Prospects of dietary fibers food fortification for the treatment and prevention of gastrointestinal diseases: A review

Full Text

Список сокращений

ВЗК – воспалительные заболевания кишечника

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

ИЛ – интерлейкин

КЖК – короткоцепочечные жирные кислоты

ПВ – пищевые волокна

СИБР – синдром избыточного роста бактерий

Введение

Интерес к пищевым волокнам (ПВ) обеспечен растущим объемом доказательств их положительного влияния на здоровье. В 2015 г. выполнен метаанализ эпидемиологических исследований значимости ПВ в профилактике различных заболеваний: установлено, что поступление каждых дополнительных 7 г в день ПВ обеспечивало статистически достоверное снижение риска сердечно-сосудистых заболеваний, колоректального рака. В 2019 г. эти результаты подтверждены другим метаанализом 185 эпидемиологических исследований (135 млн человеко-лет), где максимальное снижение рисков установлено при потреблении ПВ в диапазоне 25–29 г/сут [1]. На основании этой хорошо доказанной взаимосвязи величин потребления ПВ и здоровья в большинстве стран рекомендованы нормы потребления ПВ 25–35 г/сут, однако среднее потребление ПВ населением во всем мире пока остается низким (существенно меньше 20 г/сут) [2].

Помимо возможностей профилактики ПВ обладают значимым терапевтическим потенциалом, особенно в отношении заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Национальные и международные клинические рекомендации допускают использование ПВ в лечении синдрома раздраженного кишечника, воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), дивертикулярной болезни и при запоре [3]. Потенциал ПВ как терапевтического агента при лечении заболеваний ЖКТ обусловлен их влиянием на расщепление и абсорбцию нутриентов, улучшением гликемического и липидемического ответа, регуляцией уровня холестерина в крови за счет торможения реабсорбции желчных кислот, изменением скорости кишечного транзита, увеличением объема и изменением рН кишечного содержимого, усилением барьерной функции кишечной стенки, а также динамикой состава и метаболической активности микробиома [3]. Различия физико-химических характеристик ПВ (например, растворимости, вязкости и ферментируемости) определяют особенности их терапевтического потенциала в различных отделах ЖКТ.

Повышая вязкость кишечного содержимого, ПВ способны замедлять усвоение нутриентов, что может оказаться полезным в отношении ограничения поступления избыточной энергии, но, с другой стороны, может сопровождаться снижением биодоступности витаминов, минералов и фитонутриентов [4]. В клинических исследованиях ранее установлено, что включение вязких ПВ (пектинов) в жидкую пищу приводит к задержке опорожнения желудка, а псиллиум на скорость опорожнения не влияет [5]. С помощью сцинтиграфии доказано, что употребление отрубей грубого помола с рисом сказывается на скорости опорожнения желудка, а высокоизмельченные отруби такого эффекта на оказывали [6]. Потребление пищи, богатой ПВ, способствует сокращению времени кишечного транзита из-за стимуляции моторики увеличенным объемом кишечного содержимого, причем данный эффект является дозозависимым: снижение около 0,78 ч на каждый 1 г/сут ПВ пшеницы [7]. Наиболее эффективны в отношении увеличения объема кишечного содержимого неферментируемые ПВ с хорошей способностью связывать воду, которые могут снижать повреждающий потенциал содержимого в просвете кишки (например, вторичных желчных кислот) в отношении слизистой оболочки [8]. Добавление в пищу псиллиума формирует вязкоэластичное содержимое в кишке, уменьшает плотность каловых масс и увеличивает их объем, что облегчает перемещение по кишечнику [9]. При диарее эти же свойства псиллиума повышают плотность жидкого стула и замедляют время кишечного транзита [10]. Обогащение рациона ферментируемыми ПВ способствует повышению уровня короткоцепочечных жирных кислот (КЖК), которые способствуют устранению повреждений слизистой оболочки кишки и оказывают местное противовоспалительное действие: способствуют правильной дифференцировке В-клеток, восстанавливают синтез иммуноглобулина A на фоне бесшлаковой диеты, позволяют макрофагам и дендритным клеткам поддерживать дифференцировку противовоспалительных Т_regs и ИЛ-10-продуцирующих Т-клеток через ингибирование гистонацетилаз, снижают продукцию провоспалительных интерлейкина (ИЛ)-17 и ИЛ-22 γδТ-клетками, подавляют продукцию провоспалительных медиаторов NO, ИЛ-6 и ИЛ-12 кишечными макрофагами, уменьшают инфильтрацию эозинофилов в эпителии [11, 12]. Применение бесшлаковых рационов сопровождается нарушением секреции глюкагоноподобного пептида-1 и 2, которые синергически способствуют восстановлению целостности кишечного эпителия и его физиологической проницаемости, а также ростом популяции Bacteroides thetaiotaomicron и Akkermansia muciniphila, которые разрушают муцин и истончают слой кишечной слизи [13, 14]. ПВ как основной компонент содержимого, поступающего в слепую кишку, играют значимую роль в обеспечении видового разнообразия и количественных соотношений бактерий, населяющих кишечник, из-за различий отдельных микроорганизмов по наличию ферментов для расщепления полисахаридных связей. Влияние большинства ПВ на рост микроорганизмов видоспецифично и носит дозозависимый характер [15, 16].

