Олигосахариды-пребиотики в питании детей раннего возраста

Возрастающий интерес к компонентам питания, способным оказывать положительное влияние на состояние здоровья, привел к формированию новых направлений в создании продуктов для детей первого года жизни. Одно из них - введение в состав детской смеси пребиотиков-олигосахаридов (ОС) с целью улучшения состава кишечной микрофлоры (КМФ), оптимизации функционирования желудочно-кишечного тракта. При этом за образец обычно принимают ОС грудного молока (ГМ) - вещества уникальные за счет сложности и разнообразия строения, вариабельности содержания в ГМ и важности выполняемых в организме ребенка функций. Олигосахариды ГМ представляют собой сложные молекулы, в состав которых входят галактоза, глюкоза, фукоза, сиаловая кислота, N-ацетилглюкозамин. Они могут представлены в свободной форме или в связанном с белком (гликопротеины) или липидами (гликолипиды) состоянии. О важности ОС ГМ можно косвенно судить по их концентрации - содержание ОС в ГМ составляет около 10 г/л - это третья по величине фракция ГМ после лактозы и жиров [1].

Важным свойством ОС ГМ является их устойчивость к действию пищеварительных ферментов, что позволяет им в неизмененном виде достигать толстой кишки и выводиться с калом. В толстой кишке некоторые свободные (не конъюгированные с белком или липидами) ОС используются бифидобактериями (ББ) и лактобациллами (ЛБ) в качестве пищевого субстракта. Таким образом, ОС ГМ выполняют одну из своих функций - участие в поддержании оптимального состава КМФ ребенка путем селективной стимуляции роста ББ и ЛБ. Важнейшей функцией ОС ГМ следует считать защитную, которая связана с их способностью связывать некоторые патогенные бактерии, вирусы и их токсины и выводить их из организма ребенка. Решающим патофизиологическим механизмом развития многих инфекционных заболеваний у детей является способность патогенов (E. coli, Campilobacter jejuni, Shigella spp, Vibrio Cholerae, Str.pneumoniae, Haemohfilus influenza и др.) прикрепляться к рецепторам на поверхности клеток слизистой оболочки, вызывая те или иные заболевания.

Рецепторы на поверхности клеток синтезируются при помощи тех же ферментов, которые участвуют в синтезе ОС в грудной железе - гликозилтрансфераз. В результате ОС имеют структурное сходство с рецепторами клеток слизистых оболочек, к которым могут адгезироваться патогены. Эта уникальная особенность строения позволяет ОС ГМ связывать патогенные бактерии, вирусы или их токсины, выводить их из организма, защищая таким образом ребенка от развития инфекционных заболеваний. К настоящему времени продемонстрирована способность ОС ГМ ингибировать адгезию к слизистой оболочке таких патогенов,как

Str.pneumoniae и Haemohfilus influenzae [2], термостабильного токсина E.coli, энторопотогенной E.coli, энтеротоксинов E.coli и Vibrio Cholerae, ротавируса, уропатогенной E.coli [3].

В работах, изучавших содержание ОС в кишечнике у детей, находящихся на грудном и искусственном вскармливании, было показано, что содержание ОС в кале у детей, вскармливающихся ГМ, в десятки раз выше, чем у детей, получающих в качестве питания стандартные молочные смеси [4]. В этой же работе было продемонстрировано, что определенная часть ОС выводится в неизменном виде с мочой, что говорит об их способности проникать в системный кровоток из кишечника. Таким образом, ОС ГМ обеспечивают защиту ребенка от инфекционных заболеваний не только на всем протяжении желудочно-кишечного тракта, но и на уровне верхних дыхательных путей (ротоглотка), мочевыводящей системы и, возможно, системно. Эти данные еще раз подтверждают уникальность состава ГМ и необходимость способствовать максимальному сохранению ГМ в рационе питания грудного ребенка.

