КОМПОЗИЦИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ИЛИ ЛЕЧЕНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И КОМПОЗИЦИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН, ЭФФЕКТИВНАЯ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ХОЛЕРЫ
COMPOSITION OF DIETARY FIBERS FOR PREVENTING AND TREATING DISEASES OF DIGESTIVE SYSTEM AND COMPOSITION OF DIETARY FIBERS EFFECTIVE AT TREATMENT OF CHOLERA

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится, вообще, к пищевым волокнам и, конкретнее, к композиции, содержащей частично гидролизованную гуаровую камедь (PHGG) и фруктоолигосахариды (FOS), а также к способам ее введения.
Уровень техники, к которому относится изобретение
Пищевые волокна
Пищевые волокна представляют собой углеводы, получаемые, в основном, из клеточных стенок растений, устойчивые к перевариванию ферментами человека. Они хорошо известны из-за своей способности изменять кишечную среду, посредством этого модулируя физиологические процессы по всей длине кишечника, причем действие в тонком кишечнике и в толстом кишечнике различается. Основной функцией волокон в тонком кишечнике является увеличение вязкости, в то время как в толстом кишечнике они служат в качестве субстрата для продуцирования короткоцепочечных жирных кислот (SCFA). Различные физические свойства волокон и их соответствующее действие вместе обеспечивают нормальное функционирование кишечника.
Волокна представляют собой углеводы и лигнин, которые не могут быть гидролизованы пищеварительными ферментами человека, но ферментируются кишечными бактериями с образованием водорода, метана, диоксида углерода, воды и SCFA. Волокна типично классифицируют на основании их способности к ферментации, растворимости и вязкости. Самые способные к ферментации волокна растворимы и являются вязкими, а самые нерастворимые волокна являются невязкими и не способны к полной ферментации. В настоящее время маркировка пищи для классификации пищевых волокон фокусируется на растворимости.
Нерастворимые волокна, включая целлюлозу и лигнин, совершенно не растворяются в воде и минимально ферментируются в толстой кишке. Они служат, в основном, в качестве наполнителей из-за их способности удерживать воду. Нерастворимые волокна увеличивают массу стула и обеспечивают нормальное продвижение содержимого по кишечнику, ослабляя констипацию, когда потребление жидкости адекватное.
Растворимые волокна растворяются в воде и могут ферментироваться кишечными бактериями, 90% которых находится в толстой кишке. Способность к ферментации зависит от степени растворимости волокон и размера частиц. Например, когда растворимость волокон повышается и размер частиц уменьшается волокна ферментируются быстрее. Растворимые волокна оказывают различное благоприятное действие во время переваривания, такое как замедление освобождения желудка с увеличением периода насыщения, замедление скорости абсорбции глюкозы и связывание стеринов, что способствует снижению сывороточного холестерина. Растворимые волокна включают пектин, камеди, некоторые гемицеллюлозы, подорожник, гуаровую камедь, фруктоолигосахариды (FOS), инулин и галактоолигосахариды (GOS). Кроме того, значительные количества растворимых волокон обнаружены во фруктах, овощах и зерновых, включая ячмень и овес.
Другое благоприятное действие волокон ассоциируется с их способностью к ферментации и образованием SCFA. Ацетат, пропионат и бутират заключают в себе 83% SCFA, образованных в толстой кишке. SCFA легко абсорбируются эпителиальными клетками кишечника, обеспечивая энергию и стимулируя перенос натрия, поглощение воды и интестинальный рост. Через такие механизмы SCFA способствуют нормализации частого жидкого стула, вызванного назначением лекарственных средств, воздействием патогенных бактерий и заболеванием. Кроме того, как предпочтительное топливо для мышечных клеток толстой кишки бутират играет критическую роль во влиянии на нормальный рост и развитие эпителиальных клеток толстой кишки. Соответственно, бутират обладает антионкогенной активностью и вносит вклад в целостность слизистой оболочки. Соответственно, такие свойства помогают организму самому защищаться от развития злокачественности и патогенной бактериальной инвазии.
Физиологически SCFA находятся в низких концентрациях в подвздошной кишке. Однако уровень подвздошных SCFA может возрасти в несколько раз при некоторых физиологических и клинических состояниях. Многочисленные исследования показали, что SCFA, присутствующие в концевой части подвздошной кишки, стимулируют перистальтические сокращения и повышают тоническую активность, которая может добиться реакции опорожнения. Соответственно, волокна, которые дают высокие количества SCFA, могут усилить моторику кишечника и потенциально облегчить констипацию.
Концентрации SCFA самые высокие в проксимальной части толстого кишечника, главным образом, из-за большей доступности углеводов. В экспериментах по ферментации in vitro с фекальными бактериями показано, что отдельные полисахариды разрушаются с различной скоростью. Это открытие соответствует бактериальным катаболическим процессам в кишечнике, поскольку в большой степени концентрация субстрата регулирует путь, по которому организмы конкурируют за способный к ферментации субстрат, а также механизм регулирования, вовлеченный в реакции ферментации.
Исследования показали, что тип волокон, присутствующих в пище, будет влиять не только на количество, но также на свойства SCFA, образовавшихся во время ферментации. Оказывается, что образование ацетата происходит, главным образом, при ферментации гликолитическими бактериями толстой кишки и анастомозе фруктозо-6-фосфата фосфокетолазой при воздействии бифидобактерий. Пропионат возникает, главным образом, в силу фиксации диоксида углерода бактериодов, а бутират возникает, главным образом, из конденсации ацетил-S-кофермента А фузобактерий и эубактерий.
В одной из работ сообщается, что наивысшее образование ацетата происходило при ферментации глюкозы с последующей ферментацией FOS. Вероятно, это является результатом гликолиза и параллельного воздействия бифидобактерий соответственно. Высокое образование пропионата достигалось при ферментации целлюлозы и PHGG, а высокие уровни бутирата получали через ферментацию шелухи подорожника и PHGG. Частично гидролизованная гуаровая камедь (PHGG) давала наибольшее количество SCFA после 24 часов периодического культивирования.
