С.Е. Украинцев¹, Т.Н. Самаль²

¹ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ

²Нестле-Россия, Москва, РФ

Контактная информация:

Украинцев Сергей Евгеньевич – ассистент кафедры педиатрии медицинского института Российского университета дружбы народов, медицинский директор OOO «Нестле Россия»

Адрес: Россия, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6 Тел.: : (917) 502-31-95 e-mail: doctorsergey@mail.ru

Статья поступила: 11.10.22г, принята к печати: 16.12.22г.

В статье приводится анализ научной литературы, посвященной изучению эволюционных аспектов появления и развития грудного вскармливания. Представлены данные об особенностях состава молока у различных млекопитающих и его изменении в ходе эволюции. Отдельное внимание уделено олигосахаридам как уникальным компонентам грудного молока Homo sapiens.

Аргументация преимуществ грудного вскармливания может играть важную роль в успешности усилий по увеличению распространенности грудного вскармливания. С этой точки зрения понимание эволюционных аспектов возникновения феномена вскармливания детеныша молоком матери в животном мире способно оказать существенную помощь в решении задачи дальнейшего увеличения приверженности грудному вскармливанию в современных условиях.

В 1758 г. Карл Линней в своем фундаментальном труде, посвященном классификации животного мира, впервые ввел термин «млекопитающие» [1], выделив таким образом класс позвоночных животных, самки которых вскармливают потомство молоком, продуцируемым молочными железами. К классу млекопитающих относится и человек — Homo sapiens.

О появлении молочной железы и, соответственно, грудного вскармливания у животных можно узнать, изучая существующие виды животных, поскольку, очевидно, что никакие ископаемые останки не могут служить в этом отношении источником информации. Среди живущих сегодня на Земле млекопитающих наиболее удивительными (и исторически «древними») в контексте изучения эволюции грудного вскармливания являются представители отряда однопроходных (лат. Monotremata), или «птицезвери», названные так за способность, с одной стороны, к откладыванию яиц, из которых потом вылупляется потомство, а с другой — к кормлению самками грудным молоком своих детенышей после их вылупления из яиц. Представителями этого отряда, дожившими до наших дней, являются утконос (Ornithorhynchus anatinus), австралийская ехидна (Tachyglossus aculeatus), а также обитающие в Новой Гвинее три вида проехидн (Zaglossus spp.). Помимо способности к откладыванию яиц и необычного внешнего вида, некоторые из этих животных обладают уникальными особенностями — например, утконосы отличаются наличием электрорецепции, используемой для поисков пищи, и кожной сумки на передней брюшной стенке, в которой растет потомство.

Молочные железы у утконоса и ехидны есть, но сосок в них отсутствует, и молоко просто вытекает в особые бороздки на коже, с которых его и слизывает детеныш. Такое строение молочной железы принято считать самым примитивным среди современных млекопитающих — учитывая исторический возраст «современных» утконосов и ехидн, составляющий как минимум несколько миллионов лет [2]. Считается, что молочная железа стала результатом ряда последовательных изменений кожных желез, которые и сегодня можно встретить у представителей животного мира, не относящихся к млекопитающим [3]. Например, некоторые из видов питонов имеют такие кожные железы, которые секретируют жидкость, — таким образом самки, обвиваясь вокруг отложенных ими яиц, увлажняют их кожистую оболочку до тех пор, пока из них не вылупятся детеныши [4]. Вряд ли кто-то станет обсуждать эту способность самок некоторых пресмыкающихся в контексте грудного вскармливания как такового, однако в плане появления у млекопитающих молочной железы это явление, несомненно, представляется интересным.