Однако за последнее время выяснились не только пребиотические свойства неперевариваемых углеводов - ОС, но и более широкие: способность оказывать иммуномодулирующие эффекты через биохимические механизмы, активируя или блокируя рецепторы клеток иммунной системы. Эти новые данные получены на основе изучения структуры и механизмов действия неперевариваемых углеводов-фруктановых ОС (ФОС) - инулина и галактоолигосахаридов (ГОС) [5]. Олигосахариды могут играть роль лигандов, которые связываются рецепторами иммунных клеток и активируют иммунный ответ. Доказательством этого свойства служит обнаружение прямого модулирующего действия ОСГМ на Т-клетки in vitro [6]. Показано, также, что ОСГМ влияют на функцию регуляторных субпопуляций лимфоцитов: повышают продукцию цитокинов Т-хелперов 1го типа (Th1) и Т-хелперов 2-го типа (Th2), а также экспрессию СО25-маркера активации регуляторных Т- клеток. Это важнейшая функция ОСГМ способствует целенанаправленному клеточному и/или гуморальному ответу в зависимости от свойств возбудителей инфекционного заболевания. ОСГМ связывают рецепторы лектинов-белков-митогенов растительного и бактериального происхождения, усиливая пролиферацию и активацию Т- и В-лимфоцитов [7].

В качестве пребиотиков используются различные типы ФОС и инулина - производных ОСГМ, обозначенные общим термином фруктаны. Частично гидролизованный инулин состоит всего из 2-8 мономеров, имеющих на конце молекулу глюкозы-короткоцепочечный ФОС, который оказывает основной пребиотическйй эффект. Однако в экспериментах и клинической практике используют смесь из короткоцепочечных ФОС и длинноцепочечных ФОС; последние имеют в цепи 22 мономера. Работами последних лет доказано участие фруктанов в процессах иммуногенеза. Иммуномодулирующие свойства фруктанов состоят в активации макрофагов, индукции экскреции оксида азота и фактора некроза опухоли (ФНОи); молекулярный механизм действия данных видов пребиотиков продолжает изучаться [8].

Иммуномодулирующие эффекты фруктанов (в качестве пищевых добавок) констатированы в клинических исследованиях. При умеренно активной болезни Крона включение в питание короткоцепочечных ФОС с инулином в дозе до 15 г в день способствовало уменьшению выраженности симптомов. При этом отмечено повышение образования ИЛ10 в дендритных клетках слизистой оболочки кишечника (в биоптатах), повышение экспрессии То11-подо6ного рецептора [9]. Применение при колите синбиотиков (короткоцепочечных ФОС/длинноцепочечных ФОС в сочетании с пробиотиками) в дозе 12 г в день уменьшало экспрессию провоспалительных цитокинов и клинические признаки воспаления [10]. Благоприятные эффекты ФОС отмечены при диарейных заболеваниях: добавки пребиотиков снижали частоту рецидивов диареи, вызванной Clostridium difficile, с одновременным повышением численности ББ [11]. Возможно, фруктаны оказывают прямое влияние на рост патогенных микроорганизмов и их адгезивность.

Добавка короткоцепочечных ФОС к рациону детей в яслях снижала частоту эпизодов повышения температуры тела при ОРВИ по сравнению с контролем, а также уменьшалось число кишечных заболеваний [12]. Усиливался иммунный ответ на вакцинацию против кори: повышался титр антител IgG у 7-8-месячных детей, получавших добавку короткоцепочечных ФОС/инулина. ОСГМ - первые пребиотические вещества, поступающие в организм новорожденного; они придают ГМ бифидогенные свойства [13]. Большая их часть не гидролизуется, не всасывается и достигает толстого кишечника в неизмененном виде, где сбраживается микрофлорой. Имеются данные о том, что ОСГМ избирательно поддерживают рост кишечной микрофлоры [14]. Ферментация ОСГМ происходит преимущественно в слепой и ободочной кишках; прекращение поступления пребиотиков и вызываемые ими положительные изменения микробиоты вскоре исчезают. Поэтому при недостатке или отсутствии ГМ у матери крайне важным является создание детских молочных смесей (ДМС), содержащих пребиотики, максимально близкие по свойствам к пребиотикам женского молока. Бифидогенный эффект пребиотиков в составе ДМС оценивался по содержанию микроорганизмов в фекалиях и кишечном содержимом. Однако, при этом выяснилось, что короткоцепочечные ФОС/длинноцепочечные ГОС повышают численность ББ и в бактериальном слое на слизистой оболочке, что играет большую роль в иммуномодулирующих эффектах. Пребиотические свойства сочетания короткоцепочечных ГОС /длинноцепочечных ФОС исследовались у детей в многочисленных плацебо-контролируемых клинических испытаниях. Бифидогенный эффект у младенцев был постоянным, как и более мягкий стул, и большая частота дефекации, а также меньший рН фекалий [15,16]. Поэтому, у детей смесь короткоцепочечных ГОС /длинноцепочечных ФОС в сочетании 9:1 обладает постоянным бифидогенным действием, эта комбинация является наиболее изученной, близка по молекулярной массе к ОС ГМ, показала наибольшую эффективность в плане улучшения состава КМФ и показателей функционирования желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и поэтому рекомендована в большинстве стран Европы в качестве пребиотического компонента при введении его в состав ДМС.

