Состав и функция грудного молока для здоровья ребенка

Грудное молоко женщины (HBM – международная аббревиатура) содержит различные компоненты, играющие важную роль в поддержании раннего роста и развития ребенка. Макронутриенты являются типичными компонентами HBM. Факторы, влияющие на эти макронутриенты, и связанные с ними преимущества грудного молока для здоровья младенцев хорошо изучены за последние десятилетия и продолжают привлекать пристальное внимание исследователей.

Грудное вскармливание предотвращает и снижает распространенность заболеваний. Обширные данные демонстрируют, что у детей, находящихся на грудном вскармливании, ниже частота многих острых или хронических заболеваний, таких как средний отит, острая диарея, инфекции нижних дыхательных путей, синдром внезапной детской смерти, воспалительные заболевания кишечника, ювенильный лейкоз, диабет, ожирение, астма и атопический дерматит. Известно, что исключительно грудное вскармливание в возрасте первых 6 месяцев снижает смертность от инфекционных заболеваний на 88%.

Растущая сложность и интеграция передовых аналитических технологий, таких как секвенирование нового поколения, позволили беспрецедентно исследовать грудное молоко и расширить исследования его различных последствий для здоровья.

Питательные компоненты грудного молока и связанные с ними преимущества для здоровья ребенка

За исключением воды, которая составляет около 87-88%, основными компонентами грудного молока являются макроэлементы: углеводы, белки и жиры. Они обеспечивают необходимую питательную поддержку для роста и развития ребенка, обеспечивая 65-70 ккал энергии на 100 мл. Компоненты HBM динамически меняются в зависимости от периодов лактации и сеансов кормления. Углеводы, которые составляют около 7% (60-70 г / л) молока матери, составляют 40% от общего запаса калорий. Лактоза является основным углеводом в HBM. Она расшепляется и всасывается в форме моносахаридов (глюкозы и галактозы) с помощью фермента, называемого лактаза-флоризингидролаза (лактаза). Лактоза присутствует в женском молоке в более высокой концентрации, чем в молоке других видов, что отражает высокие энергетические потребности мозга ребенка, демонстрируя положительную связь с увеличением веса у младенцев.

Недостаточная лактаза может вызвать нарушение всасывания лактозы, но это относительно редко встречается у детей, находящихся исключительно на грудном вскармливании. Это может быть вторичным по отношению к острым заболеваниям, затрагивающим тонкую кишку, таким как энтерит, и может повлиять на рост ребенка, когда сопровождается хроническими заболеваниями, такими как кишечная недостаточность.

Лактоза также является основным фактором, влияющим на осмоляльность грудного молока. От молозива к переходному молоку и зрелому молоку среднее содержание лактозы немного увеличивается. Кроме того, лактоза способствует усвоению и прикреплению биоактивных компонентов, таких как олигосахариды, минералы и кальций.

Белок в грудном молоке, состоящий из смеси сыворотки, казеинов и различных пептидов, содержит важнейшие аминокислоты, необходимые для роста и развития ребенка, а также для многих функций. Казеины присутствуют в виде мицелл, которые существуют в виде творога или сгустков в желудке и являются основным источником кальция и фосфата в молоке женщины, а сывороточный белок существует в растворе. Некоторые белки, такие как α-лактальбумин, β-казеин, фолатсвязывающий белок, гаптокоррин, стимулируемая солями желчи липаза, амилаза, α-1 антитрипсин и лактоферрин, играют вспомогательную роль в переваривании и утилизации различных других питательных веществ. Белок составляет около 1% (8-10 г / л) в грудном молоке, представляя относительно высокое содержание 14-16 г / л сразу после рождения ребенка, но снижается до 8-10 г / л в 3-4 месяца. Через 6 месяцев оно снижается до 7-8 г / л.

Жир, на долю которого приходится почти 50% питания младенца, является второй по распространенности макромолекулой в грудном молоке и является наиболее важным для роста и развития центральной нервной системы младенца. Длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты (LCPUFA), доставляемые через грудное молоко, влияют на развитие сетчатки и коры головного мозга младенцев.

Сфингомиелины, которые влияют на миелинизацию центральной нервной системы, играют важную роль в нейроповеденческих эффектах, особенно при рождении ребенка с недостаточным весом. В целом, грудное молоко (HBM) содержит 3,5–4,5% жира, из которых 95-98% находится в форме триглицеридов. На содержание жира в HBM влияют различия в диетических привычках, рационе матери, изменении веса во время беременности и полноте груди, включая время последнего кормления.

