, но и для токсинов, которые обнаруживаются только после проглатывания (хемосенсорными системами кишечника). Таким образом, когда речь идет о пищевых токсинах, стратегия "лучше перестраховаться, чем потом жалеть" кажется доминирующей.
В целом все описанное выше-- это система контроля потребляемой пищи, которые выражаются в поведенческих реакциях (избегание/влечение), барьерных реакциях (выработка слизи) и настройки скорости транзита пищи (перестальтика). Отвращение к пище, чрезмерная выработка слизи и усиленная перистальтика являются защитными реакциями, вызванными обнаружением вредных веществ. В крайних случаях эти защитные реакции проявляются в виде тошноты, рвоты, диареи и мальабсорбции.
Примечательно, что эти реакции также являются общими симптомами пищевой аллергии, что позволяет предположить, что пищевая аллергия это патологическое проявление системы контроля качества продуктов питания.