Рост микробиоты
SCFA промотируют формирование здоровой среды в кишечнике, стимулируя рост полезных бактерий, таких как бифидобактерий и лактобациллы, и ингибируя рост вредных бактериальных штаммов. Полезные бактерии способствуют здоровью кишечника, стимулируя положительную иммунную реакцию и устраняя рост вредных бактерий. По указанным причинам SCFA являются такими важными после лучевой терапии, применения антибиотиков, резких изменений питания и других событий, известных как нарушающих субпопуляции микробиоты в кишечнике. В связи с культивированием положительной микробиоты растворимые волокна обладают умеренным послабляющим действием, которое может способствовать предотвращению или облегчению констипации.
Человеческий желудочно-кишечный тракт можно представить как экосистему, в которой бактериальные субпопуляции примерно 800 видов бактерий взаимодействуют друг с другом, интестинальными эпителиальными клетками хозяина и компонентами иммунной системы хозяина. Специфические бактериальные субпопуляции процветают, когда кишечная среда является подходящей. Доступность питательных веществ, рН, физиологические процессы и отсутствие конкурирующих бактерий - все влияет на смесь бактерий, которые заселяют кишечник в данное время.
Полезные бактерии, как правило, называемые пробиотиками, давно используют для увеличения доли полезных бактерий в кишечнике и предотвращения или лечения клинических состояний. Полезное действие, связанное с пробиотиками, включает меньшую частоту и менее длительную диарею, связанную с антибиотиками и химиотерапией, стимуляцию положительной иммунной реакции и снижение содержания онкопромотирующих ферментов в толстой кишке. Что касается пробиотика, промотирующего рост полезных бактерий в кишечнике, то он должен выживать при прохождении через желудок и сохранять свою способность заселять дистальный отдел кишечника и толстую кишку. Обычно используемые пробиотики включают штаммы лактобацилл и бифидобактерий. Обычными пищевыми источниками пробиотиков являются йогурт, пахта, кимчи, квашеная капуста и другие обработанные и молочнокислые пищевые продукты.
Пребиотики являются субстратами для роста потенциально полезных бактерий, присутствующих в толстой кишке. Например, полезные бактерии, поддерживаемые пребиотиками, способствуют сохранению роста и функции слизистой оболочки, включая перенос воды и электролитов. Таким образом, пребиотики определяют как неперевариваемые ингредиенты пищи, которые благоприятно воздействуют на хозяина, селективно стимулируя рост и/или активность одного или ограниченного числа видов бактерий, известных как улучшающих здоровье. Однако при таком определении применение пребиотиков рассчитано, по меньше мере, частично, на ожидание наличия дефекта в микробиоте хозяина и того, что обеспечение пребиотиками может быть благоприятным. Такое определение также предполагает, что пребиотик действует, стимулируя рост микроорганизмов только в толстой кишке. Однако бактерии также присутствуют в концевом отделе подвздошной кишки, и пребиотики могут стимулировать рост таких организмов, также улучшающих здоровье хозяина.
Синбиотики представляют собой смесь пре- и пробиотиков, которые благоприятно действуют на хозяина. Такое сочетание улучшает выживание пробиотиков во время прохождения верхнего отдела желудочно-кишечного тракта и промотирует более эффективное заселение в толстой кишке. Таким образом, синбиотики могут вызывать такой же совокупный эффект, как пребиотик, т.е., рост полезных бактерий в толстой кишке. Показано, что синбиотики, вводимые пациентам на зондовом питании после большой операции на брюшной полости или пересадки печени, уменьшают частоту послеоперационных инфекций по сравнению с парентеральным питанием или зондовым питанием при отсутствии волокон.
Иммуномодулирующее и противовоспалительное действие
Полагают, что соотношение между энтеральной флорой, наследственным иммунитетом и иммунной системой слизистой играет критическую роль в состоянии здоровья и патофизиологии, лежащей в основе хронического деструктивного воспаления, которое характеризует воспалительное заболевание кишечника (IBD). В нормальном состоянии энтеральные бактерии толстой кишки не будут вызывать деструктивной воспалительной реакции в кишечнике. Действительно известно, что продукты бактериальной ферментации играют активную и благоприятную роль в гомеостазе в эпителии и толстой кишке. SCFA, образовавшиеся при бактериальной ферментации неперевариваемых углеводов пищи, обеспечивают незаменимый энергетический субстрат для эпителия толстой кишки. Дефицит SCFA может привести к развитию колита - хронического воспаления кишечника.
В одной из работ сообщается, что бутират изменяет экспрессию генов и белков фактора внутриклеточной адгезии 1 (ICAM-1), IL-6, СОХ-2 и PGE2 в эндотелиальных клетках интестинальных капилляров человека в ответ на бактериальный липосахарид. Это указывает на иммуномодулирующую и антиангиогенную роль бутирата.
Также сообщается, что бутират ингибирует стимулируемую TNF-α экспрессию фактора адгезии 1 клеток сосудов (VCAM-1) и ICAM-1 в эндотелиальных клетках умбиликальной вены человека (HUVEC), снижая продуцирование как белка, так и специфической мРНК через ингибирование активации NF-KB. Кроме того, известно, что бутират усиливает рецептор α, активированный пероксизомальными пролифераторами (PPAR-α). Такие результаты показывают, что бутират может иметь противовоспалительные свойства не только в колоноцитах, но также в эндотелиальных клетках. Противовоспалительные и антиатерогенные свойства бутирата частично можно связать с воздействием на активацию NF-KB и PPAR-α и на ассоциированную экспрессию VCAM-1 и ICAM-1.