Эффективность ПВ при заболеваниях ЖКТ

Учет особенностей физико-химических характеристик конкретного ПВ, его физиологических эффектов и возможных проблем с толерантностью является основополагающим для реализации клинических эффектов ПВ. Эффективность ПВ при синдроме раздраженного кишечника, дивертикулярной болезни и функциональных запорах общеизвестна и хорошо раскрыта в большом числе рандомизированных клинических исследований [17–25], однако для других заболеваний результаты применения ПВ все еще исследуются.

Воспалительные заболевания кишечника. Целесообразность применения ПВ при ВЗК неоднозначна: с одной стороны, их возможный терапевтический потенциал обусловлен усилением продукции КЖК (особенно бутирата), что может ослабить выраженность кишечного воспаления за счет регуляции экспрессии цитокинов (ИЛ-10, интерферон γ и ИЛ-1β) колоноцитами [26, 27], с другой – в исследованиях с трибутирином и β-фруктанами повышение уровня бутирата в кишке сопровождалось усилением кишечного воспаления из-за повышения активности ИЛ-1β и ингибированием NLRP3-рецептора, усилением продукции активных форм кислорода, влияющих на GLP-1R-рецепторы [28, 29]. Плохая переносимость отдельных ПВ у пациентов с ВЗК может обусловливаться утратой микроорганизмов, способных к ферментации, что делает их неферментируемыми, и их взаимодействие с рецепторами кишки запускает воспалительные изменения [30]. Пребиотическое влияние ПВ может положительно повлиять на характерное для пациентов с болезнью Крона сокращение численности Bifidobacterium и Faecalibacterium prausnitzii и сниженную продукцию КЖК у пациентов с неспецифическим язвенным колитом [30, 31]. Хотя качественных клинических исследований по применению ПВ у больных с ВЗК крайне мало, имеющиеся результаты позволяют предположить, что применение ПВ способно поддерживать ремиссию, а также восстанавливать целостность кишечного эпителия [26].

В систематическом обзоре четырех исследований по поддержанию ремиссии с помощью ПВ с участием 213 пациентов с язвенным колитом в одном обнаружено сохранение ремиссии через 12 мес во всех основных группах (псиллиум по сравнению с месалазином и с комбинированной терапией псиллиумом и месалазином), в то время как в другом показана более низкая частота неэффективной комбинированной терапии псиллиумом и месалазином (28%) в течение года по сравнению с одним месалазином (35%) [26]. С другой стороны, обсервационное когортное исследование с участием 1619 пациентов с ВЗК показало, что высокое потребление ПВ связано со снижением риска обострения у пациентов с болезнью Крона (скорректированное отношение шансов 0,58, 95% доверительный интервал 0,37–0,90), чего не наблюдалось у пациентов с язвенным колитом (скорректированное отношение шансов 1,82, 95% доверительный интервал 0,92–3,60) [32]. Систематический обзор терапии ВЗК включал 5 исследований с участием 114 пациентов с язвенным колитом, где выявлено положительное влияние ПВ (например, проросшего ячменя, комбинированных олигофруктозы-инулина) на динамику активности заболевания [26]. Однако в 5 исследованиях с участием 193 пациентов с болезнью Крона положительного эффекта ПВ не выявлено, а в 3 исследованиях не обнаружено различий эффективности диеты с высоким содержанием ПВ по сравнению с другими диетическими вмешательствами в когортах с активной и неактивной стадией заболевания [26]. В целом представленные результаты показывают, что язвенный колит более восприимчив к терапии ПВ, чем болезнь Крона, возможно, из-за образования КЖК в месте поражения [26]. Ранее в клинической практике бездоказательно рекомендовалось сокращение употребления продуктов с высоким содержанием ПВ на период рецидива заболевания, однако в настоящее время полагают, что как во время ремиссии, так и во время рецидива нет необходимости в ограничении потребления ПВ при условии хорошей их переносимости.

Гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь. Ранее исследователи отмечали наличие относительно низкого потребления ПВ у пациентов с гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью [33]. В открытом проспективном исследовании установлено, что использование псиллиума по 5 г 3 раза в день (эквивалент 12,5 г/сут растворимых ПВ) в течение 10 дней способствовало достоверному увеличению давления покоя нижнего пищеводного сфинктера (с 5,41±10,1 до 11,3±9,4 mm Hg; p=0,023) и снижению числа гастроэзофагеальных рефлюксов (с 67,9±17,7 до 42,4±13,5; p<0,001). Наиболее вероятным объяснением противорефлюксной эффективности этой разновидности ПВ является ускорение опорожнения желудка и снижение кислотности его содержимого, помимо этого рассматривается возможность связывания псиллиумом поступающего с пищей оксида азота, что нейтрализует его негативное влияние на работу нижнего пищеводного сфинктера [34]. С другой стороны, включение в рацион фруктоолигосахаридов негативно отражается на работе нижнего пищеводного сфинктера, возможно, за счет эффектов глюкагоноподобного пептида-1, обусловленных ферментацией этих ПВ в толстой кишке [35]. Необходимо проведение крупных плацебо-контролируемых исследований, чтобы подтвердить полученные ранее результаты.

Синдром избыточного роста бактерий в тонкой кишке. В исследовании, изучавшем особенности питания больных с синдромом избыточного роста бактерий – СИБР (n=988), отмечено, что во всех группах СИБР с избытком в выдыхаемом воздухе Н₂, СН₄ или Н₂₊СН₄ потребление ПВ оказалось достоверно ниже, чем в группе контроля (19,1 г/сут против 21,3 г/сут; p=0,007) [36]. В более поздних работах, посвященных СИБР, наиболее значимым отличием рационов пациентов с СИБР также выявлено низкое содержание ПВ [37]. К сожалению, к настоящему времени опубликованы лишь единичные работы, в которых у больных с СИБР оценивался эффект от модификации рациона ПВ. Так, добавление 5 г/сут гуаровой камеди во время приема стандартной дозы рифаксимина позволило увеличить эффективность терапии СИБР с 62 до 87% за счет усиления метаболической активности микрофлоры при утилизации ПВ и изменения скорости кишечного транзита [38]. Количество ПВ в рационе пропорционально толщине слоя слизи в кишечнике [39], что в свою очередь может способствовать усилению барьерной функции слизистой оболочки тонкой кишки и увеличить сопротивляемость к колонизации бактериальной флорой. Кроме того, ПВ ферментируются с образованием летучих жирных кислот, что сдвигает рН в просвете кишки в сторону кислых значений, а это ограничивает рост бактероидов [40].

Неалкогольная жировая болезнь печени. В случае неалкогольной жировой болезни печени наиболее эффективным видом диетотерапии является применение гипокалорийных рационов. Включение в рацион ПВ способствует сокращению объема пищи за счет усиления насыщаемости, обусловленной продукцией анорексигеных гормонов и подавления продукции грелина [41]. В рандомизированных контролируемых исследованиях доказано, что включение в рацион олигофруктозы или инулина способствовало снижению массы тела и улучшило контроль глюкозы у лиц с ожирением по сравнению с плацебо [42, 43]. В клинических исследованиях установлено, что увеличение потребления ПВ с 19 до 29 г/сут снижает концентрацию зонулина в сыворотке крови и уровень печеночных ферментов, уменьшает выраженность стеатоза печени, возможно, за счет уменьшения кишечной проницаемости [44]. Ферментация ПВ с накоплением в просвете кишки КЖК восстанавливает барьерную функцию кишки и уменьшает поток бактериальных метаболитов в печень, ингибирование ими активности гистонацетилтрансфераз уменьшает выраженность стеатогепатита, посредством влияния на АМФ-активируемую протеинкиназу они способствуют расходу энергии и окислению липидов гепатоцитами [45]. Эпидемиологические исследования зафиксировали факт обратной корреляции выраженности фиброза печени с уровнем потребления ПВ, а повышение потребления ПВ с 38 до 117 мг/кг в сутки снижало риск неалкогольной жировой болезни печени на 60% [46]. Сравнение эффективности 12-недельного применения сопоставимых гипокалорийных рационов с включением овсяных ПВ и без них показало, что рационы одинаково эффективны в отношении редукции массы тела, но в группе, употреблявшей ПВ, уменьшение жировой массы в печени выражено сильнее (1,1±0,2 против 1,9±0,3; p<0,05) [47].

