Физиология питания

Физиология питания. В последнее десятилетие физиология питания обогатилась целым рядом новых фактов, которые дали совершенно иное освещение многим до тех пор загадочным явлениям, в особенности происхождению странных заболеваний, имевших какую-то связь с характером питания (ср. питание), цинги (скорбут), бери-бери, рахита и т. п. Искали причину в климате, недостатке освещения, сырости, предрасположении, недостатке солей в пище и т. п. Знали, впрочем, о благотворном действии на цингу свежей капусты, овощей, лимонов, на рахит молока, яиц, но это объяснялось или их «возбуждающим действием», или высокопитательным составом, например обилием удобоусвояемых белков. Что именно в этих продуктах действовало «возбуждающим образом» оставалось непонятным. Открытие в пище т. н. витаминов произвело крупный переворот в наших взглядах на регулирование «обмена веществ» и позволило быстро ликвидировать целый ряд указанных болезней, связанных с нарушением этого регулирования. Развитие учения о «витаминах» и о продуктах внутренней секреции, «гормонах», обещает внести в скором будущем, как в физиологию нервной системы, так и в непосредственно связанную с пей физиологию питания много неожиданных открытий.

Витамины. Доброкачественность пищи в количественном и качественном отношениях оценивается не только по количеству белков, углеводов, жиров, солей, ее калорийности и усвояемости, но также по биологической ценности белков, входящих в ее состав, и по наличности в ней витаминов (Функ), или дополнительных пищевых веществ (Хопкинс). Как известно, в состав белковой молекулы входят многочисленные аминокислоты, которые организм животного утилизирует для построения своей протоплазмы. Так как животное лишено способности синтезировать большинство аминокислот, то оно должно получать с пищей все необходимые аминокислоты в достаточном количестве. Для данного вида животных требуются определенные аминокислоты. Поэтому только те белки или те смеси белков, которые содержат все необходимые аминокислоты, будут для него полноценными. В противном случае наступает расстройство питания, несмотря на удовлетворительность пищи во всех других отношениях.

Насколько, таким образом, является выясненным вопрос о биологической ценности белков, настолько еще туманным представляется химическая сущность и способ действия витаминов, или дополнительных факторов пищи. Поэтому многие американские авторы предпочитают удерживать пока за ними название «неизвестные пищевые факторы». Этим, однако, нисколько не умаляется значение витаминов, без которых, по выражению Функа, нет жизни.

При свободном выборе пищи и при возможности ее достаточно разнообразить, организм обыкновенно получает с пищей достаточное количество витаминов. Однако, бывают условия, когда в принимаемой пище то или иные витамины содержатся в недостаточном количестве или отсутствуют совсем. Тогда наступают тяжелые болезненные расстройства, выражающиеся в определенных формах заболевания, которые получили общее название авитаминозов. К таким заболеваниям, несомненно, относятся: бери-бери, скорбут, рахит, остеомаляция, а также пеллагра и голодный отек. Впрочем, относительно этиологической сущности последних двух заболеваний нет еще полного согласия авторов. Для выяснения этиологии перечисленных заболеваний служат опыты на животных, которые позволяют делать наблюдения в чистом виде при исключении всех других факторов недостаточного питания. Понятно, что при так называемых авитаминозах у человека отношения гораздо более сложны, и в их проявлении почти неизбежно принимают участие не один, а многие факторы. Так, например, при нецелесообразном выборе пищи наряду с полным отсутствием одного витамина, почти, как правило, бывает недостаточное введение других витаминов. Кроме того, количественные отношения других составных частей пищи могут быть неправильны. Поэтому и картина авитаминозов у людей проявляется весьма различно. Однако, и клиника дает иногда материал почти равноценный эксперименту. Таковы, например, наблюдения Нess’а относительно влияния витаминов С (см. ниже) на рост и вес малых детей.

В настоящее время можно считать доказанным существование трех витаминов, отсутствие которых в пище обусловливает определенные заболевания; таковы:

1) Антирахитический витамин, или фактор А.