Перенос бутирата
Недавно идентифицированы специфические связанные с G-белком рецепторы для SCFA у млекопитающих, экспрессированные преимущественно на клеточных мембранах иммуноцитов. Ассоциированные с кишечником иммуноциты присутствуют в собственной пластинке непосредственно под слоем эпителиальных клеток. Концентрация SCFA, необходимая для активации таких рецепторов, составляет от примерно 0,01 мМ до примерно 1,0 мМ. Поскольку люминальные концентрации SCFA в толстой кишке довольно высокие, SCFA должны, вероятно, достигать таких концентраций со стороны серозной оболочки слоя эпителиальных клеток толстой кишки, что облегчается их абсорбцией через переносчика монокарбоксилата в сочетании с натрием (SMCT). Поэтому такие рецепторы имеют значение для различных физиологических и патологических состояний, связанных с воспалением кишечника и противоопухолевым иммунитетом. Способность переносчика опосредовать активную абсорбцию бутирата - ингибитора гистондеацетилаз может лежать в основе его роли подавления опухолей в толстой кишке.
SCFA также служат в качестве лигандов для специфических связанных с G-белком рецепторов на ассоциированных с кишечником иммуноцитах. Так как концентрации таких жирных кислот в просвете толстой кишки довольно высокие, SMCT может облегчать трансцеллюлярный перенос таких жирных кислот из просвета в собственную пластинку, где присутствуют иммуноциты, причем таким образом обеспечивается связь между кишечной флорой и иммунной системой кишечника.
Некоторые исследования показали, что обработка бутиратом активирует различные факторы транскрипции, такие как PPAR-γ, а также мРНК рецептора витамина D и уровни белков. В другой работе показано, что бутират влияет на экспрессию PPAR-γ, но активирует этот рецептор не непосредственно. PPAR-γ представляет собой ядерный рецептор, который регулирует экспрессию большой матрицы генов, вовлеченных в дифференцировку адипоцитов, липидный обмен, чувствительность к инсулину, воспаление и атерогенез. Таким образом, волокна, которые преимущественно ферментируются микробами, продуцирующими бутират, могут играть благоприятную роль при лечении диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и воспалительного заболевания кишечника.
Пребиотический потенциал
Пищевые волокна, классифицируемые как пребиотики, могут модулировать рост субпопуляций бактерий и в сочетании с экзогенными полезными бактериями или пробиотиками, определяемые как синбиотики, способны к дополнительной поддержке здоровья пищеварительной системы. Растворимые волокна могут иметь высокий, умеренный или низкий пребиотический потенциал в зависимости от их способности стимулировать рост полезных бактерий, длительности их ферментации и количества SCFA, которое они дают. Нерастворимые волокна обладают слабым действием как пребиотики или не обладают им, так как они только в минимальной степени ферментируются бактериями в толстой кишке.
Известны количественные способы измерения in vitro пребиотического действия волокон. Волокна оказывают поддающееся измерению действие на рост большинства видов бактерий в кишечнике человека, в частности, бифидобактерий и лактобацилл, что является критерием пребиотического действия (МРЕ). МРЕ включает три компонента:
1) скорость, с которой ферментируются волокна;
2) изменения в бактериальных популяциях и
3) продуцирование SCFA.
Скорость ферментации волокон определяют по изменению концентрации волокон со временем. Так, чем быстрее уменьшается концентрация волокон, тем выше скорость ферментации бактериями. Изменения в микрофлоре измеряют "пребиотическим индексом", когда возрастания скорости роста бифидобактерий, лактобацилл и эубактерий рассматривают как положительное действие, а увеличение бактериодов, клостридий, Escherichia coli и сульфатредуцирующих бактерий как отрицательное действие. Различные волокна поддерживают рост различных бактерий и, следовательно, дают различные картины и/или количества SCFA. Однако пребиотическое действие, как правило, ассоциируется с бактериями, продуцирующими молочную кислоту, причем бифидобактерии и лактобациллы являются главными производителями молочной кислоты. Следовательно, отношение накопления молочной кислоты к накоплению всех SCFA дает качественную, а также количественную оценку проверяемых волокон. МРЕ предоставляет количественный анализ пребиотического потенциала волокон и дает дополнительное подтверждение благоприятного действия определенных волокон. Поэтому МРЕ является полезным инструментом при идентификации типов и конкретных количеств волокон, которые способствуют оптимальному здоровью пищеварительной системы и профилактике или лечению заболеваний кишечника.
Баланс между полезными и патогенными бактериями исключительно важен для поддержания нормальной физиологии кишечника, так как такой баланс оказывает непосредственное действие на иммунную функцию и переваривание пищи и абсорбцию питательных веществ. Выбранные волокна оказывают дополнительное благоприятное действие на здоровье пищеварительной системы, вытекающее из их способности влиять на интестинальные бактериальные субпопуляции. Таким образом, пищевые волокна косвенно вносят вклад в:
- улучшение барьерной функции слизистой оболочки, предотвращающей транзит патогенных бактерий из кишечника в кровеносную систему;
- активацию полезных субпопуляций и ослабление патогенных бактериальных субпопуляций;
- образование SCFA - основного источника энергии для эпителиальных клеток в толстом кишечнике;
- улучшение иммунитета хозяина через взаимодействие между интестинальными иммуноцитами и патогенными бактериями.
Уникальные химические, биологические и физические свойства пищевых волокон являются причиной благоприятного воздействия на здоровье, связанного с их потреблением. Достаточное потребление волокон для хорошего здоровья рекомендуется всему населению, так как питание с высоким содержанием волокон может способствовать предупреждению и лечению различных хронических состояний, которые поражают пищеварительную систему, а также другие системы организма. Например, пищевые волокна оказывают нормализующее действие на повышенное кровяное давление и уровни холестерина и ассоциируются с пониженной опасностью сердечно-сосудистого заболевания. Кроме того, пищевые волокна особенно важны при уходе за детьми и престарелыми, а также пациентам после операции, тяжелобольным и хроническим больным.
