Грудное молоко защищает младенца от болезней и улучшает деятельность его организма. Но как конкретно, за счёт чего оно действует? Понятно, что малыш получает с молоком жиры, углеводы, микроэлементы, витамины, ферменты, гормоны и иммунные антитела. Новые исследования добавляют другие интересные факты.
Спасение недоношенных детей, как считает неонатолог Марк Ундервуд (Калифорнийский университет, США), — не в лекарствах, а в правильном выкармливании. Он предлагает во избежание некроза кишечника (одной из главных причин гибели новорождённых с малым весом) давать крохам коктейль из пробиотиков (полезных бактерий кишечника) и пребиотиков (пищи для этих бактерий). К такому рецепту его подтолкнуло изучение грудного молока.
Оно поддерживает баланс микробов в кишечнике и в других органах, то есть тот тип внутренней экосистемы, которой обладаем мы все и за которой в науке утвердилось название «микробиом». В июне 2012 года закончился пятилетний международный проект «Микробиом человека», целью которого было описание всех микробов, существующих в организме человека.
Опубликованные данные показывают, что на каждую клетку нашего организма приходится десяток клеток бактерий — как полезных, так и условноопасных (которые начинают вредить только при определённых условиях). Мужчина весом 90 кг носит 2,7 кг бактерий на коже, во рту и носоглотке, в желудке, кишечнике и других органах. Эти бактерии не просто соседствуют с нами, они активно участвуют в обмене веществ. Проект позволил составить перечень полезных и условно-опасных бактерий у здорового человека и расшифровать их ДНК.
Когда мы заболеваем, принимаем лекарства, спектр бактерий меняется — равновесие нарушается. Оказалось, что для новорождённых главный восстановитель и защитник бактериального баланса — грудное молоко, Плод в утробе не соприкасается с бактериями. Первое знакомство с ними — прохождение через родовые пути, прикосновение к матери, первое кормление.
Бактерии, как полезные, так и способные навредить, «заселяют» организм ребёнка, и через несколько дней начинается обучение иммунной системы — как с ними сосуществовать. Но вернёмся к профессору Ундервуду из Калифорнии. Он рассказывает о своей пациентке Селии — по медицинским показаниям она появилась на свет в результате кесарева сечения на 13 недель раньше времени и была помещена в кювёз (аппарат вроде инкубатора для недоношенных младенцев). Так что организм Селии познакомился только с больничными бактериями.
Кормить грудью её было невозможно — у малышки не было сил сосать молоко. Через катетер кроха получала витаминную смесь с несколькими каплями молока своей матери. В результате девочка избежала некроза кишечника и других бактериальных заболеваний, нередких у недоношенных, а через пару месяцев её смогли выписать из больницы. Доктор Ундервуд убедился, что дети на грудном молоке страдают от кишечных заболеваний в два раза реже, чем дети на молочных смесях.
Общество начинает признавать тот факт, что для здоровья малыша правильное питание — самое главное. Но что же делать с индустрией производства детских смесей для замены грудного молока? Только в США оборот этого бизнеса составляет 3,5 миллиарда долларов в год. Брюс Джерман, тоже работающий в Калифорнийском университете, много лет занимался биохимическим исследованием пищи. Он считает, что средства на науку распределяются неразумно.
Если бы все гранты, выданные на изучение, например, красного вина, потратили на изучение биоактивных составляющих материнского молока, то человечество уже нашло бы новые схемы лечения многих недугов. Эти мысли и подвигли Джермана в 1994 году отправиться в Швейцарию на год, поработать на фирме «Нестле», крупнейшем производителе заменителей грудного молока. Именно там тратятся большие средства на анализ состава грудного молока.
Для изготовления убедительной подделки надо хорошо знать оригинал. Но и специалисты «Нестле» в те годы не понимали, как влияет грудное молоко на патогенные микробы. Джермана заинтересовал один из классов веществ, содержащихся в молоке, — олигосахариды. Эти простые сахарa с короткой молекулой, входящие в состав молока, не перевариваются.