2) Антиберибери витамин, или фактор В.

3) Антискорбутический витамин, или фактор С.

Кроме того, все больше накопляется данных, говорящих за выделение в особую группу еще одного витамина В, необходимого для роста дрожжевых клеток, значение которого для животных еще недостаточно выяснено. Можно быть уверенным, что перечисленными витаминами далеко не исчерпывается их наличность в природе. Далее весьма возможно, что для каждого вида животных, помимо общих, существуют свои особые витамины. Несомненно, что витаминам принадлежит общее биологическое значение не только в пределах царства животных, но и в растительном мире и в мире микроскопических организмов — бактерий, грибков и простейших.

Животные, как правило, лишены способности синтезировать витамины. Они получают их в готовом виде с пищей. Не все животные одинаково чувствительны к лишению витаминов. Таковы, например, кролики, которые выдерживают авитаминозное питание в течение долгого времени. Но при этом нужно учесть тот факт, что находящиеся в кишечнике таких животных бактерии могут обильно вырабатывать витамины, поступающие оттуда в организм животного в достаточном количестве. Действительно, вполне установлено, что некоторые микроорганизмы обладают способностью синтезировать витамины. Так, по Mac Donald’у дрожжи образуют витамины на искусственных свободных от белков средах благодаря собственной клеточной деятельности. По Pacini и Russell’ю брюшнотифозные бактерии вырабатывают витамины, способствующие росту (быстрый рост выздоравливающих от брюшного тифа).

Растения, в отличие от животных, вырабатывают витамины. Однако, эта способность присуща, по-видимому, не всем растениям. Витамины  локализируются в семенах и зеленых листьях растений. В семенах находится всегда большое количество витамина В наряду с изменчивым количеством витамина А. Витамина  С нет ни в семенах, ни в листьях, но он образуется при прорастании зерен.

Роль витаминов в биохимии животных и растительных организмов совершенно не выяснена. Среди многочисленных гипотез о способе их действия мы отметим следующие. Одна группа авторов высказывает предположение, что витамины входят как материал в построение клетки, имея специальное отношение к тем или иным ее составным частям (белкам, фосфатидам и пр.). Другие видят в витаминах раздражителей, дающих стимул к работе пищеварительным железам, или к ассимиляции питательных веществ, или воздействующих на работу эндокринных желез. Наконец, высказывается предположение о связи между витаминами и ферментами организма. Так, Hess (Deuts. med. Woch., 1924, № 6) доказывает, что функция витаминов В находится в прямой связи с окисляющими ферментами организма, координируя отдельные фазы процесса диссимиляции в клетке.

Значение витаминов для микробов далеко еще не изучено. Но имеется уже достаточно фактов, чтобы признать важное значение витаминов для размножения микробов и длительности их жизни на питательных средах. Энергичное размножение дрожжей возможно только при внесении значительного количества их в питательную среду, так как при этом вносится достаточное количество готовых витаминов, способствующих росту клеток. Начав размножаться, клетки уже вырабатывают свой витамин, который удается получить химической обработкой культуры дрожжей, хотя не в чистом виде, но значительно освобожденным от посторонних примесей, в кристаллическом состоянии. Рост менингококков на искусственных питательных средах невозможен без витаминов. Последние растворимы в воде и спирте, весьма термостабильны, выдерживая нагревание в течение 45 минут при 120°, и легко адсорбируются далее на фильтровальной бумаге. Допускают существование в культурах еще второго витамина, трудно растворимого в воде. Витамины, способствующие росту менингококков, находятся в крови, в секрете носа и особенно в цереброспинальной жидкости человека. Для роста гонококков кроме подходящей питательной среды (обильное количество свободных аминокислот и надлежащая концентрация ионов) нужны два витамина. Один из них легко адсорбируется и находится в красных кровяных шариках, другой труднее адсорбируется и находится в тканях. В отношении гемофильных бактерий (инфлюэнца) доказано, что кроме гемоглобина важен еще второй фактор, который, по-видимому, способствует ассимиляции железа. Он доказан в пшеничных отрубях, ячменной муке и рисе.