Например, у больных после операции и тяжелобольных, а также больных, которым требуется энтеральное питание в период обострения, растворимые волокна способствуют предупреждению диареи, часто связанной с энтеральным питанием. Для пациентов с нарушенной функцией кишечника подходит введение 6-10 г волокон на литр. Клинические испытания показали, что для больных после операции и больных с нормальным функционированием кишечника благоприятно более высокое потребление волокон, причем 10-15 г на литр являются подходящей поддержкой. Показано, что после большой операции на брюшной полости или пересадки печени заболеваемость послеоперационными инфекциями существенно ниже у пациентов, в энтеральное питание которых добавлена смесь волокон и сопутствующего пробиотика, в то время как результаты у пациентов, получавших обычное питание без волокон, не были такими же благоприятными.
Для пациентов с хроническим состоянием или заболеванием и пациентов, которым требуется энтеральное питание длительное время, подходит потребление как нерастворимых, так и растворимых волокон. Констипация является часто встречающейся проблемой у таких пациентов, часто из-за неподвижности, возраста или неадекватного потребления жидкости и/или волокон. Констипация особенно обычна у пациентов с зондовым питанием. Включение смеси волокон при приемах пищи, рекомендованных для всего населения, если они переносятся, может способствовать предупреждению запоров (констипации) и зависимости от слабительных и клизм. Пребиотическое действие растворимых волокон, одних или в сочетании с пробиотиком, может способствовать облегчению или предупреждению связанной с антибиотиками или инфекционной диареи также у больных хроническими заболеваниями.
Рекомендации по питанию
Рационы, бедные волокнами, ассоциируются с повышенным риском заболевания. Напротив, рационы с высоким содержанием волокон могут нормализовать или улучшить здоровье пищеварительной системы. Рекомендуют богатый волокнами рацион, включающий как растворимые, так и нерастворимые волокна. Рекомендованное ежедневное употребление волокон для взрослого здорового человека составляет 20-35 г. Рекомендованное ежедневное потребление для детей рассчитывают, складывая возраст ребенка и 5 г для детей 2 лет и старше. В США среднее потребление волокон остается ниже рекомендованных уровней при типичном среднем потреблении только 14-15 г в день. Хорошие источники пищевых волокон включают фрукты и овощи, продукты из цельного и с высоким содержанием клетчатки зерна и бобовых. Высокое потребление таких продуктов, как правило, не является привычным. Более того, многие продукты, популярные в рационе на Западе, содержат мало пищевых волокон. Даже индивидуумы, потребляющие рацион, богатый волокнами, могут иметь неадекватное потребление волокон для профилактики запоров. Поэтому при таких обстоятельствах важным является обогащение пищевыми волокнами.
Рацион, богатый волокнами, ассоциируется с профилактикой и лечением заболевания, в том числе, ожирения, метаболического синдрома, болезни сердца, инсульта, диабета, рака толстой кишки и расстройств пищеварения. Представление о том, как волокна взаимодействуют с кишечной средой, способствуя здоровью и/или лечению заболевания, охватывает интервал от ранних стадий, когда определяют связь, до дальнейших стадий, когда выдвигаются гипотезы о механизмах.
Ожирение
Имеющиеся результаты предполагают, что достаточное потребление пищевых волокон может способствовать предотвращению увеличения веса и способствовать потере массы. Предполагаемые пути действия включают замедленное опустошение желудка, что удлиняет ощущение насыщения, возникающее после приема пищи, и приводит к улучшенному регулированию уровней глюкозы после приема пищи с высоким содержанием волокон. Эпидемиологические исследования показали, что взрослые люди, в питании которых больше волокон, имеют склонность быть стройнее и меньшую вероятность страдать от ожирения, чем взрослые люди, которые потребляют мало клетчатки. При клинических испытаниях дополнительные 14 г волокон в день привели к 10% снижению потребления энергии и потере массы тела в среднем на 1,9 кг в течение четырех месяцев.
Болезнь сердца и инсульт
Результаты многочисленных клинических испытаний показывают, что повышенное потребление вязких волокон снижает общий холестерин липопротеинов низкой плотности (LDL), что приводит к утверждению, касающемуся здоровья, одобренному Управлением Соединенных Штатов по пищевым продуктам и лекарственным препаратам: "Растворимые волокна из пищевых продуктов, таких как овсяные отруби, как часть питания с низким содержанием насыщенных жиров и холестерина, могут снизить опасность болезни сердца". Кроме того, сводный анализ исследований 10 перспективных групп по потреблению волокон в Соединенных Штатах и Европе показал, что добавление каждых 10 г волокон в день ассоциируется с 10% снижением опасности случаев коронарной болезни и 24% уменьшением числа смертей от ишемической болезни сердца. Рационы, богатые волокнами, также могут способствовать снижению повышенных уровней кровяного давления. В двух промежуточных испытаниях обнаружено, что повышение потребления волокон из овсяных круп и овсяных отрубей приводило к умеренным, но существенным улучшениям при гипертензии. В то время как потребление вязких волокон с пищей и с биологически активными добавками эффективно при снижении холестерина LDL, обширные эпидемиологические исследования предоставляют убедительное доказательство того, что рационы, богатые волокнами из цельного зерна, бобов, фруктов и овощей, также могут снижать опасность болезни сердца.
Диабет
В некоторых исследованиях перспективных групп обнаружено, что рационы, богатые волокнами, ассоциируются с существенным снижением опасности развития диабета 2 типа. Показано, что потребление волокон или с пищей или в добавках оказывает благоприятное действие на содержание глюкозы в крови и реакции на инсулин, а также на липидные профили. Результаты 23 клинических испытаний показали, что рационы с высоким содержанием волокон снижали уровни глюкозы на 13-21%, уровни холестерина LDL на 8-16% и уровни триглицеридов на 8-13%. На основании таких результатов Американская диабетическая ассоциация признает благоприятное действие пищевых волокон на больных диабетом, что отражается в последней рекомендации Ассоциации по потреблению волокон, по меньшей мере, 25-50 г в день.