Таким образом, ОС, вводимые сегодня в состав продуктов детского питания, имеют существенные отличия от ОСГМ, которые не позволяют воссоздать ни структурное многообразие ОС ГМ, ни их многочисленные функции. Введение пребиотиков - обычно комбинации ГОС/ФОС - в состав ДМС и продуктов прикорма позволяет воздействовать на функционирование ЖКТ ребенка по пути формирования пищеварительного комфорта - снижению риска развития запоров, улучшению состава КМФ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kunz C., Rudloff S. et al. Lactose-derived oligosaccharides in the milk of elephants: comparison with human milk. Br.J.Nutr.1999; 82: 391-399.
2. Andersson D., Porras O., Hanson L.A. et al. Inhibition of attachment of Streptococcus pneumonia and Haemophilus influenzae by human milk and receptor oligosaccharidesJ.Infest.Dis.1986; 153:232-237.
3. Crane J.K.,Azar S.S. et al. Oligosaccharides from human milk block binding and activity of the Escherichia coli heat-stable enteroroxin in T84 intestinal cells. J.Nutr. 1994; 124: 2358-2364.
4. Newburg D.S. Oligosaccharides in human milk and bacterial colonization. JPGN.2000; 30, Suppl.2: S8-S17.
5. Vos AP, M.Rabet L.,Stahl B, et al. Jmmune-Modulatory Effects and Potential Working Mechanisms of Orally Applied Nondigestible Carbohydrates. Critical Reviews in Immunology, 2007; 27 (2): 97-140.
6. Eliwegger N., Stahl B.,Schmitt J., et al. Human milk-derived oligosaccharides and plant-derived oligosaccharides stimulate cytokine production of cord blood T-cells in vitro. Pediatr.Res, 2004; 56(4):536-540.
7. Schumacher G., Bendas G., Stahl B., Beermann C. Human milk oligosaccharides affect P-selectin binding capacities: in vitro investigation. Nutrition,2006; 22(6):620-627.
8. Koo H.N., Hong S.H., Seo H.G. Inulin stimulates NO synthesis via activation of PKC-alpha and protein tyrosine kinase, resulting in the activation of NF-kappaB by IFN - gammaprimed RAW 264.7 cells.J.Nutr.Biochem, 2003; 14 (10): 598-605.
9. Lindsay J.O., Whelan K., Stagg A.L., et al. Clinical, microbiological, and immunological effects of fructo- oligosaccaride in patients with Crohn s disease. Gut, 2006; 55 (3): 348-355.
10. Furrie E., Macfarlane S., Kennedy A, et al. Synbiotic therapy (Bifidobacterium longum/Synergy 1) initiates resolution of inflammation in patients with active ulcerative colitis: a randomized controlled pilot trial. Gut,2005; 54 (2):242-249.
11. Lewis S., Burmeister S., Brazier J. Effect of the prebiotic oligofructose on relapse of Clostridium difficile associated diarrhea: a randomized, controlled study. Clin.Gastroenterol. Hepatol, 2005; 3(5):442-448.
12. Waligora-Dupriet A.J., Campeotto F., Nicolis I, et al. Effect of oligofructose supplementation on gut microflora and wellbeing in young children attending a day care centre. IntJ.Food Microbiol,2006; 113(1):108-113.
13. Newburg D.S.Morrow A.L. Human milk glycans protect infants against enteric pathogens. Ann.Rev.Nutr.,2005; 25:37-58.
14. Engfer M.B., Stahl B., Finke B., et al. Human milk oligosaccharides are resistant to enzymatic hydrolysis in the upper gastrointestinal tract.AmJ.Clin.Nutr., 2000; 71(6):1589-1596.
15. Moro G.E., Minoli I.,Mosca M., et al. Dosage-related bifidogenic effects of galacto-and fructooligosaccharides in formulafed term infants. J.Pediatr Gastroenterol.Nutr.,2002; 34(3):291-295.
16. Moro G.E.,Stahl B., Fanaro S., et al. Dietary prebiotic oligosaccharides are detectable in the faeces of formula-fed infants. Acta Paediatr Suppl, 2005; 94(449):27-30.