Одним из компонентов, которые появились в секрете кожных желез — «предшественников» молочной железы, был антимикробный белок лизоцим. Его роль, по-видимому, состояла в защите кожистой оболочки яиц пресмыкающихся от бактерий. Далее в секретируемых кожными железами жидкостях появились липиды, затем — альфа-лактальбумин [5]. Предполагается, что появление в секрете примитивных молочных желез альфа-лактальбумина стало результатом нескольких последовательных мутаций гена лизоцима: небольшие изменения в нуклеотидной последовательности сделали возможным синтез альфа-лактальбумина, который, в свою очередь, необходим для синтеза лактозы [6]. Анализ структуры молекулы альфа-лактальбумина у разных видов млекопитающих выявил его различия у однопроходных (утконосы, ехидны), сумчатых и плацентарных, что, по мнению некоторых ученых, может являться «живым» свидетельством трансформации этого компонента грудного молока с течением времени [6]. Параллельно с усложнением состава секретируемых кожными железами компонентов усложнялось и гистологическое строение кожных желез [7], что в итоге привело к появлению молочных желез со сложным строением и не менее сложными механизмами синтеза и выделения комплексного и динамичного по составу молока. Следует отметить, что даже при сегодняшнем уровне развития научных технологий ученые не обладают полной и детальной информацией о том, как происходит процесс лактации.

Состав молока у разных видов млекопитающих в значительной мере неоднороден. Например, самки тюленейхохлачей (Cystophora cristata) кормят молоком всего четверо суток. За это время детеныш может набрать до 25 кг жира, необходимого для успешной термоизоляции в условиях сурового климата, в которых эти животные обитают. Это возможно благодаря тому, что молоко самок данного вида тюленей содержит 60% жира — самый высокий показатель среди всех млекопитающих, при этом молоко этих животных не содержит лактозу [8]. Отсутствие лактозы в молоке некоторых видов тюленей может косвенно подтверждать гипотезу о том, что у современных млекопитающих основная роль лактозы — энергетическая, и полное ее отсутствие у некоторых видов компенсируется высокой жирностью грудного молока.

Австралийские сумчатые валлаби (Macropodidae) отличаются очень коротким периодом гестации, после которого рождается детеныш весом около 1 г. Но даже при такой массе тела он способен самостоятельно добраться до материнской сумки, образованной складкой кожи на передней брюшной стенке, где находит сосок молочной железы. В случае рождения у самки второго детеныша он будет расти в той же материнской сумке, но использовать для питания сосок второй молочной железы. При этом состав молока во второй молочной железе будет соответствовать возрасту и потребности в нутриентах конкретного детеныша. Такой феномен, когда в разных молочных железах одного животного синтезируется молоко разного состава, называется асинхронной лактацией [9].

Более привычные нам коровы (Bos taurus) отличаются высоким содержанием в молоке белка: его количество в молозиве может составлять до 140 г/л, а в зрелом молоке — 30–35 г/л (в этом коровье молоко схоже с козьим) [10].

Грудное молоко приматов (включая человека) является наименее концентрированным среди всех млекопитающих, с самым низким содержанием белка — в зрелом молоке его содержится примерно 9–12 г/л [11]. Такая особенность состава грудного молока является биологически целесообразной, поскольку позволяет маме успешно кормить ребенка грудным молоком, а младенцу — получать необходимые для роста нутриенты. В этом аспекте очень важна длительность кормления грудью, которая и обеспечивается низким содержанием белка в грудном молоке: дети Homo sapiens рождаются совершенно неприспособленными к самостоятельной жизни, и им необходим весьма продолжительный промежуток времени для созревания. Ключевую роль в процессах роста и созревания играет грудное молоко, однако ресурсы кормящей мамы для поддержания успешной лактации не безграничны, поэтому имеется механизм замедления темпов роста ребенка за счет уменьшения концентрации белка в грудном молоке на протяжении первого года лактации и далее. Вероятно, таким образом разрешается «конфликт» между возможностями организма кормящей женщины и потребностями организма вскармливаемого ею ребенка: мать может длительно кормить ребенка грудью, сохраняя при этом в организме достаточно ресурсов для зачатия нового ребенка, а ребенок получает с грудным молоком ровно то количество нутриентов, которое соответствует его потребностям на ранних этапах развития, — таким образом закладывается физиологическая траектория метаболизма на всю оставшуюся жизнь. Это является одной из причин, вследствие которых вскармливание грудных детей цельным или разведенным коровьим (равно как и козьим, овечьим, кобыльим) молоком является нефизиологичным, поскольку избыток белка перегружает метаболические системы ребенка и ускоряет темпы его роста. В результате повышается риск развития метаболических нарушений и ассоциированных с ними заболеваний в будущем [12]. Это нужно учитывать и при выборе детской молочной смеси для доношенных младенцев, не получающих грудного молока, — минимально необходимое содержание белка в смеси будет способствовать минимизации риска «ухода» ребенка с физиологичной траектории метаболического программирования.