Метаболический синдром
Метаболический синдром представляет собой болезненное состояние, появляющееся у взрослых. С точки зрения медицины его определяют как ассоциацию трех или большего числа следующих биологических факторов риска: абдоминального ожирения, инсулинорезистентности, дислипидемии (высокое содержание триглицеридов и холестерина липопротеинов высокой плотности (HDL)) и повышенного кровяного давления. При наличии метаболического синдрома существенно возрастает опасность сердечно-сосудистого заболевания и диабета. Последнее эпидемиологическое исследование показало, что за восьмилетний период 20% всех случаев сердечно-сосудистых заболеваний и 50% новых случаев диабета произошли у индивидуумов с метаболическим синдромом. Хотя более 20% населения США имеет метаболический синдром, опасность ассоциируется с некоторыми поддающимися изменению факторами образа жизни, включая потребление пищевых волокон. Например, в группе из более 1500 женщин в возрасте 40-60 лет опасность метаболического синдрома была существенно выше в группе, которая потребляла наименьшее количество пищевых волокон - в среднем 14,6 г на каждые 2000 потребленных килокалорий, что соответствует приблизительно половине рекомендованного ежедневного потребления. В целом обычные режимы питания показали включение повышенного потребления жира, килокалорий и подслащенных напитков, а также самое низкое потребление овощей и пищевых волокон. Идентификация индивидуумов зоны риска, клиническая помощь и нацеленное изменение поведения, включая внедрение питания с высоким содержанием волокон, являются жизненно важными для предупреждения метаболического синдрома и возможных сопутствующих ему патологических заболеваний.
Рак толстой кишки
Большинство клинических испытаний, проведенных до 1990 г., показало, что заболеваемость колоректальным раком снижалась у людей с высоким потреблением клетчатки. Результаты предполагают, что пищевые волокна, в особенности, растворимые и способные к ферментации источники волокон, действуют, предотвращая образование токсинов, которые могут инициировать рак, и ускоряют их выведение. Кроме того, SCFA, образованные путем ферментации волокон, способствуют росту эпителия толстой кишки, вызывают регрессию опухолей через положительный ход иммунных реакций и модулируют генную экспрессию в направлении противоракового фенотипа. Однако более поздние испытания не показали существенной связи между потреблением волокон и опасностью колоректального рака. Возможно причиной таких расхождений может быть то, что существующая система классификации неадекватно идентифицирует вариации специфических типов и количеств волокон, которые ассоциируются с противораковым действием. Другой возможностью является то, что некоторые компоненты пищи могут взаимодействовать с волокнами, влияя на их действие на инициацию рака.
Расстройства пищеварения
Волокна играют критическую роль в общем здоровье кишечника. Они оказывают в целом нормализующее действие на пищеварительную систему. Возрастающее потребление волокон, соответствующее рекомендациям, предупреждает или облегчает констипацию путем смягчения, увеличения объема и скорости прохождения содержимого через желудочно-кишечный тракт. Волокна также предупреждают и лечат диарею, что особенно важно для детского и престарелого населения и тяжелобольных или больных хроническими заболеваниями. Кроме того, волокна играют ключевую роль в профилактике и лечении различных пищевых расстройств, связанных с воспалением, как описано выше. Высокое потребление волокон ассоциируется с пониженной опасностью дивертикулеза - состояния, характеризующегося образованием небольших карманов в толстой кишке. В одном из исследований обнаружено, что у людей с высоким потреблением волокон опасность развития дивертикулеза была на 42% меньше. Недавняя проверка пациентов с синдромом раздраженной толстой кишки (IBS) показала существенные улучшения симптомов IBS с помощью биологически активных добавок с растворимыми волокнами. Однако улучшений не наблюдали с диетическими добавками с нерастворимыми волокнами. Более того, у больных неспецифическим язвенным колитом начиналась ремиссия при лечении синбиотиками. Как вывод, растворимые волокна могут быть полезными не только для здоровых индивидуумов, способствуя поддержанию здоровья пищеварительной системы, но также для индивидуумов с нарушенной пищеварительной функцией или нарушенным здоровьем из-за расстройства или заболевания.
Холера
При холере поражается функция тонкого кишечника, включая стимуляцию процесса секреции и снижение абсорбции воды и электролитов из тонкого и толстого кишечника в ответ на холерный экзотоксин. Массивная водянистая диарея требует немедленного лечения регидратацией, или результатом может быть смерть.
Толстая кишка человека имеет способность абсорбировать воду и электролиты, и абсорбция усиливается в присутствии SCFA. SCFA также ингибируют опосредованную с-АМР секрецию хлоридов в толстой кишке. Частично гидролизованная гуаровая камедь (PHGG) (Benefiber) представляет собой водорастворимые волокна и если ее добавить в пероральный раствор для регидратации (ORS) (содержащий ORS, рекомендованный ВОЗ, не содержащий других явных волокон) претерпевает ферментацию в толстой кишке, высвобождая SCFA. SCFA стимулируют абсорбцию воды и натрия в толстой кишке, причем таким образом снижается тяжесть диареи за счет уменьшения выхода экскрементов и длительности диареи при лечении больных холерой.
В открытом рандомизированном управляемом испытании исследовали 130 взрослых мужчин, больных холерой; 65 получали a) ORS+25 г Benefiber: b) 65 получали одни ORS (контроль). Все больные получали 300 мг диксициклина один раз.
Результаты. Сравнивали основные клинические характеристики между группами. Существенных различий в массе (г) стула не обнаружили в течение 1-х 24 час, среднее ± SD (25 г Benefiber 10206±5770 против 10231±3750 контрольной группы), 2-х 24 час, (25 г Benefiber 2418±3472 против 2172±3931 контрольной группы, р=0,708). Длительность диареи (час) после госпитализации также схожа в обеих группах (25 г Benefiber 31,4±11,1 против 32±12,5 контрольной группы). Однако в анализе подгрупп (с исключением больных, которых слабило очень сильно - 1-е 24 час > 10 кг) масса стула существенно уменьшалась в 1-е 24 час в группе, получающей Benefiber (25 г Benefiber 5940±2920 против 7913±1515 в контрольной, р=0,001). Benefiber, добавленный к рекомендованному ВОЗ ORS, благоприятно действовал при уменьшении массы стула у пациентов, которых слабило менее тяжело.
