Уголев А. М. Теория адекватного питания и трофология.
Л.: Наука, 1991. 272 с. - (Наука и технический прогресс).
Книга посвящена фундаментальным и прикладным аспектам проблем питания и ассимиляции пищи. В рамках новой междисциплинарной науки трофологии сформулированы основные постулаты теории адекватного питания, в которую классическая теория сбалансированного питания входит как важная составная часть. Охарактеризованы основные потоки, поступающие из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, эндоэкология и ее главные физиологические функции, роль кишечной гормональной системы в жизнедеятельности организма, общие эффекты этой системы и ее роль в развитии специфического динамического действия пищи. Рассмотрены происхождение жизни, возникновение клеток, трофических цепей и т.д. в свете трофологии, а также ее некоторые биологические аспекты. Показано, что трофологический подход плодотворен для понимания процессов ассимиляции пищевых веществ на всех уровнях организации живых систем, а также для биологии в целом, равно как и для некоторых общих проблем профилактической и клинической медицины. Книга предназначена для широкого круга подготовленных читателей, интересы которых включают биологические, технологические, гуманистические, экологические, медицинские и другие проблемы питания и пищеварения. Библиогр. 311 назв. Ил. 30. Табл. 26.
Ответственный редактор - доктор биологических наук Н. Н. Иезуитова
Рецензенты:
доктор медицинских наук проф. A .И. Клиорин
доктор медицинских наук проф. В.Г. Кассиль
ISBN5-02-025-911-Х
© А.М.Уголев, 1991
© Редакционная подготовка, оформление - Издательство «Наука», 1991
Предисловие
Одна из важнейших задач книги - рассмотреть ряд проблем, решение которых может быть найдено лишь после фундаментальных исследований на человеке и животных. К числу таких проблем следует отнести прежде всего проблемы пищи и питания. Именно в проблеме питания, быть может, больше, чем где бы то ни было, интегрированы этика и наука, добро и зло, знания и загадки. Вместе с тем нельзя забывать и тот общеизвестный факт, что и недостаток, и изобилие пищи относятся к могущественнейшим факторам, действующим не только в природных условиях, но и в условиях развитых цивилизованных обществ. Еще со времен Гиппократа пищу сравнивали с наиболее мощным лекарством. Однако неправильное употребление такого лекарства, как и любого другого, может привести к драматическим последствиям.
Одна из целей книги заключается также в том, чтобы показать истинное место питания в феномене жизни на Земле и в той части биосферы, которая связана с жизнью человека. В этом случае надо обратить внимание на поиски дальнейших путей развития проблемы питания, что стало возможным после новых революционных достижений второй половины XX в. в биологии и в науках, на которые она опирается.
Важно иметь в виду гуманистическую сторону проблемы питания, в которой принято, что человек - вершина трофической пирамиды. Такая пирамида, как это понятно, отражает логическое развитие общих представлений и идей гуманизма, сформировавшихся в эпоху Возрождения, когда человек помещался в центр мироздания. Такие представления, давшие человечеству столь много, в то же время привели к идее победы человека над природой и в конечном итоге к экологической катастрофе, на грани которой оказался мир. В этой книге, как и в предшествующей (Уголев, 1987а), мы пытаемся показать, что с естественно-научной точки зрения представления о трофической пирамиде не обоснованы. В действительности человек, будучи носителем ноосферных признаков, в трофическом отношении является одним из звеньев сложной замкнутой системы круговоротов в биосфере с ее трофическими связями. С точки зрения объективного наблюдателя, более правильной представляется идея гармонизма человека и окружающего мира, которая становится все более популярной по мере углубления понимания его сущности. Преимущества идеи гармонизма перед антропоцентрическим подходом особенно видны при анализе пищи будущего и в связи с необходимостью включения пищи человека в трофические цепи биосферы.