Сразу после рождения молозиво, первое грудное молоко, полученное после рождения, содержит 15-20 г / л жира, но оно постепенно увеличивается с лактацией, достигая 40 г / л в зрелом молоке. Профиль жирных кислот HBM не меняется в течение одной лактации, хотя содержание жира увеличивается в 2-3 раза от первоначального молока к зрелому. Большинство жирных кислот в грудном молоке – это C10-C18 с небольшим количеством ненасыщенных длинноцепочечных жирных кислот. Длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты (LCPUFA) и их предшественники поступают грудным детям через грудное молоко в количествах, которые в значительной степени зависят от рациона питания матери. Докозагексаеновая кислота (C22: 6 n-3), эйкозапентаеновая кислота (C20: 5 n-3) и общее количество n-3 LCPUFA в грудном молоке влияют на ожирение у младенцев, а соотношение n-6 / n-3 в грудном молоке положительно влияет на процентное содержание жира в организме младенцев. Короткоцепочечные жирные кислоты в HBM являются важными источниками калорий для роста младенцев и играют важную роль в созревании желудочно-кишечного тракта.

Иммунологические компоненты грудного молока и связанные с ними преимущества для здоровья ребенка

В дополнение к питательным биомолекулам, грудное молоко содержит много непищевых биоактивных компонентов, которые оказывают глубокое влияние на выживание и здоровье младенцев. Молозиво особенно богато иммунологическими компонентами с противовоспалительным и противоинфекционным действием и известной ролью в регуляции ранней колонизации кишечника и иммунного развития. Типичные иммунологические белки включают:

• α-лактальбумин;
• лактоферрин;
• лизоцим;
• секреторный иммуноглобулин А (sIgA), которые все являются сывороточными белками.

Преобладание сывороточных белков (90:10) в молозиве подчеркивает их важную роль в иммунной защите при рождении.

Иммуноглобулин А (sIgA) составляет около 80-90% от общего количества иммуноглобулинов в грудном молоке. Примерно от 0,5 до 1,0 г этого белка в день попадает в организм младенцев, которых кормят исключительно материнским молоком. Только около 10% из них всасывается кишечником и переносится в кровоток, что отражает местную иммунную функцию sIgA, то есть для доставки приобретенного иммунитета от матерей через энтеромаммарный путь для поддержки местного иммунитета у новорожденного.

Молекулы sIgA также влияют на связывание патогенов, таких как:

• кишечная палочка;
• холерный вибрион;
• кампилобактер;
• гемофильная палочка;
• ротавирус;
• цитомегаловирус;
• Candida albicans, предотвращая их прилипание к поверхности слизистой оболочки кишечника.

Одно исследование показало, что sIgA может влиять на патогенез некротизирующего энтероколита (NEC).

sIgA и лактоферрин составляют около 26% белка в женском молоке, что соответствует концентрации лактоферрина около 1 г / л в зрелом молоке и 7 г / л в молозиве. Лактоферрин представляет собой антимикробное соединение с высоким сродством к железу. Он проявляет бактериостатическую активность в отношении патогенов, требующих железа, и проявляет бактерицидную активность в отношении некоторых патогенов. Кроме того, лактоферрин влияет на выработку и экспрессию различных цитокинов, которые влияют на иммунную систему.

Лизоцим подавляет размножение патогенных бактерий (особенно грамотрицательных бактерий) благодаря своему синергетическому действию с лактоферрином. Несколько исследований показали, что лизоцим обладает потенциалом для защиты младенцев от воспалительного процесса в кишечнике, связанного с NEC (некротизирующим энтероколитом).

Другим преобладающим сывороточным белком в грудном молоке, который играет различные роли у младенцев, является α-лактальбумин. Он необходим для биосинтеза лактозы и способствует усвоению микроэлементов и минералов, таких как кальций и цинк. Кроме того, α-лактальбумин связывается с олеиновой кислотой с образованием комплекса, известного как человеческий α-лактальбумин, который становится смертельным для опухолевых клеток (HAMLET), который индуцирует апоптоз опухоли и активирует потоки ионов в различные клеточные компартменты и, как ожидается, будет применяться клинически для лечения различных онкологических заболеваний.

Кроме того, грудное молоко содержит цитокины, такие как фактор некроза опухоли-α, интерлейкин (IL)-1β, IL-6, IL-8, IL-10, интерферон-γ и трансформирующий фактор роста-β, которые обеспечивают иммуномодуляцию и пассивную защиту, снижая вероятность инфекции.