Для грибков витамины имеют то же значение, что и для бактерий.

Исследования Bottomley и др. установили, что высшие растения при своем обмене веществ нуждаются в витаминах типа В. Весьма вероятно, что это не единственный витамин, в котором нуждаются растения. Допускают, что витамин А, заключающийся в больших количествах в семенах и листьях, образуется растениями на месте из материалов, которые приносятся им извне.

Значение витаминов для животных. Мы уже указали, что витамины должны являться непременной составной частью пищи. Это одинаково относится как к травоядным, так и к плотоядным животным. Среди домашних животных встречаются в некоторых местностях болезни с неясной этиологией, которые, однако, должны быть отнесены к авитаминозам. Таково заболевание свиней, сходное с бери-бери человека, и «сукуми» у лошадей, напоминающее остеомаляцию. Экспериментально типичная картина бери-бере легко получается у кур и голубей при исключительном кормлении их так называемым полированным белым рисом, совершенно лишенным своих оболочек, который не содержит витамина В. Болезнь обнаруживается около 20-го дня от начала авитаминозного кормления и начинается с паралича мышц ног, который быстро захватывает мышцы шеи и крыльев, переходя затем на все тело. Птица лежит на боку с запрокинутой на спину головою. Смерть наступает через несколько дней, если не предпринято соответствующее лечение. Сущность болезни заключается в полиневрите. Лечение состоит в введении в организм животного препаратов, содержащих витамины, причем животное оправляется чрезвычайно быстро.

Собаки являются особенно подходящим объектом для изучения экспериментального рахита (лишение витамина А). Особенно чувствительны к авитаминозному кормлению щенки в возрасте 5—8 недель. При диете, бедной витамином А  у них наступают резкие изменения в костях, характерные для рахита. Рахитические явления у щенков наступают уже через 6 недель от начала авитаминозного кормления. Доказано, что пища, богатая витамином А, предохраняет от рахита.

Морские свинки легко заболевают скорбутом при исключении из их пищи витамина С. Пища экспериментальных животных должна состоять из овса при совершенном отсутствии свежих овощей и корнеплодов.

Попытки выделить витамины в чистом виде остаются до сих пор бесплодными. Единственным реактивом на витамины служат животные, у которых экспериментально вызван тот или иной авитаминоз. На них испытывают действие пищевых продуктов и искусственно полученных препаратов. Этот путь хотя верен, но очень длителен. Химических же реакций, с помощью которых можно было бы обнаружить присутствие витаминов, не существует. Это обстоятельство, конечно, весьма затрудняет работы по получению витаминов в более или менее чистом виде путем химической обработки исходных материалов. Лучший метод выделения витаминов из общей массы инактивного материала состоит в том, что из различных продуктов приготовляются водные и спиртные экстракты, которые затем подвергаются химической обработке, и с помощью реакций осаждения получаются фракции, содержащие витамины в более концентрированном состоянии. При дальнейшей химической обработке, с целью освободить витамины от посторонних примесей, количество активных витаминов уменьшается, что выражается в ослаблении лечебного эффекта  препарата, и, наконец, витамины исчезают совсем. Причина этого явления не выяснена. Funk допускает две возможности: или содержащиеся в смеси инактивные вещества, в конце концов, прочно адсорбируют витамины, делая их вследствие этого недеятельными, или витамины распадаются на неактивные фрагменты. Funk придает значение тому обстоятельству, что при фракционировании в число веществ, сопутствующих витамину В, всегда находится пиридиновое кольцо, которое, как составная часть клетки, впервые было обнаружено именно при работах с витаминами. Поэтому можно допустить, что дериваты пиридина представляют собой продукты превращения витаминов.