Основное внимание в сущности уделено двум теориям питания - классической теории сбалансированного питания и новой развивающейся теории адекватного питания, их характеристике, сопоставлению и анализу плодотворности применения к решению важнейших теоретических и прикладных аспектов проблемы питания. При этом питание рассматривается как одна из тех функций, которая объединяет животных и человека. В связи с этим появилась возможность от антропоцентрического решения проблемы перейти к построению новой теории адекватного питания. В отличие от классической эта теория характеризуется биологическими, и в особенности эволюционными, подходами к рассмотрению проблем, связанных с питанием как человека, так и живых организмов всех типов на всех уровнях организации и экологической специализации.
В книге делается попытка представить систематизированную аргументацию контуров новой теории адекватного питания, которая идет на смену классической теории сбалансированного питания. Как бы ни была привлекательна новая теория, она не может развиваться лишь под влиянием практических импульсов и должна иметь надежный естественнонаучный фундамент. Таким фундаментом может служить трофология. Достижения в области биологии и медицины за последние десятилетия, открытие неизвестных ранее закономерностей и важные обобщения дают основания считать, что формируется новая наука, названная нами трофологией, которая, подобно экологии, является междисциплинарной. Это наука о пище, питании, трофических связях и всей совокупности процессов ассимиляции пищи на всех уровнях организации живых систем (от клеточного до биосферного). Трофологический подход, обоснования и преимущества которого приведены ниже, дает возможность в рамках трофологии не просто уточнить классическую теорию питания человека, но и развить значительно более широкую теорию адекватного питания.
Очевидно, что рассмотрение классической и новой теорий питания с позиций новой биологии требует прежде всего изложения сути самой трофологии. Это и определило структуру книги.
В небольшой по объему книге нет возможности дать детальный анализ не только трофологии, но и теории адекватного питания. Попытаемся обсудить их самые существенные аспекты в наиболее общей и одновременно определенной форме. Для этого рассмотрены, в частности, механизмы ассимиляции пищи. В связи с этим прежде всего охарактеризованы фундаментальные и прикладные аспекты трофологии. Затем на примере истории науки о питании продемонстрировано, как опасны, а иногда и трагичны были те этапы, когда осуществлялось интенсивное решение прикладных задач без достаточного понимания уровня организации живых систем на основе фундаментальных наук. Для этого освещены основные постулаты и следствия современной классической теории сбалансированного питания, ее достоинства и недостатки, а затем в сжатой форме формирующаяся в настоящее время теория адекватного питания, новые тенденции в этой области и т.д.
Следует заметить, что антропоцентричность — один из недостатков классической теории питания и многих других теорий. Действительно, теория должна базироваться на закономерностях, которые характерны по крайней мере для многих, если не для всех, живых организмов. Так, мы уже давно обращали внимание на общность основных механизмов ассимиляции пищи (в частности, механизмов гидролиза и транспорта) у всех организмов. Вот почему эволюционный подход к вопросам питания, который является одним из главных отличий теории адекватного питания от классической теории, кажется особенно важным.
В книге в сжатой форме освещены как теоретические, так и прикладные аспекты теории адекватного питания. Эта теория может быть полезной для новых решений ряда важных современных задач, связанных с оптимизацией питания. Например, одной из важнейших задач XX в. являлась реализация идей синтетической пищи и прямого (парентерального) питания, как об этом незадолго до своей смерти писал великий французский химик П.-Э.-М. Бертло. Возникает вопрос, осуществимы ли идеи, касающиеся создания и использования синтетической пищи, а также парентерального питания? Можно и нужно ли реализовать их? Ответы на эти вопросы, имеющие огромную научную и практическую значимость, может дать теория адекватного питания. Выводы относительно невозможности использования улучшенной или идеальной пищи, вытекающие из этой теории, находятся в противоречии с рекомендациями классической теории. Мы постараемся показать, что по крайней мере гармонический человек должен сохранить развитый желудочно-кишечный тракт как орган, обеспечивающий не только извлечение определенных нутриентов, но и ряд биологических процессов, имеющих жизненно важное значение. К ним относятся продукция гормонов, трансформация ряда биологически активных веществ и т.д.
Как отмечено выше, в последние десятилетия представления о механизмах ассимиляции пищи и, следовательно, об их биологическом и экологическом значении претерпели кардинальные изменения. В частности, установлено, что существенную роль в питании не только человека и животных определенных групп, но и всех высших организмов играет их эндоэкология, т.е. определенным образом организованная внутренняя кишечная (или энтеральная) среда и населяющие ее организмы, главным образом микроорганизмы.