Учёный задумался: зачем же их, не усваиваемых человеческим организмом, так много в молоке?
Вместе с микробиологами он начал выделять олигосахариды и исследовать их действие на бактерии. Процесс анализа этих соединений довольно сложен. Коллеги Джермана начали изучать их строение на новом жидкостном нанохроматографе, который разделяет смесь молекул. Другой полезной технологией стал циклотрон на сверхпроводящем магните. Молекулы сложных соединений разбивают на фрагменты ударом лазерного луча, затем эти фрагменты разгоняются в вакууме с разной скоростью, которая зависит от массы молекулярного фрагмента.
В результате в грудном молоке нашли 150 видов олигосахаридов (существует мнение, что их около 200). Из них несколько десятков ранее не были известны науке. Предполагают, что многие олигосахариды играют ключевую роль в создании иммунитета новорождённого. В другой лаборатории того же института стали изучать, как работают эти сахара. Кишечные бактерии выращивали в пробирках с олигосахаридами без доступа кислорода, имитируя жизнь микробов в кишечнике.
Изучая детские фекалии, микробиолог Дэвид Миллз обнаружил, что бифидобактерия младенческая, главная у младенцев, вскормленных грудным молоком, прекрасно питается олигосахаридами. Ребёнок переварить их не может, а бактерия — с удовольствием. Причём бифидобактерия поглощает олигосахариды с такой скоростью, что вредным микробам ничего не достаётся, и они гибнут. Уже умеют выращивать младенческую бифидобактерию и превращать её культуру в порошок, хорошо растворимый в воде. Но ещё нужно научиться дёшево производить в большом количестве олигосахариды, содержащиеся в грудном молоке.
В коровьем молоке они имеются, но их мало. Есть надежда, что в промышленных масштабах эти сахара будут получать из молочной сыворотки — отхода от производства сыра. В лаборатории Ларса Бода в том же Калифорнийском университете обнаружили, что сахара грудного молока помогают в борьбе с патогенной кишечной амёбой, вызывающей дизентерию.
Сложные сахара оседают на стенке кишечника, а по своей конфигурации они похожи на молекулы, имеющиеся на поверхности клеток кишечной выстилки. Паразитической амёбе нужны эти молекулы, а она наталкивается на несъедобные сахара, зацепляется за них и потом выводится из кишечника. Молекулы сахаров грудного молока ещё и тормозят жизненные процессы тех стрептококков, что вызывают респираторные и ушные инфекции. Это объясняет, почему дети, вскормленные грудью, страдают ими реже.
В молоке найден и такой олигосахарид, который эффективен в борьбе и с кишечной палочкой, и с возбудителем дизентерии, и даже с холерным вибрионом. Надо сказать, что некоторые биологиэволюционисты полагают сейчас, что у млекопитающих кормление детёнышей молоком исходно появилось не столько для их питания, сколько для защиты от болезней. В Англии, Германии и США готовится выпуск питательных смесей с сахарами грудного молока — учёные надеются, что они помогут в борьбе с кишечными инфекциями, пищевыми токсинами и укрепят иммунитет младенцев.
Олигосахариды, аналогичные имеющимся в грудном молоке, полезны и взрослым, у которых по какой-то причине нарушился микробиом кишечника. Началось изучение и жиров молока — в них видят будущее в лечении СПИДа, поскольку эти жиры мешают вирусу болезни проникать внутрь иммунных клеток, которые этот вирус уничтожает.