Холера II
Частично гидролизованная гуаровая камедь представляет собой водорастворимые волокна и если ее добавить в пероральный раствор для регидратации, содержащий или с добавлением, по меньшей мере, еще одного типа водорастворимых волокон, предпочтительно, 2 или менее других источников волокон, предпочтительнее, 1 другого источника волокон, такого как пектин, камеди, некоторые гемицеллюлозы, подорожник, другая гуаровая камедь, фруктоолигосахариды (FOS), инулин и галактоолигосахариды (GOS), предпочтительно, FOS или инулин, предпочтительнее, инулин, волокна должны претерпевать ферментацию в толстой кишке, высвобождая SCAF, снижая тяжесть диареи за счет уменьшения выхода экскрементов и длительности диареи при лечении больных холерой значительно быстрее, чем один Benefiber.
Частично гидролизованная гуаровая камедь и фруктоолигосахариды
Широко исследовали два типа волокон - частично гидролизованную гуаровую камедь PHGG (такую, какую продает Novartis под названием Benefiber) и фруктоолигосахариды (FOS). Показано, что каждый из указанных типов способствует здоровью пищеварительной системы.
PHGG представляет собой уникальные растворимые функциональные волокна из гуаровой камеди. Исходная высокая вязкость гуаровой камеди почти устраняется после гидролиза, что делает ее идеальным дополнением к жидкой пище и питательным композициям.
Многие полезные действия PHGG имеют место, вероятно, из-за того факта, что она почти полностью ферментируется в толстой кишке, и что она дает существенно больше бутирата, чем другие растворимые волокна. Известно, что бутират является предпочтительным топливом для колоноцитов и играет некую роль в регуляции пролиферации, дифференцировании и апоптозе клеток в кишечнике. Подобно другим растворимым волокнам, которые быстро ферментируются в проксимальном отделе толстой кишки, PHGG не дает существенного возрастания массы стула. Однако в ряде исследований показано, что PHGG полезна при нормализации функции толстой кишки, а также при предупреждении или облегчении как диареи, так и запора, в особенности у пациентов, получающих энтеральное питание, и других людей, чувствительных к кишечной непереносимости.
В одном исследовании детей в возрасте 4-18 месяцев, страдающих от острого водянистого поноса в течение менее 48 часов, получили снижение выхода экскрементов и длительности поноса после приема перорального раствора для регидратации с добавлением PHGG. В другом исследовании добавление PHGG к композиции на основе куриного мяса ускоряло восстановление от диареи детей в возрасте 5-24 месяцев с анамнезом водянистого поноса, длящегося более 14 дней.
Также показано, что добавление PHGG снижает заболеваемость диареей у престарелых больных с зондовым питанием по сравнению с обычными композициями, не содержащими волокон. В одном исследовании ни один из пациентов, получавших добавку PHGG (20 г в день), не испытывал непереносимости, в то время как четверо пациентов, получавших композицию, не содержащую волокон, имели упорную диарею, что делало необходимым прекращение зондового питания. В другом исследовании возрастающее добавление PHGG к стандартной энтеральной композиции (начиная с 7 г в день с возрастанием до 28 г в день за 4 недели) существенно снижало частоту стула у престарелых пациентов, повышало образование SCFA и нормализовало баланс бактерий в кишечнике. Добавление PHGG (22 г на литр) также ослабляло диарею в других группах пациентов с зондовым питанием. Кроме того, эпизоды диареи уменьшались у полностью реанимированных и больных сепсисом на искусственном дыхании и у больных отделения интенсивной терапии с упорной диареей.
PHGG также эффективно нормализует констипацию. В одном исследовании хроническим больным с запорами, которым оказывали помощь клизмами, которые ежедневно получали добавку PHGG (18 г), существенно меньше требовались клизмы, особенно, хроническим больным с изначально более частым использованием клизм. В другом исследовании добавление PHGG (15 г в день) ослабляло констипацию и помощь слабительными хроническим больным с постоянным использованием слабительных. Также показано, что добавление PHGG сокращает интервал между дефекациями у женщин с запорами (добавление PHGG 11 г в день), эффективно нормализует дефекацию у взрослых с IBS и улучшает симптомы абдоминальной боли и нерегулярность работы кишечника по сравнению с субъектами, которые получали пшеничные отруби (добавление PHGG 5 г в день).
PHGG считают пребиотиком, так как она повышает концентрацию полезных бактериальных штаммов бифидобактерий и лактобацилл. В одном исследовании показано, что бифидобактерий становилось больше на 17% у здоровых субъектов, потреблявших пищу, содержащую PHGG (21 г в день), в течение двух недель. Другие исследования приводят сообразные результаты с обнаружением возрастания числа лактобацилл после ежедневного потребления добавки PHGG по 8 г в день.
Фруктоолигосахариды (FOS) представляют собой короткоцепочечные полимеры фруктозы, часто сравниваемые с инулином, который является длинноцепочечным полимером фруктозы. Некоторые растения являются природными источниками FOS, в том числе цикорий, артишоки, спаржа и репчатый лук. Известен ряд способов образования или получения FOS, включая, например, синтез из сахарозы, гидролиз инулина, экстракцию из корня цикория, экстракцию из топинамбура и экстракцию из агавы. Способные к ферментации в значительной степени волокна с пребиотической активностью FOS стимулируют рост бифидобактерий и лактобацилл. Подобно PHGG, исследования показали, что FOS могут предотвращать или облегчать запоры и диарею.