В настоящее время продемонстрировано, что у высших организмов происходит не только извлечение из пищевых продуктов некоторой полезной части, но их трансформация и обогащение под влиянием бактериальной флоры. В результате этого неутилизируемые пищевые продукты превращаются в активную, обладающую рядом уникальных свойств, часть пищи. Оказалось, что те вещества, которые ранее считались балластом, имеют чрезвычайно важное значение в жизнедеятельности организма. Эти вещества, к которым относятся преимущественно пищевые волокна, в ходе эволюции включились в обмен. Специальный анализ показал, что снижение доли пищевых волокон в рационе провоцирует различные заболевания. Интересно, что еще Авиценна обращал внимание на необходимость питания хлебом и кашами из цельного зерна, овощами и фруктами, содержащими пищевые волокна. Это свидетельствует о близости идей великого врача древнего Востока и многих современных исследователей.
Меняются также представления о механизмах и значении барьерных (защитных) функций желудочно-кишечного тракта, что имеет значение для понимания и дальнейшего развития физиологии питания и новой теории адекватного питания.
Нельзя не сказать о витальной роли регуляторных веществ в функционировании не только пищеварительной системы, но и организма в целом, что учитывается в теории адекватного питания, но не принимается к сведению в теории сбалансированного питания. Классическая теория исходила из представлений о существовании лишь одного потока, направленного из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, — потока полезных пищевых веществ, или нутриентов. В отличие от этого новая теория рассматривает, кроме нутритивного, несколько потоков, к которым относятся поток регуляторных (гормональных) соединений, потоки бактериальных метаболитов и токсических соединений, образующихся благодаря деятельности микрофлоры пищеварительного аппарата и поступающих с загрязненной пищей или из загрязненной внешней среды. В книге охарактеризованы кишечная гормональная система, ее общие эффекты, в том числе влияние на специфическое динамическое действие пищи и регуляцию потребления пищи.
При рассмотрении прикладных аспектов теории адекватного питания особое внимание уделено молочному питанию, питанию новорожденных, концепции культуры питания как части трофической культуры. Следует заметить, что молочное питание интерпретируется как способ сохранения трофических связей матери и потомства. Интересно, что помимо млекопитающих молоко продуцируют птицы ряда видов. Обращает на себя внимание сходство химического состава молока млекопитающих и птиц.
В книге даны также некоторые представления об эволюционных аспектах трофологии, освещены происхождение жизни на Земле, возникновение клеток и трофических цепей. Трофологический подход плодотворен для понимания не только процессов, протекающих в живых системах различной сложности, но и биологии в целом, медицины, экологии, питания и т.д.
В заключение следует отметить, что книга состоит из ряда логически связанных глав. В то же время каждая глава сама по себе является отдельным очерком, или эссе. В связи с этим читатель в разных главах увидит сходные высказывания и мысли.- Этот прием был необходим для того, чтобы все взаимосвязанные главы книги в то же время представляли собой самостоятельные очерки, каждый из которых может привлечь внимание читателя рассматриваемым там аспектом общей проблемы питания.
Наконец, читателю представляется возможность сделать собственный выбор между двумя теориями питания, которые разделены не только уровнем знаний, но и разной аксиоматикой. Это приводит к совершенно различным выводам и практическим действиям врачей, специалистов в области сельского хозяйства и пищевых технологий, химиков, экологов, а также специалистов, так или иначе связанных с разработкой теоретических или прикладных проблем трофологии.
Глава 1. Трофология - новая междисциплинарная наука
Вводные замечания
В предисловии отмечено, что основная цель данной книги заключается в попытке охарактеризовать и сопоставить две теории питания - классическую (теория сбалансированного питания) и новую (теория адекватного питания), а также оценить в той мере, в какой это возможно, будущее этих теорий, особенно в связи с решением ряда важных теоретических и прикладных аспектов проблемы питания. Однако прежде всего следует познакомиться с комплексом проблем и наук, на базе которых строится новая теория питания. Необходимо сразу же заметить, что до самого последнего времени науку о питании и теорию питания принято рассматривать как результат приложения различных биологических наук к решению задач питания человека.