Другим важным компонентом в формировании иммунитета новорожденных являются олигосахариды (HMO) человеческого молока. HMO являются вторыми по распространенности углеводами после лактозы и третьим по распространенности компонентом в целом в молоке женщины.

Создание иммунной системы против различных инфекций сразу после рождения имеет важное значение, поскольку желудочно-кишечный тракт младенцев стерилен. В дополнение к непосредственному попаданию биоактивных компонентов через материнское молоко, формирование иммунитета кишечника путем колонизации кишечника также важно для укрепления развивающейся иммунной системы младенца и обеспечения защиты от патогенов.

Олигосахариды (HMO) устойчивы к гидролизу в тонкой кишке новорожденных, поэтому они не всасываются и попадают в толстую кишку в основном неповрежденными. Эти HMO служат пребиотиками и метаболическими субстратами, поддерживая рост полезных кишечных бактерий и защиту ребенка-хозяина. HMO усваиваются бифидобактериями, ассоциированными с кишечником младенца, которые участвуют в производстве короткоцепочечных жирных кислот, важного источника энергии для энтероцитов.

Формирование богатой бифидобактериями микробиоты считается важным для долгосрочного здоровья кишечника. Кроме того, HMO защищают младенцев от патогенов, таких как Streptococcus pneumonia, E. coli, Streptococcus группы B и Campylobacter, подавляя их адгезию к слизистой оболочке кишечника. Кроме того, доклинические исследования на животных и исследования на людях подтверждают профилактическое действие HMO против некротизирующего энтероколита (NEC) у недоношенных детей. Примечательно, что липидные компоненты грудного молока (особенно моноглицериды со средней цепью), как было показано, также обладают защитным действием против нескольких патогенов, таких как стрептококк группы В.

Микробиом, полученный из грудного молока

Исторически считалось, что грудное молоко стерильно. Присутствие бактерий в нем считалось загрязнением или инфекцией, поэтому ранние исследования бактерий в женском молоке в основном касались мастита или вертикальных инфекций, переданных через него ребенку. Парадигма изменилась после начала 2000-х годов, когда несколько исследований продемонстрировали существование комменсальных бактерий в молоке женщин.

В ранних исследованиях на основе культивирования сообщалось о быстрорастущих культивируемых грамположительных бактериях, таких как Staphylococcus, Streptococcus, Corynebacterium и Propionibacterium. Однако в одном исследовании с использованием методов культивирования были выделены молочнокислые бактерии (LAB). Ни один из LAB, выделенных из кожи молочной железы, не имел идентичных профилей ДНК с LAB, выделенным из грудного молока и ареолы молочной железы, что позволяет предположить, что грудное вскармливание может быть важным источником LAB для кишечника младенца.

Последующие новаторские исследования, зависящие от культуры, подтвердили наличие комменсальных бактерий в молоке кормящих женщин. Развитие методов культурально-независимого анализа, особенно появление высокопроизводительных методов секвенирования следующего поколения, расширило горизонты исследований микробиома грудного молока. В настоящее время широко признано, что в нём присутствуют многочисленные и разнообразные микроорганизмы и что эти микроорганизмы играют важную роль в колонизации кишечника младенцев.

Помимо доказательства присутствия микробных сообществ в грудном молоке, интерес сосредоточен на выявлении репрезентативных родов и роли, которую микробиом молока кормящей матери играет в ее здоровье и ребенка. Первое исследование секвенирования следующего поколения для изучения микробиома грудного молока показало, что во всех образцах присутствует «основная» бактериальная микробиота кишечника (бактериома), и что на ее долю приходится половина микробной популяции. Этот основной бактериом включал девять родов:

• Staphylococcus;
• Streptococcus;
• Serratia;
• Pseudomonas;
• Corynebacterium;
• Ralstonia;
• Propionibacterium;
• Sphingomonas;
• Bradyrhizobium.

Однако эти результаты были расширены последующими исследованиями. В одном исследовании был идентифицирован основной бактериом 12 родов: Staphylococcus, Streptococcus, Bifidobacterium, Balutia, Brevundimonas, Corynebacterium, Flavobacterium, Propionibacterium, Pseudomonas, Ralstonia, Rothia и Burkholderia. В другом исследовании Streptococcus, Elizabethkingia, Variovorax, Bifidobacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Stenotrophomonas, Brevundimonas, Chryseobacterium и Enterobacter составляли основные 12 родов. В крупном исследовании, в котором был проанализировано грудное молоко 393 матерей, 100% образцов содержали 12 основных родов. Пять наиболее распространенных принадлежали к неклассифицированным Burkholderiales, Staphylococcus, Ralstonia, неклассифицированным Comamonadaceae и Acidovorax. Другими были Massilia, Rheinheimera, Agrobacterium, неклассифицированные Rhodospirillaceae, Vogesella, Nocardioides и неклассифицированные Burkholderiales.