Автор статьи: Елена Изюмова
По материалам иностранной печати
Потомки Ивана Сусанина
В 1612 году «по совету и прошению» матери своей, царицы Марфы Ивановны, Михаил Феодорович пожаловал «за службу, за кровь и за терпение» Сусанина зятю его Богдану Собинину землю и велел освободить Собинина со всем его потомством от всех податей. Ему досталась пустошь Коробово, которой потомки Собинина владеют и теперь. Не разрешено въезжать в Коробово ни воеводам, ни сыщикам, а всеми делами велено ведать Приказу большого дворца. С тех пор Коробово состоит в дворцовом управлении при Министерстве Двора. Даже костромской губернатор может въезжать в их селение только с разрешения Двора. Эти привилегии подтверждались и следующими государями. Такие исключительные льготы, казалось бы, должны были доставить потомкам Сусанина (одна их семья показана на снимке) полное благополучие. Но на самом деле вышло совсем не то, и при таких «свободах» коробовцы всегда жили бедно. Население умножилось, а земли не хватает, да и то это большей частью неудобная земля, раскиданная кусками в окрестности 30—70 вёрст. Подсобных же промыслов тут нет, и приходится привилегированным крестьянам жить Высочайшими милостями в надежде то на коронацию, то на рождение. Эти милости ещё больше испортили потомков Сусанина и ослабили их стремление собственными силами улучшить свою участь.
«Природа и люди», 1913 г.
Говорящая машина в роли учебного пособия
Московская фабрика граммофонных пластинок «Метрополь-Рекорд» записала несколько серий пластинок, воспроизводящих учебники иностранных языков. Пока записаны наиболее употребительные в наших школах учебники: французского языка — Конова, немецкого — Глезера и Петцольда и курс английского языка Скотта. Каждый учебник уместился на 20 пластинках. Они записаны очень отчётливо и выразительно. Но возникают два затруднения. Во-первых, непрерывность вращения пластинки, которая необходима при воспроизведении музыкальных номеров, не допускает неоднократного повторения одного слова или фразы. Необходимо такое устройство, которое позволило бы повторять пластинку с любого места. Второй недостаток обнаруживается при изучении урока на дому. Зычный голос граммофона не может быть признан особенно приятным для окружающих. Такое «громовое» приготовление урока рискует после первого же опыта изгнать граммофон-педагога из семьи.
«Машинный мир», 1913 г.
Атом, человек, Солнце
Французский учёный Ж. Перрен путём весьма сложных и остроумных опытов установил вес атома водорода, найдя его равным 4.10-24 грамма. Можно вообразить себе всю незначительность веса атома благодаря интересному совпадению отношений. Вес атома во столько же раз меньше веса человека, во сколько раз вес человека меньше веса Солнца.
«Электричество и жизнь», 1913 г.
Новые документы времён Древней Руси принёс археологический сезон 2012 года. Об этом рассказал в своей публичной лекции академик Андрей Анатольевич Зализняк. К началу 61-го археологического сезона в Великом Новгороде было найдено 1018 берестяных грамот. Расшифровка каждой из них — новый шаг, приближающий нас к пониманию древнерусского языка. Любопытно распределение грамот по векам.
Хотите, чтобы ваш ребёнок стал видным политиком, успешным деловым человеком или известным учёным? Тогда отдавайте его в Ломоносовскую школу.
Когерентностью в общем случае называется согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. Термин происходит от латинского слова cohaerens — находиться в связи, быть сцепленным (именно поэтому чувствительный элемент первого радиоприёмника — «грозоотметчика» — назывался когерером: под действием электромагнитного импульса от молнии или сигнала передатчика железные опилки в его стеклянной трубке сцеплялись, становясь хорошим проводником).
Монохроматические волны когерентны, если разность фаз остаётся постоянной во времени (временнaя когерентность) или по мере распространения (пространственная когерентность). При сложении когерентных волн их амплитуды суммируются. Вспомним, как происходит излучение на атомном уровне. Получая энергию за счёт нагрева вещества, пропускания электрического тока или других источников, электроны атома переходят на более высокий энергетический уровень. Опускаясь на нижний, основной, уровень, они излучают фотоны.
Энергию фотонов и, следовательно, их частоту ? определяет разность уровней энергии: ?E = h?, где h — постоянная Планка. На нижний уровень электрон может опуститься по одному из двух сценариев: либо самопроизвольно (спонтанно), либо за счёт взаимодействия с посторонним фотоном, имеющим ту же энергию ?E. Во втором случае излучение атома называется вынужденным, или индуцированным. Излучение обычных источников (тепловых, вроде лампочек накаливания, плазменных, типа люминесцентных ламп) происходит по первому сценарию.