Сравнительно недавно параллельно развитию новой теории адекватного питания стала формироваться и новая мультидисциплинарная наука о процессах ассимиляции пищи и трофических взаимоотношениях на всех уровнях организации живых, или биологических, систем - трофология. Трофология и является той наукой, в рамках которой целесообразно рассматривать как теории питания, так и другие теории, касающиеся процессов ассимиляции пищи и их особенностей.
Как известно, жизнь на всех уровнях организации связана с расходом веществ и энергии. Поэтому первое необходимое условие продолжительного существования биологических систем любого иерархического уровня и развития жизни в целом - поступление извне веществ, обеспечивающих энергетические и пластические потребности этих систем. Совокупность процессов, связанных с поступлением и усвоением пищевых веществ, принято обозначать как питание в широком смысле этого слова; оно включает в себя добывание пищи, ее поглощение, переработку (т.е. пищеварение, или превращение в ассимилируемую форму), всасывание, или транспорт, ассимилируемых веществ в клетки и внутреннюю среду организма. (Вслед за этим следует комплекс процессов, объединяемых под названием «интермедиарный обмен», с его многочисленными транспортными, синтетическими, катаболическими и другими трансформациями).
В результате прогресса биологических наук стало возможным охарактеризовать некоторые общие закономерности питания на всех уровнях организации биологических систем - от клеточного до популяционного и биосферного, включая эволюционные и экологические аспекты. Все это привело к формированию новых фундаментальных концепций и позволило нам, начиная с 1980 г., сформулировать основные положения трофологии.
Для формирования этой науки существенное значение имеет развитие проблем, связанных с питанием. Их решение требует нетрадиционных подходов к проблемам пищи, питания и обмена веществ. Уже сейчас с помощью трофологии можно преодолеть многие трудности, которые возникают за счет различных подходов, не идентичности оценок и экспериментальных приемов, используемых в разных науках при изучении трофических процессов.
Новые науки рождаются тогда, когда состояние научных знаний и методов позволяет вскрыть фундаментальную общность явлений и процессов, которые по своей природе ранее казались далекими друг от друга и были предметом исследования различных наук. Для формирования трофологии решающим оказался ряд важных открытий. К их числу относятся открытие мембранного пищеварения и доказательства универсальности этого механизма как главного в реализации промежуточных и заключительных стадий гидролиза всех основных групп пищевых веществ и в переходе к транспорту, открытие лизосомального пищеварения, а также различных типов транспорта, непищеварительных эффектов кишечной гормональной системы и др. Благодаря этим открытиям была установлена общность закономерностей организации и функционирования систем, обеспечивающих поглощение и ассимиляцию пищи организмами всех пяти царств: бактериями, грибами, простейшими, растениями и животными (в том числе человеком). При этом оказалось, что все многообразие процессов питания и ассимиляции пищи в мире живых существ может быть сведено к нескольким фундаментальным механизмам, которые будут охарактеризованы ниже.
Трофология в настоящее время переживает период становления. Тем не менее ее большое теоретическое и прикладное значение очевидно уже сейчас.
Предмет и задачи трофологии
Предметом трофологии являются общие закономерности ассимиляции жизненно необходимых пищевых веществ на всех уровнях организации биологических систем - от уровня клетки, органа, организма до популяций, биоценозов и биосферы в целом. Несмотря на фантастическую разницу в масштабах явлений, происходящих на клеточном и биосферном уровнях, многие закономерности ассимиляции пищи универсальны.
Трофология так или иначе затрагивает ряд областей знаний: трофику клеток и тканей, гастроэнтерологию, науку о питании и в том числе диететику. Тесно связаны с ней иммунология, микробиология, экология, ассимиляторные аспекты почти всех биологических и медицинских, а также многих химических и технологических наук, определенные научные проблемы сельского хозяйства, многие пограничные проблемы (например, физиология аппетита, трофические функции нервной системы и гормонов и т.д.) и др. Иными словами, трофология объединяет многие звенья единой ассимиляторной цепи, искусственно разорванной и разделенной между различными областями знаний.