Поддерживая рост бифидобактерий, FOS способствуют здоровью кишечника, усиливая положительную иммунную реакцию и подавляя рост патогенных бактерий, которые могут вызывать диарею. В одном исследовании сообщается, что добавление в пищу здоровых взрослых людей 4 г в день FOS увеличивает число лактобацилл меньше чем за месяц. В других исследованиях обнаружено значительное увеличение как бифидобактерий, так и лактобацилл в пределах 14 дней добавления 4 г пищевых FOS в день. Кроме того, показано, что FOS, вводимые в количестве 15 г в день, не только увеличивают число бифидобактерий после 15 дней потребления, но также снижают численность патогенных бактерий, особенно, бактериоидов, клостридий и фузобактерий.
Путем стимулирования положительного микробного баланса FOS усиливают регулярность кишечника. В полицентрическом испытании у детей, получающих лечение антибиотиками, синобиотическое сочетание FOS и лактобацилл снижало заболеваемость диареей. В группе, получавшей добавку FOS + лактобациллы, 71% детей не испытывали проблем с переносимостью, в то время как 38% детей в группе плацебо испытывали диарею. Длительность эпизодов диареи существенно снижалась в группе, получавшей добавку FOS + лактобациллы. В данной группе диарея длилась в среднем 0,7 суток против 1,6 суток в среднем в группе плацебо. Другое исследование показало, что когда FOS назначали больным с констипацией в течение 28 дней, нерегулярность облегчалась у 73% пациентов. Подобным образом в исследовании пациентов отделения гемодиализа композиция для диализа с добавлением FOS уменьшала констипацию при сравнении с подобной композицией без добавления FOS.
Хотя описанные выше исследования показывают роль пищевых волокон в поддержании и улучшении здоровья реципиента, существует потребность в композициях пищевых волокон и способах их введения, которые приносят пользу для здоровья, не обеспечиваемую известными композициями и способами или превышающую их полезность. В частности, существует потребность в композициях пищевых волокон, которые полнее реализуют пребиотический потенциал пищевых волокон.
Сущность изобретения
Изобретение относится к композиции пищевых волокон и соответствующим ей способам введения. В одном воплощении изобретение относится к композиции пищевых волокон, содержащей частично гидролизованную гуаровую камедь (PHGG) и фруктоолигосахариды (FOS), которая обнаруживает пребиотический потенциал, превышающий пребиотический потенциал PHGG и FOS по отдельности.
Первый аспект изобретения относится к композиции пищевых волокон, содержащей первые растворимые волокна и вторые растворимые волокна, которая обнаруживает пребиотический потенциал, превышающий пребиотический потенциал первых растворимых волокон и вторых растворимых волокон по отдельности.
Второй аспект изобретения относится к способу лечения индивидуума композицией пищевых волокон, включающему введение индивидууму эффективного количества композиции пищевых волокон, содержащей первые растворимые волокна и вторые растворимые волокна, которая обнаруживает пребиотический потенциал, превышающий пребиотический потенциал первых растворимых волокон и вторых растворимых волокон по отдельности.
Иллюстративные аспекты настоящего изобретения предназначены для решения проблем, описанных в данном описании, и других проблем, которые не обсуждались, которые может представить специалист в данной области техники.
Подробное описание
Как указано выше, изобретение относится к композиции пищевых волокон и соответствующим ей способам введения. Композиции по настоящему изобретению можно вводить, например, для лечения индивидуума, страдающего от любого заболевания или клинического состояния из ряда, включающего: синдром раздраженной толстой кишки (IBS), воспалительное заболевание кишечника (IBD), диарею, запор, диабет, гипертензию, дислипидемию, ожирение, болезнь сердца и инсульт. Подобным образом, композицию по настоящему изобретению можно вводить для стимуляции роста полезных бактерий в кишечной среде хозяина, причем посредством этого предотвращается или уменьшается вероятность того, что хозяин будет страдать от такого заболевания или клинического состояния.
Используемые в данном описании термины "лечение" и "лечить" относятся как к профилактическому или превентивному лечению, так и к куративному или модифицирующему болезнь лечению, включая лечение пациентов, рискующих заболеть, или предположительно заболевших, а также пациентов, которые больны или которые диагностированы как страдающие от заболевания или клинического состояния. В результате "эффективное количество" представляет собой количество, которое лечит заболевание или клиническое состояние у индивидуума.
Неожиданно обнаружилось, что сочетание фруктоолигосахаридов (FOS) и частично гидролизованной гуаровой камеди (PHGG) обладает большим пребиотическим действием на здоровье кишечника, чем когда их вводят по отдельности. Частично из-за того факта, что каждые волокна обладают различной скоростью ферментации и активностью в специфических участках кишечника, смесь PHGG/FOS имеет более протяженное время ферментации в кишечном тракте и дает большее разнообразие короткоцепочечных жирных кислот (SCFA), в частности, ацетат, пропионат и бутират, чем любые волокна по отдельности. Сравнение времени ферментации, образования SCFA и пребиотических потенциалов PHGG, FOS и смеси PHGG/FOS по настоящему изобретению показано в таблице 1.
Таблица 1.
Сравнение благоприятного действия отдельных и смешанных волокон
PHGG
FOS
Смесь PHGG и FOS
Время ферментации
1
0,5
1
Образование SCFA
1,27
0,46
1
Пребиотический потенциал
0
0,67
1
Всего
2,27
1,63
3
Относительная оценка
76%
54%
100%
В целом такие результаты показывают благоприятное действие смеси PHGG/FOS на 24% большее по сравнению с одной PHGG и благоприятное действие смеси на 46% большее, чем одних FOS. В частности, отмечено, что пребиотический потенциал смеси существенно выше, чем пребиотические потенциалы одних PHGG и FOS.
Таблица 2 показывает более широкое благоприятное действие смеси PHGG/FOS по настоящему изобретению по сравнению с отдельными волокнами и смесями волокон, что доказывается вычисленными величинами их критериев пробиотического действия (МРЕ). Каждая величина получена при периодической ферментации культурой при перемешивании и регулируемом рН с использованием 0,25%, 0,5% и 1% (мас./об.) субстратов в присутствии фекальных бактерий человека.
