Перетворення відходів у харчове перетравлення целюлози; Дартмутський науковий журнал
Вступ
Клітковина є важливим елементом харчування людини. Було показано, що він запобігає поглинанню холестерину та серцевим захворюванням та допомагає контролювати діабет (1). Інститут медицини Національної академії наук рекомендує дорослому чоловікові споживати щонайменше 38 грамів розчинної клітковини на день - єдиний вид клітковини, яку людина може перетравити (1). Інший більш поширений тип клітковини, нерозчинна клітковина, проходить через травну систему людини практично неушкодженою і не забезпечує харчової цінності.
Що, якби люди могли засвоювати клітковину? Целюлоза, основний тип нерозчинної клітковини в раціоні людини, також представляє найпоширенішу органічну сполуку на Землі (2). Майже кожна рослина має клітинні стінки, виготовлені з целюлози, яка складається з тисяч структурно чергуються одиниць глюкози (рис. 1). Ця конфігурація надає целюлозі міцності, але перешкоджає взаємодії з людськими ферментами. Целюлоза містить стільки ж енергії, скільки крохмаль, оскільки обидві молекули складаються з субодиниць глюкози. Цю енергію можна використовувати лише спалюючи деревину та інші целюлозні матеріали. Однак, якби ця енергія була фізіологічно доступною, люди могли б знизити споживання їжі та спричинити набагато менше травних відходів, ніж це відбувається зараз.
Рисунок 1: Будова целюлози
Травна система людини
Не враховуючи травлення целюлози, травлення людини все ще є дуже ефективним процесом (рис. 2). Ще до того, як їжа потрапляє в рот, слинні залози автоматично починають виділяти ферменти та мастильні речовини, щоб розпочати процес травлення. Амілаза розщеплює крохмаль у роті до простих цукрів, а зуби подрібнюють їжу на менші шматки для подальшого травлення. Проковтнувши їжу, соляна кислота та різні ферменти працюють на їжу в шлунку протягом двох-чотирьох годин. За цей час шлунок поглинає глюкозу, інші прості цукри, амінокислоти та деякі жиророзчинні речовини (3).
Рисунок 2: Органи травної системи людини.
Суміш їжі та ферментів, яка називається хімусом, потім переходить до тонкої кишки, де вона залишається протягом наступних трьох-шести годин. У тонкому кишечнику підшлункові соки та секрети печінки перетравлюють білки, жири та складні вуглеводи. Більша частина поживної їжі поглинається під час подорожі через понад сім футів тонкого кишечника. Далі товстий кишечник поглинає залишкову воду та електроліти і зберігає залишки калових речовин.
Хоча травна система людини є досить ефективною, існують розбіжності серед людської популяції стосовно того, що люди можуть або не можуть перетравити. Наприклад, приблизно 70 відсотків людей не можуть перетравлювати лактозу в молоці та інших молочних продуктах, оскільки їх організм поступово втрачає здатність виробляти лактазу (4). Люди також можуть страждати від різних дефіцитів ферментів або гормонів, які впливають на травлення та всмоктування, таких як діабет.
Порівняльні дослідження показують, що травна система людини набагато ближча до системи травоїдних, а не м'ясоїдних. У людей короткі та притуплені зуби у рослиноїдних та відносно довгий кишечник - приблизно вдесятеро перевищує довжину їхніх тіл. Товста кишка людини також демонструє мішкоподібну структуру, властиву травоїдним тваринам (5). Проте рот, шлунок і печінка людини можуть виділяти ферменти для перетравлення майже всіх видів цукру, за винятком целюлози, яка є важливою для виживання травоїдних тварин.
У разі непереносимості лактози добавки до лактази можуть легко виправити дефіцит, тому те, що виправляє нездатність перетравлювати целюлозу?
Жуйні тварини та терміти
Такі жуйні тварини, як велика рогата худоба, кози, вівці, бізони, буйволи, олені та антилопи - відновлюють те, що вони їдять, як кий і пережовують його для подальшого травлення (6). Кишечник жуйних за своєю формою та функцією дуже схожий на кишечник людини (рис. 3). Ключ до спеціалізованого перетравлення жуйних тварин лежить у рубці. Жуйні тварини, як і люди, також виділяють слину як основну стадію травлення, але на відміну від людини, вони спочатку ковтають їжу, а потім згортають її для пережовування. У жуйних є багатокамерні шлунки, і частинки їжі повинні бути достатньо дрібними, щоб проходити через камеру сітчастого шару в камеру рубця. Усередині рубця особливі бактерії та найпростіші виділяють необхідні ферменти для розщеплення різних форм целюлози для травлення та всмоктування.