Необходимость внедрения обогащенных ПВ пищевых продуктов

Для того чтобы реализовать описанный лечебно-профилактический потенциал ПВ, необходимо добиться регулярного употребления достаточных количеств ПВ наибольшим числом населения. Однако, несмотря на серьезные усилия по пропаганде пользы употребления ПВ, их потребление в популяции остается довольно низким (с 1999 по 2008 г. оно составило всего около 15 г/сут при рекомендуемой норме потребления 20–25 г/сут) [48]. Обогащение ПВ наиболее популярных пищевых продуктов может снизить остроту данной проблемы: исследованиями установлено, что доступность обогащенных ПВ продуктов приводит к увеличению потребления ПВ более чем на 10 г/сут по сравнению аналогично построенным рационом из необогащенных продуктов [49]. Применение концепции обогащения продуктов ПВ способно значимо улучшить качество питания населения, в то время как прежние усилия по увеличению потребления ПВ за счет роста частоты употребления овощей, фруктов и цельных злаков признаны малоэффективными [49]. Особенно важно нарастить регулярное потребление ПВ молодежью и подростками: именно в юном возрасте, когда происходит закладка функциональных резервов организма и полноценность питания определяет эффективность профилактики заболеваний старшего возраста, в то же время коррекция питания в более зрелом возрасте имеет, к сожалению, существенно меньшую эффективность [50]. В данной возрастной категории достижение этой цели будет достигнуто скорее доступностью обогащенных ПВ продуктов, чем применением ПВ в виде лекарственных препаратов или биологически активных добавок, содержащих ПВ.

Совокупность описанных особенностей строения и физико-химических свойств различных видов ПВ должна обязательно учитываться при создании обогащенных пищевых продуктов, предназначенных для восполнения дефицита в пищевых рационах традиционных источников ПВ. Основными группами обогащенной ПВ пищевой продукции, представленной сегодня на российском рынке, являются: хлебные продукты: хлеб, хлебобулочные и макаронные изделия, готовые завтраки, хлопья, каши, обогащенные мучные кондитерские изделия, обогащенная молочная продукция (в том числе кисломолочные продукты), обогащенные напитки (в том числе кисели), другие виды обогащенных пищевых продуктов (мясные изделия). При этом подбор ПВ осуществляется с учетом его известных физико-химических параметров, исследования влияния физиологически значимых концентраций ПВ на качество разрабатываемого продукта, модификации рецептуры продукта с целью нивелирования возможных изменений, вызванных введением ПВ. Так, инулин является неподходящим ПВ для обогащения макаронных изделий из-за снижения в них содержания белка и вымывания инулина кипящей водой во время приготовления, а добавление рисовых отрубей в сосиски способствует усилению окисления липидов [51, 52].

Заключение

Питание играет значимую роль в лечении и профилактике заболеваний органов пищеварения, и ПВ из-за своего влияния на все аспекты кишечной физиологии являются неотъемлемой частью оптимального рациона. К настоящему времени созрела острая необходимость в разработке новых диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов, обогащенных ПВ, с хорошими потребительскими свойствами и доказанной пользой для здоровья. Широкое внедрение обогащенных ПВ пищевых продуктов является многообещающей стратегией предупреждения и лечения заболеваний органов пищеварения.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Эта работа поддержана Российским научным фондом (грант №19-76-30014-П).

Funding source. Grant of the Russian Science Foundation №19-76-30014-P.

About the authors

Vladimir I. Pilipenko

Federal Research Center of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: vasily.isakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5632-1880

канд. мед. наук, науч. сотр. отд-ния гастроэнтерологии и гепатологии

Russian Federation, Moscow

Irina B. Perova

Federal Research Center of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: vasily.isakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5975-1376

канд. фарм. наук, ст. науч. сотр. лаб. метаболомного и протеомного анализа

Russian Federation, Moscow

Alla A. Kochetkova

Federal Research Center of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Email: vasily.isakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9821-192X

чл.-кор. РАН, д-р техн. наук, проф., зав. лаб. пищевых биотехнологий и специализированных продуктов

Russian Federation, Moscow

Vasily A. Isakov

Federal Research Center of Nutrition, Biotechnology and Food Safety

Author for correspondence.
Email: vasily.isakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4417-8076

д-р мед. наук, проф., зав. отд-нием гастроэнтерологии и гепатологии

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files