Перед трофологией стоят проблемы большого теоретического и прикладного значения. К числу теоретических проблем относятся механизмы ассимиляции пищевых веществ, механизмы распределения и перераспределения этих веществ в пределах организма и одной клетки, взаимоотношения и регуляция трофических связей в биоценозах, механизмы передачи пищевых веществ вдоль трофических цепей, роль трофических процессов в циркуляции веществ в биоценозах и биосфере, трофические аспекты эволюции видов, биоценозов и биосферы в целом. Наконец, проблемы трофики являются одной из центральных в загадке происхождения жизни.
В свою очередь трофология дает принципиально новые возможности для решения прикладных задач. К прикладным проблемам трофологии, являющимся первоочередными в современной науке, относятся проблемы идеальной пищи и оптимального (или по крайней мере рационального) питания в реальных условиях; разработка новых критериев для технологий, связанных с производством и хранением пищи; защита и сохранение естественных трофических экосистем на основе трофологического анализа; согласование естественных и производственных пищевых технологий; управление трофическими циклами в отдельных биоценозах и биосфере в целом как для защиты природы, так и для повышения пищевой продуктивности естественных и искусственных систем; создание эффективных и рациональных трофических связей в искусственных (в том числе замкнутых) экосистемах, в микробиосферах и других системах, и т.д.
Следует отметить, что трофология в известной мере уже сейчас способна дать более точный, чем ранее, ответ на вопрос, какой должна быть пища человека с учетом сформировавшихся в ходе эволюции особенностей трофических процессов в его организме, а также какой должна быть пища животных различных видов. Трофологический анализ создает более надежные критерии для формирования оптимальных аграрных и промышленных пищевых технологий.
Трофология, как многие новые науки, базируется не на одном, а на многих различных методических подходах, включающих в себя биологические, химические, физические, математические и др. Однако подобно, например экологии, трофология имеет и только ей одной присущий подход. Так, специфика экологического подхода в конечном итоге заключается в сопоставлении свойств определенной биологической системы (организма, популяции) со средой, в которой живет данный организм или популяция. Точно также трофологический подход включает соотнесение свойств пищевых веществ и трофических процессов на всех уровнях организации биологических систем (от клеточного до биосферного) с их значением в обеспечении энергетических и пластических потребностей анализируемой системы. (Более подробно трофология освещена в ряде наших сводок: Уголев, 1980, 1983, 1984а, 1984б, 1985, 1986а, 1987а, 1987б).
Важно заметить, что именно трофологический подход позволил сформулировать основные постулаты формируемой в настоящее время теории адекватного питания (см. гл. 3). Как упомянуто выше, первоначально наука о питании развивалась в свете теории и практики питания человека. Такой антропоцентрический подход в определенной мере характерен для античной теории питания, а также для сформированной в течение XVIII-ХХ вв. классической теории сбалансированного питания (см. гл. 2). Эта теория и сегодня служит основой для теоретических построений и практических действий в области медицинских и биологических наук, а также в их применении к здоровому и больному человеку. Однако открытие общих закономерностей ассимиляции пищи, одинаково справедливых и для наиболее примитивных, и для наиболее высокоразвитых организмов, способствовало появлению новой эволюционно аргументированной теории адекватного питания, пригодной для анализа ассимиляторных процессов у всех организмов. При этом теория адекватного питания включает теорию сбалансированного питания как важную составную часть.
Наконец, следует сказать несколько слов об ауторегуляции потребления пищи. Потребление и ассимиляция нутриентов из окружающей среды (в том числе транспорт, утилизация, деградация, выведение продуктов распада и т.д.) даже самыми примитивными организмами, как будет показано ниже, - чрезвычайно сложный процесс, который находится под контролем регулирующих механизмов данной системы. Большинство групп организмов имеет весьма сложные способы регулирования потребления пищи, особенно животные, активно разыскивающие, выбирающие и поглощающие пищевые вещества. Нередко это требует особых форм поведения и наличия различных систем сигнализации. Эти вопросы выходят далеко за пределы данной главы и книги в целом, однако они являются важной частью трофологии как науки.