Относительное содержание сывороточных белков в грудном молоке человека составляет не менее 70% на всех этапах лактации [13]. При этом в грудном молоке человека присутствует система протеаз — ферментов, призванных расщеплять белки грудного молока, делая их более доступными для ферментных систем желудочнокишечного тракта ребенка. Однако происходит это только после попадания молока в желудок ребенка, где под действием низких показателей рН ингибируется активность антипротеаз, также содержащихся в грудном молоке [14]. Таким образом, в молочной железе нутритивные белки молока по большей части цельные, а в желудке ребенка они становятся, по сути, частично гидролизованными, что облегчает их дальнейшее усвоение в тонкой кишке в условиях временного «физиологического» дефицита некоторых протеаз в 12-перстной кишке, что особенно актуально для недоношенных младенцев [15].

Еще одной важнейшей функцией грудного молока является защита ребенка от потенциально патогенных микроорганизмов и/или их токсинов. Эта функция реализуется за счет иммуноглобулинов, лактоферрина, остеопонтина, цитокинов грудного молока, а также олигосахаридов, отличных от лактозы. Последние способны блокировать рецепторы на поверхности бактерий, связывать вирусы и некоторые токсины, снижая вероятность их взаимодействия с клетками-мишенями в организме ребенка. Кроме того, олигосахариды грудного молока способны блокировать рецепторы и на поверхности клеток-мишеней, снижая возможность адгезии патогенов к этим рецепторам [16]. Состав олигосахаридов грудного молока сильно различается у разных млекопитающих по количеству и содержанию структурных форм; наиболее разнообразный состав олигосахаридов описан в грудном молоке Homo sapiens. О важности олигосахаридов грудного молока свидетельствует и их концентрация: в грудном молоке человека концентрация олигосахаридов выше, чем содержание белка [17].

Все олигосахариды грудного молока в своей структуре имеют молекулу лактозы, которая на заре появления млекопитающих практически полностью использовалась для синтеза олигосахаридов грудного молока. Обусловлено это было, как предполагается, особенностями строения альфа-лактальбумина и связанными с этим низкими темпами синтеза лактозы. Например, у утконосов, ехидн и сумчатых количество олигосахаридов в грудном молоке выше содержания в нем лактозы [18]. Предполагается, что строение и количество альфа-лактальбумина в грудном молоке человека позволяет эффективно и быстро осуществлять синтез лактозы, и этого количества вполне достаточно для синтеза относительно большого количества разнообразных олигосахаридов грудного молока. Этим может объясняться тот факт, что количество лактозы в грудном молоке Homo sapiens выше, чем концентрация олигосахаридов [19].

Сами олигосахариды грудного молока также, по-видимому, менялись в своей структуре на протяжении истории. Вероятно, молекулы 3-галактозиллактозы (3'-GL) или 6-галактозиллактозы (6'-GL) — представители галактоолигосахаридов (ГОС) — изначально осуществляли защиту детенышей путем блокирования патогенов и/или токсинов [20, 21]. Современные исследования подтверждают способность, например, 6'GL в условиях in vitro связывать энтеротоксин путем блокирования рецептора GM-1, расположенного на нижней поверхности молекулы токсина [20, 21]. Такая связь является не очень прочной, а количество рецепторов GM-1 на поверхности эпителия кишечника очень низкое [20, 21]. Учитывая невысокую концентрацию 3'GL, 6'GL и подобных им ГОС в грудном молоке (см. ниже) [20, 21], вероятность их взаимодействия с рецепторами GM-1 и осуществления защитной функции путем блокирования токсина или соответствующих ему рецепторов на поверхности эпителия невысока [20, 21].