Некоторые авторы пытались установить сходство витаминов с ферментами. Но между ними есть существенное различие. Так, ферменты сразу теряют свою активность при определенной температурной границе (например, между 50—70°С): «Как бы в часах лопнула пружина», по образному выражению Funk’а. Витамины   же с повышением температуры инактивируются постепенно. Полное разрушение их наступает при гораздо более высокой температуре, чем ферментов, причем устойчивость витаминов как термическая, так и химическая, гораздо выше, когда они находятся в своей естественной среде, чем во фракциях, искусственно полученных посредством химической обработки.

Итак, химическая природа витаминов совершенно неизвестна. Биологически все витамины имеют между собой то общее, что они необходимы для жизни, входя в качестве составной части в естественные пищевые смеси; прибавление витаминов делает полноценной пищу, искусственно составленную из определенных химических веществ. Витамины  не могут быть отождествлены ни с одной из главных составных частей пищи, действуют в ничтожных количествах и отличаются не слишком большой стабильностью.

После этих общих сведений перейдем к более детальному ознакомлению с отдельными известными до сих пор витаминами.

Антирахитический витамин, или фактор А, содержится в большом количестве в рыбьем жире, в коровьем масле и яичном желтке, также в значительном количестве в листьях зеленых растений, в овощах, в органах и тканях животных и в обезжиренном молоке. В последнем он находится в колеблющихся количествах в зависимости от свойств корма. В женском молоке витамин  А всегда находится в достаточном для ребенка количестве. В маргарине, свином сале и растительных маслах витамина А нет. По своей растворимости в жирах витамин А называется ташке жировым фактором. Он растворяется хорошо в спирте и эфире. Однако витамин  А не принадлежит к группе липоидов, и его связь с жирами лишь случайная. Он довольно легко разрушается под влиянием окислителей, особенно при одновременном действии высокой температуры. Без доступа же кислорода воздуха коровье масло может выдержать 4 - часовое нагревание при 120°С  без существенного ослабления своего антирахитического действия. Масло также не теряет своих витаминов при 2 ½  часовом пропускании пара в 100°. Таким образом, витамин  А обладает значительной устойчивостью по отношению к термическим и химическим воздействиям.

Физиологическое действие фактора А. Опыты на животных, в особенности на белых крысах, с несомненностью установили, что фактор А необходим для правильного развития и роста молодого организма. В его отсутствии сначала останавливается нарастание, а затем наступает падение веса тела. При продолжении опыта животное погибает. При введении с пищей витамина  А животное быстро оправляется. Наряду с этим часто наблюдается размягчение роговой оболочки глаза (кератомаляция) и большая восприимчивость животных к инфекциям. Взрослое животное легче переносит лишение витамина А, но все-таки в конце концов погибает при тех же явлениях. Витамин  А имеет большое значение для регенеративных процессов во время беременности. Кроме того, недостаток витамина А играет главную роль в развитии рахита.

Витамин  антибери-бери, или фактор В, весьма распространен в природе и обыкновенно находится в достаточном количество в растительной пище. Он растворим в воде и спирте (но не в абсолютном). Устойчивость витамина В к действию высокой температуры находится в зависимости от реакции среды. Именно, в кислой среде он гораздо более устойчив. При температуре 120°С  он ослабевает и через 2 часа совершенно разрушается. Наиболее богаты витамином В дрожжи и зерна злаков, который содержится в зародышевой части зерна и в меньшем количестве в его оболочках. Весьма богаты витамином В некоторые овощи (морковь, баклажаны, шпинат и капуста), а также апельсины, лимоны и виноград. Из животных продуктов богаты витамином В снятое молоко и яйца.