Атомы вещества излучают несогласованно, поэтому их излучение некогерентно, и с разных энергетических уровней, то есть оно немонохроматично. А когерентное излучение способен генерировать только лазер. В классическом лазере (в том числе рентгеновском — разере) создаётся инверсия электронной населённости — в результате поглощения энергии (накачки) в атомах рабочего тела на высоком уровне электронов больше, чем на низком (в обычных условиях наоборот).
Причём на этом уровне электроны остаются достаточно долго, чтобы дождаться постороннего фотона (это состояние называется метастабильным). Излучённый индуцированный фотон имеет те же фазу и частоту, что и вынуждающий, — по веществу движутся уже два когерентных фотона. Дальше происходит лавинообразное нарастание интенсивности когерентного и монохроматичного лазерного излучения. Когерентность излучения лазера на свободных электронах достигается другим путём — выбором геометрии ондулятора, при которой электроны собираются в сгустки, излучающие синхронно.
Так возникает лазерное излучение. Энергия накачки (скажем, мощная световая вспышка) переводит электрон атома с основного энергетического уровня на более высокий (а). Пролетающий фотон вынуждает электрон опуститься на нижний уровень, излучив фотон той же частоты и в фазе с пролетевшим. По веществу движутся два когерентных фотона (б). Следующее взаимодействие со встречными атомами порождает уже четыре фотона (в), затем восемь и т. д. Их число стремительно нарастает, и лазер генерирует когерентное монохроматическое излучение.
Движущийся с ускорением заряд излучает. Частица, летящая под действием магнитного поля по криволинейной траектории, испускает магнитотормозное излучение, которое для релятивистской частицы в однородном поле называется синхротронным, а в периодическом магнитном поле — ондуляторным.
Все эти типы излучений вызываются очень большим центростремительным ускорением быстрой частицы при резком искривлении её траектории магнитным полем. Такова природа части излучений нашей Галактики, радиогалактик, сверхновых звёзд, квазаров и пульсаров. Мощность излучения ускоренной частицы высокой энергии (E >> mc2) сильно зависит от её массы и наиболее велика для лёгких электронов, которые и используют в источниках синхротронного излучения.
Она растёт по мере приближения скорости частицы к скорости света, что, в частности, приводит к большим потерям энергии в циклических ускорителях. Поэтому электроны и позитроны разгоняют до больших скоростей в линейных ускорителях, где они движутся прямолинейно. Значительное увеличение их энергии достигается за счёт сравнительно малого ускорения и, следовательно, излучения.
Основная часть излучённой энергии сосредоточена в узком телесном угле ?? ? v1 – ?2, вокруг направления скорости v релятивистской частицы (? = v/c — релятивистский фактор). Максимум спектра излучения приходится на частоту f, пропорциональную скорости частицы, и при её росте частота увеличивается вплоть до рентгеновского диапазона за счёт эффекта Доплера. Ондулятор при помощи цепи магнитов переменной полярности создаёт периодическое магнитное поле. Электроны в нём движутся по синусоиде с длиной волны ?0, равной расстоянию между магнитами одной полярности. Электроны с разных периодов траектории излучают, создавая в сумме аналогичное синхротронному излучение.
Для околосветовой скорости частицы v ? 0,999999995c и ?0 = 2 см длина волны первой гармоники ?1 ? 10–10 м лежит в области рентгеновского излучения. При помощи ондулятора можно получать когерентное, подобное лазерному, излучение. Для этого необходимо, чтобы в пучке электронов излучения отдельных частиц складывались в фазе. Это условие выполнится, если электроны летят сгустками длиной L ? ? с интервалом равным или кратным ? — длине волны нужной гармоники. Современная техника позволяет группировать пучки с большой точностью и генерировать ондуляторное излучение с хорошей когерентностью.
В ондуляторе частица излучает в пределах узкого угла вокруг направления своей мгновенной скорости.