На смену относительно простым молекулам 3'GL, 6'GL и им подобным в сост аве грудного молока пришли более сложные молекулы — олигосахариды [20, 21], в составе которых есть фукоза, сиаловая кислота, N-ацетилглюкозамин. При этом, например, 2'-фукозиллактоза связывает энтеротоксин прочнее и эффективней, чем 6'-галактозиллактоза [20, 21]. Можно предположить, что у «древних» млекопитающих, учитывая небольшое количество лактозы в их молоке, 3'GL, 6'GL и другие ГОС были первыми олигосахаридами для осуществления защитной функции [19]. Однако по мере эволюции представителей класса млекопитающих в молоке появились более сложные и более эффективные олигосахариды для осуществления защиты младенца — фукозилированные, сиалилированные, а ГОС постепенно из грудного молока исчезают. Косвенным свидетельством этого процесса являются высокие концентрации ГОС в молоке сумчатых [22] при их отсутствии в грудном молоке Homo sapiens [23].

Сам по себе термин «олигосахариды» применим к любым углеводам, в молекуле которых есть от 2 до 10 моносахаридных остатков [24]. Это может приводить к путанице при обсуждении олигосахаридов грудного молока, способной ввести в заблуждение неискушенных в этой области. Типичным примером являются фруктоолигосахариды (ФОС), которые иногда включаются в состав детских молочных смесей либо изолированно, либо в комбинации с ГОС. Отождествлять ФОС (равно как и комбинацию ГОС/ФОС) с олигосахаридами грудного молока некорректно, поскольку ФОС в грудном молоке нет и, по-видимому, не могло быть на протяжении всей истории существования млекопитающих, организм которых просто не может их синтезировать. ФОС — это компонент растений [25], из которых эти олигосахариды чаще всего и получают (в дополнение к ферментативному синтезу) [26]. Редкие попытки ставить знак равенства между ФОС и олигосахаридами грудного молока в научных публикациях [27] встречают обоснованную критику со стороны экспертов в области гликобиологии и изучения олигосахаридов грудного молока с рекомендациями отозвать такие публикации как вводящие читателей в заблуждение [28]. Показательно в этой связи и мнение относительно ГОС: «…в реальности олигосахариды грудного молока представляют собой большую и гетерогенную группу сложных олигосахаров, состоящих из различных моносахаридов, и имеют мало общего с ГОС, синтезированными промышленно, — за исключением того, что все они в основе своей структуры имеют молекулу лактозы» [29].

В рамках одной статьи мы смогли затронуть лишь некоторые аспекты, касающиеся появления и совершенствования грудного молока и грудного вскармливания. Важность этой темы состоит в том, что на основе этих сведений можно сформулировать новые положения, способные помочь в нужнейшем деле поддержки и поощрения грудного вскармливания, — как для медицинских работников, так и для матерей. Важным представляется и то, что понимание некоторых аспектов формирования состава грудного молока на протяжении тысяч и даже миллионов лет помогает объективно оценить преимущества некоторых компонентов детских молочных смесей, состав которых тоже должен постоянно совершенствоваться вслед за появлением новых научных данных о составе грудного молока. Примером такого совершенствования может служить детская молочная смесь NAN^® SUPREME (Nestle, Германия), в составе которой впервые появился комплекс из двух олигосахаридов, структурно идентичных олигосахаридам грудного молока (2'-фукозиллактоза и лакто-N-неотетраоза), в дополнение к сниженному содержанию белка, представленного частично гидролизованными сывороточными белками, и пробиотику. Вместе с тем следует подчеркнуть, что грудное молоко остается стандартом питания младенцев. Многие аспекты, касающиеся грудного молока (в том числе и в историческом плане), являются предметом современных научных исследований. Изучаются, например, микробиом грудного молока [30], роль многочисленных микроРНК грудного молока [31], влияние грудного вскармливания на формирование темперамента и характера ребенка [32]. Понимание этих и других аспектов поможет усилить и сделать более эффективной работу по поддержке грудного вскармливания, дополнив ее новыми научными аргументами.

Источник финансирование:
Статья опубликована при финансовой поддержке ООО «Нестле Россия».

Раскрытие интересов:
С.Е. Украинцев занимает должность медицинского директора ООО «Нестле Россия».
Т.Н. Самаль заявила об отсутствии конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

ORCID
С.Е. Украинцев https://orcid.org/0000-0001-6540-9630
Т.Н. Самаль https://orcid.org/0000-0002-2626-8991

Читайте также: Подробнее о значении и роли олигосахаридов в организме