Систематический обзор молока здоровой матери с использованием только независимых от культуры методов показал, что стафилококк и стрептококк являются повсеместно преобладающими родами в грудном молоке.

Наиболее часто встречающимися родами были Staphylococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Pseudomonas, Bifidobacterium, Corynebacterium, Enterococcus, Acinetobacter, Rothia, Cutibacterium, Veillonella и Bacteroides.

Расхождения в результатах, упомянутых выше, могут быть вызваны несколькими причинами. Во-первых, индивидуальные, региональные и экологические факторы могут влиять на микробную экосистему грудного молока. Есть некоторые доказательства того, что паритет, способ доставки, гестационный возраст, биологический пол, внутрипородные антибиотики, стадия лактации, диета, индекс массы тела, состав грудного молока, ВИЧ-инфекция, этническая принадлежность, географическое положение и метод сбора / кормления влияют на состав микробиома женского молока.

Происхождение бактериальных популяций в грудном молоке еще предстоит определить. Общепринятыми гипотезами являются заражение с поверхности кожи и полости рта младенца и транслокация через энтеромаммарный путь. Ранние исследования, в которых предполагалось, что микроорганизмы в HBM являются загрязнителями кожи матери при грудном вскармливании, были основаны на сходстве между микроорганизмами кожи и микроорганизмами молока, такими как Staphylococcus и Corynebacterium. Одно исследование, показывающее ретроградный поток молока изо рта младенцев обратно в молочные протоки во время сосания, показало, что микроорганизмы кожи и полости рта влияют на формирование микробиома грудного молока.

Энтеромаммарный путь означает, что кишечные бактерии матери проникают через эпителий и эндогенным путем попадают в молочные железы. Доказательствами, подтверждающими эту теорию, является то, что дендритные клетки могут проникать в эпителий кишечника, открывая плотные соединения, что позволяет переносить симменсальные бактерии из просвета кишечника. Наличие энтеромаммарной циркуляции IgA-продуцирующих клеток также подтверждает эту теорию. Между тем, исследования, сравнивающие состав микробиома кожи и грудного молока, показали заметные различия. В нескольких исследованиях также было обнаружено, что анаэробные бактерии, такие как Bifidobacterium, Bacteroides, Parabacteroides и Clostridium, которые отсутствуют на коже взрослого человека, распределяются между грудным молоком и фекалиями младенцев.

Взаимосвязь между микробиомом грудного молока и здоровьем ребенка

В настоящее время широко признано, что микробиом грудного молока (HBM) способствует колонизации кишечника младенца. Грудное вскармливание позволяет микробиому HBM проникать в кишечник ребенка и служить прививкой. Исследования показали, что некоторые штаммы видов, такие как Lactobacillus и Bifidobacterium, присутствуют в молоке матери и кале младенца, подтверждая, что HBM способствует вертикальной передаче комменсальных бактерий. Тем не менее, по-прежнему отсутствует понимание точного механизма. Также необходимо определить, какие бактерии, попадающие к младенцу через микробиом грудного молока, играют важную роль в развитии иммунитета и благоприятном симбиозе.

В рамках этой концепции раннее исследование задокументировало антистафилококковую активность Lactobacillus rhamnosus и Lactobacillus crispatus, выделенных из грудного молока. Было показано, что Lactobacillus spp. проявляют ингибирующую активность в отношении патогенов, таких как Shigella spp., Salmonella spp. и E. coli, предотвращая адгезию в кишечнике. Некоторые данные подтверждают предположение, что относительное обилие бифидобактерий связано с заболеванием или развитием иммунитета.

В систематическом обзоре 248 исследований сравнивался состав грудного молока у здоровых матерей и у инфекционных больных. Исследование показало, что некоторые виды бактерий были обнаружены только у инфицированных пациентов, в то время как другие существовали только в здоровой контрольной группе. В частности, Bifidobacterium и Lactobacillus были связаны с отсутствием инфекции. Кишечный микробиом фекалий младенцев обычно имеет высокое содержание бифидобактерий, особенно у детей, находящихся исключительно на грудном вскармливании.