Физиологическое действие фактора В. Как выше было сказано, отсутствие в пище витамина В является причиной заболевания людей бери-бери (например, при преимущественном питании полированным белым рисом). При тех же условиях у птиц развивается аналогичная картина заболевания. В основе болезненных расстройств в обоих случаях лежит множественное поражение периферических нервов (полиневрит). Кроме того, наблюдения над ростом молодых крыс показали, что для правильного их развития необходимо достаточное количество в их пище витамина В. О присутствии этого витамина можно также судить по его благоприятному действию на размножение дрожжевых клеток. Последний способ (Funk’an Dubin’а) состоит в том, что по прошествии определенного срока роста дрожжевых культур измеряют количество осадка, состоящего из дрожжевых клеток, в специальных пробирках с капиллярной трубочкой на дне, подразделенной на миллиметры. Он особенно удобен, так как дает результаты уже через 20 часов. Но еще не доказана идентичность витамина, действующего лечебно при бери-бери, и витаминов, стимулирующих размножение дрожжевых клеток, а может быть и рост организма. Наоборот, все более накопляются факты, говорящие против их тождественности. Так, при нагревании экстрактов из дрожжей при 120° в точение 2-х часов их лечебное действие при бери-бери теряется, но еще сохраняется стимулирующее действие на рост молодых белых крыс. Далее, из аутолизированных дрожжей можно некоторыми способами целиком осадить витамин  В; вещество же, стимулирующее рост дрожжей, при этом остается в растворе и выпадает лишь при дальнейшем прибавлении адсорбента. По этому некоторые авторы различают в дрожжах два витамина: фактор В, действующий лечебно на бери-бери, и фактор D, стимулирующий рост дрожжей, а может быть и организма животных. Но несомненно, что фактор В обладает специфическим, характерным действием, которое не может быть заменено ничем другим, почему выделение его в особую группу является вполне обоснованным. Funk выделил из сухих дрожжей вещество весьма богатое витамином В, кристаллизующееся в виде тонких игл с постоянной точкой плавления при 223° и имеющее формулу C₂₆H₂₁O₉N₅. Эта фракция содержит никотиновую кислоту, которая, однако, в чистом виде совершенно лишена лечебного действия при экспериментальном бери-бери.

Антискорбутический витамин, или фактор С, находится в свежих овощах (в особенности в капусте, томатах, свекле и салате), а также в большом количестве в соке лимонов, апельсинов и земляники. Из других продуктов значительное количество витамина С содержится в коровьем молоке и яичном желтке. Молоко кормящей женщины,  при правильном питании последней, всегда содержит достаточное количество витамина С. Витамин   С растворим в воде и 95° спирте, слабо адсорбируется и отличается сравнительно малой устойчивостью. Уже продолжительное хранение, даже в хороших условиях и сушка овощей и фруктов ослабляет и далее разрушает витамин  С. Тем более вредно действие высоких температур. Так, сок капусты теряет на 70% свое антискорбутическое действие при нагревании в течение часа до 60°, на 90% — при нагревании в течение часа до 90°, и на 70% — при кипячении в течение 20 минут. В листьях капусты витамин  С более устойчив, равно как в соке лимонов, который выдерживает нагревание в течение часа до 110°. Такую устойчивость приписывают присутствию в соке лимонов лимонной кислоты (до 7%). Вообще витамин С в различных продуктах  далеко не одинаково чувствителен к действию высокой t°, высушиванию и сохранению впрок. Так, белая капуста, высушенная при 37° и сохраняемая в эксикаторе, удерживает свое антискорбутическое действие в течение 13 месяцев; сок апельсинов и лимонов, выпаренный возможно быстро в вакуум-аппарате при t° 75—80°, действителен в течение 6 месяцев и т. п.

Кроме скорбута недостаток витамина С вызывает у детей болезнь Барлова.

Содержание витаминов в различных продуктах.

Данные взяты из таблицы Funk’а («Diе Vitamine», 2 изд. 1922 г., стр. 227 и след.), составленной по исследованиям многих авторов. Нуль обозначает отсутствие витамина, — отсутствие исследований; количество плюсов обозначает степень содержания витамина (четыре степени).

Литература: С. Fank, «Die Vitamine», 2 Auflage, 1922 г.; А. Палладии, «Основы питания», Харьков, 1922 г.; А. Кабанов, «Проблемы питания растущих организмов», «Гигиена и Эпидемиология», 1924 г., №1.

С. Коршун.