Швейцарские физики предложили определять содержание глюкозы у больных диабетом с помощью лазера. Главное преимущество нового метода контроля — его неинвазивность, то есть пациентам не надо несколько раз в день колоть палец с тем, чтобы получить каплю крови на анализ. Как сообщили авторы исследования на 9-й Международной конференции по диодной лазерной спектроскопии (TDLS-2013), состоявшейся в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН, пациентов, нуждающихся в постоянном мониторинге содержания глюкозы в крови, в мире насчитывается примерно 366 млн человек.
Метод основан на лазерной спектроскопии. В своих экспериментах сотрудники Института квантовой электроники, лазерной спектроскопии и сенсоров (г. Цюрих, Швейцария) использовали квантовый каскадный лазер (ККЛ). С помощью ККЛ можно изучать содержание в тканях человека сложных химических соединений, к каковым относится и глюкоза. ККЛ представляют собой полупроводниковые лазеры, излучающие в инфракрасной области.
Их основное отличие от обычных полупроводниковых лазеров — в механизме возникновения излучения. Если излучение электромагнитных волн в обычных полупроводниковых лазерах возникает при рекомбинации электронно-дырочных пар, то в ККЛ излучение генерируется при переходе электронов между тонкими слоями различных материалов (гетероструктур), так что один электрон рождает несколько квантов. Длину волны излучения в таких лазерах можно регулировать, изменяя толщины слоёв. Отметим, что эти мощные лазеры невелики, — их характерные размеры составляют 3 мм, что открывает широкие возможности для использования в медицине.
То или иное вещество поразному поглощает излучение разной длины волны и имеет свой, присущий только ему характерный спектр поглощения, по которому можно это вещество идентифицировать. Так и у глюкозы есть свой спектр поглощения и длина волны, на которой это поглощение максимально. Метод, предложенный исследователями из Цюриха, использует эффект возникновения акустических волн в испытуемой среде под действием оптического излучения (фототермоакустический эффект). Заключается он в нагреве облучаемого объёма среды при поглощении ею ИК-излучения определённой длины волны.
Этот нагрев влечёт за собой изменение плотности среды (или механических напряжений в среде). Если мощность падающего излучения меняется (модулируется), происходят временные изменения плотности, что возбуждает в среде акустические волны. Построив калибровочную кривую акустического ответа исследуемого материала на лазерное излучение, можно определить концентрацию интересующего вещества, в данном случае — глюкозы. Свои эксперименты швейцарские физики проводили в средней ИК-области спектра: именно на этих длинах волн возможно определение содержания глюкозы во внутритканевых жидкостях кожи.
Излучение квантового каскадного лазера (длины волн 9 и 13 мкм) направляли в фотоакустическую ячейку объёмом 78 мм3. Ячейка снабжена микрофоном для детектирования возникающего фотоакустического сигнала и сенсором для измерения относительной влажности и температуры кожи испытуемого. Дело в том, что часто кожа имеет слишком высокую влажность, вода же сама по себе поглощает излучение в средней ИК-области, меняя спектр поглощения испытуемой среды. Поэтому для снижения влажности кожи и исключения паразитного поглощения экспериментальная ячейка постоянно продувалась азотом.
В модельном эксперименте кусочек кожи находился в контакте с водным раствором глюкозы с концентрацией от 0,1 до 10 г/дл, которая диффундировала в испытуемый образец. На данный момент исследователям удалось достигнуть чувствительности метода в 100 мг/дл, что отвечает физиологическому изменению концентрации глюкозы в крови (30—500 мг/дл), но для определения уровня сахара этого недостаточно: она должна быть примерно в 10 раз выше, над чем экспериментаторам ещё придётся поработать. Пока же в планах исследователей — испытание фотоакустического метода определения глюкозы в межтканевой жидкости кожи здоровых добровольцев после так называемого теста на толерантность к глюкозе и одновременное определение у них содержания глюкозы в крови традиционным методом для сравнения получаемых данных.
Автор статьи: Татьяна Зимина
всего статей: 1642