Таблица 2.
Сравнительные величины МРЕ для волокон и смесей волокон
MPE
0,25%
0,5%
1%
Сахароза
-0,3
-0,3
-0,6
Гуаровая камедь
-0,2
-0,3
-0,4
Sunfiber
-
-
-0,2
Benefiber (PHGG)
-0,04
-0,1
-0,1
Изомальтоолигосахариды
-0,1
-0,1
0,1
FOS:Benefiber (90:10)
-0,04
0,1
0,2
TOS:Benefiber (90:10)
0,05
0,1
0,2
SOS
-0,1
-0,1
0,3
FOS
-0,1
0,1
0,4
Транс- галактоолигосахариды (TOS)
0,1
0,2
1,0
FOS:TOS (50:50)
0,3
0,4
1,4
Хотя таблица 2 показывает, что при 1% субстрата FOS имеет больший МРЕ, чем смесь FOS:PHGG, отмечается, что действия in vivo одних FOS происходит, главным образом, в дистальной области тонкого кишечника и проксимальной области толстой кишки, где благоприятное действие не может быть использовано организмом полностью. Напротив, действие in vivo смеси FOS:PHGG происходит, главным образом, в более дистальных областях толстой кишки.
Когда пребиотические потенциалы FOS и PHGG оценивали in vitro, смесь двух типов волокон усиливала рост полезных бактериальных штаммов бифидобактерий и лактобацилл до степени, превышающей или эквивалентной степени для любых отдельных волокон. Когда пребиотический потенциал оценивали с использованием плана перекрестного исследования, введение 6,6 г FOS и 3,4 г PHGG в день в течение 21 дня существенно повышало число бифидобактерий в сравнении с начальными уровнями или уровнями, достигнутыми за 21 день плацебо. Уровни бифидобактерий возвращались на уровни, предшествующие лечению, через семь дней после прекращения добавления смеси FOS и PHGG. У добровольцев с самыми низкими начальными уровнями полезных бактерий достигалось наибольшее общее возрастание.
Смесь FOS и PHGG по настоящему изобретению объединяет пребиотическую активность FOS с более высоким образованием бутирата PHGG. Таблица 3 суммирует уникальные свойства смеси по сравнению с другими волокнами. Сочетание FOS и PHGG увеличивает уровень SCFA, в особенности бутирата, обеспечивает сильное пребиотическое полезное действие, способствуя как здоровью кишечника, так и росту полезных бактерий, и повышает ферментирующую активность на более протяженной части кишечника. Следовательно, смесь FOS и PHGG максимизирует или превышает отдельные действия каждых волокон и обеспечивает оптимальное полезное действие для здоровья и функционирования кишечника.
Смесь FOS/PHGG по настоящему изобретению особенно полезна для индивидуумов, страдающих от воспалительного заболевания кишечника (IBD). IBD повреждает слизистую оболочку кишечника, в первую очередь, толстой кишки. После введения смеси FOS/PHGG ферментация растворимых волокон в толстой кишке возрастает, что приводит к возрастанию образования SCFA. Бутират представляет собой SCFA, образующуюся, главным образом, за счет ферментации PHGG и хорошо установлено, что бутират является предпочтительным топливом для колоноцитов, которым требуется дополнительная энергия для восстановления и поддержания функции, нарушенной IBD. За счет сочетания растворимых волокон у волокон имеется большая возможность для того, чтобы войти в контакт с большей площадью поверхности в толстой кишке и продлить время ферментации, причем для больших количеств бутирата создается возможность достигать дистальных частей толстой кишки, нацеливаясь преимущественно на ткань, поврежденную неспецифическим язвенным колитом. За счет сочетания FOS и PHGG - волокон, которые являются растворимыми и ферментируются преимущественно различными бактериями, усиливаются как образование бутирата, так и пребиотическое действие.
Смесь FOS/PHGG по настоящему изобретению подобным образом полезна для индивидуумов с синдромом раздраженной толстой кишки (IBS). PHGG способствует подвижности кишечника, облегчая как запор, так и диарею - признаки заболевания. FOS проявляет пребиотическое действие, восстанавливая нормальный баланс кишечных бактерий. Это очень благоприятно, так как у многих индивидуумов с IBS имеется преобладание колиподобных бактерий, которые могут привести к любым расстройствам, связанным с заболеванием.
Кроме того, включение смеси растворимых волокон в питательные композиции может повысить образование и секрецию глюкагоноподобного пептида-2 (GLP-2). GLP-2 является гормоном, типичным для кишечника, который усиливает пролиферацию и дифференцировку энтероцитов и также уменьшает апоптоз энтероцитов. Кроме того, GLP-2 повышает локализацию и количество специфических белков в энтероцитах, усиливающих перенос питательных веществ в кишечнике. Растворимые волокна, и конкретно PHGG, ферментируются преимущественно с образованием бутирата - SCFA, которая, как полагают, действует на L-клетки (клетки, продуцирующие GLP-2), усиливая образование и секрецию GLP-2. GLP-2 является важным гормоном в уменьшении воспаления кишечника. Как таковые, волокна, такие как PHGG, которые имеют потенциал для преимущественного увеличения образования и/или секреции GLP-2, обладают противовоспалительным действием на желудочно-кишечный тракт.
Соответственно, смесь FOS и PHGG по настоящему изобретению является эффективной при ослаблении симптомов, связанных с IBD и IBS, наряду с лечением и/или предупреждением указанных и других заболеваний и расстройств, описанных выше.
Вышеприведенное описание различных аспектов изобретения представлено в целях пояснения и описания. Не предполагается, что оно является исчерпывающим или ограничивает изобретение конкретной раскрытой формой, и явно возможны многие модификации и вариации. Предполагается, что такие модификации и вариации, которые могут быть очевидны для специалиста в данной области техники, входят в объем изобретения, установленный прилагаемой формулой изобретения.