В дополнение к микробиому, грудное молоко содержит внеклеточные везикулы (EVS) бактериального происхождения. Внеклеточные везикулы обычно классифицируются как апоптотические тельца, микровезикулы и экзосомы. Считается, что EV в грудном молоке, полученные из бактерий, участвуют в формировании колонизации кишечника и иммунитета у младенцев и действуют как рецепторы для биоактивных молекул в клетках-хозяевах. Ранее было проанализированы EV, полученные из бактерий, и обнаружено высокое содержание лактобацилл в образцах бактериальных EV, а также высокую корреляцию между Bifidobacterium и бактериальными EV. Эти результаты свидетельствуют о наличии ключевых бактерий с метаболической активностью в грудном молоке.

Традиционно лактобациллы и бифидобактерии имеют долгую историю как наиболее распространенные и безопасно используемые пробиотики. Однако ожидается, что благодаря более глубокому пониманию микробиома грудного молока будут выделены новые пробиотические штаммы, которые лучше переносятся в кишечник и демонстрируют более высокую эффективность. Кроме того, следует установить факторы, которые в конечном итоге способствуют симбиозу у младенцев, поскольку такие знания могут позволить при необходимости манипулировать микробиомом кишечника младенца для улучшения здоровья.

Хорошо известно, что дисбиоз бактериома грудного молока, характеризующийся быстрым ростом патогенных бактерий (Staphylococcus и/или Streptococcus и Corynebacterium) и истощением комменсальных бактерий (Lactococcus и Lactobacillus), вызывает мастит. Кроме того, растет интерес к поиску связей между раком молочной железы и микробной экологией в окружающей среде молочной железы. Исследование показало различия в бактериальном составе ткани молочной железы между здоровыми женщинами и женщинами с раком молочной железы. Было выявлено, что эпидермиды, выделенные у больных раком молочной железы, индуцируют двухцепочечные разрывы ДНК. Ожидается, что более глубокое знание экологии микробиома грудного молока откроет больше способов прогнозирования и профилактики различных заболеваний матери.

Экзосомы и микроРНК, полученные из грудного молока, в отношении здоровья и болезней ребенка

Экзосомы (внеклеточные микропузырьки – везикулы), обнаруженные в окружающих жидкостях организма, таких как кровь, моча, спинномозговая жидкость, слюна и амниотическая жидкость, оказывают различное воздействие на здоровье, транспортируя биоактивные молекулы, такие как ДНК, мРНК, микроРНК, липиды и белки. Полученные из молока экзосомы защищают эпителиальные клетки кишечника от окислительного стресса, регулируя клеточную пролиферацию и воспаление, и оказывают различные физиологические и терапевтические функции при иммуномодуляции и раке.

Хотя одно исследование не смогло подтвердить прямые противоопухолевые эффекты экзосом грудного молока, оно показало, что эти экзосомы способствуют пролиферации нормальных эпителиальных клеток толстой кишки, не влияя на рост раковых клеток. В настоящее время изучается взаимосвязь между заболеваемостью и лечением различных видов рака, включая рак молочной железы, легких, толстой кишки, поджелудочной железы, предстательной железы и яичников.

Грудное молоко сильно обогащено микроРНК, короткими некодирующими РНК длиной от 18 до 25 нуклеотидов, участвующими в развитии, дифференцировке, пролиферации, метаболизме и гибели клеток и тканей. Было показано, что каждая микроРНК регулирует экспрессию нескольких генов. Сообщается, что некоторые из десятков тысяч известных видов участвуют в генерации рака, и аберрантно экспрессируемые микроРНК при определенных типах рака становятся возможными биомаркерами для диагностики, лечения и прогноза различных видов рака.

Некоторые микроРНК являются ключевыми регуляторами липидного обмена молока. МикроРНК, участвующие в окислении жирных кислот, гомеостазе холестерина и являющиеся важнейшими регуляторами липогенеза, могут быть полезны при лечении таких заболеваний, как атеросклероз и дислипидемия. Кроме того, некоторые микроРНК связаны с контролем роста, апоптозом, эпигенетическими модификациями, программированием развития, дифференцировкой стволовых клеток и повышением или снижением риска развития рака путем нацеливания на гены, участвующие в раке.

На животных моделях многие микроРНК грудного молока были связаны с синаптической пластичностью, когнитивными способностями и неврологическими расстройствами. Некоторые данные свидетельствуют о связи между воспалительным заболеванием кишечника и NEC (некротизирующим энтероколитом) через влияние микроРНК на созревание кишечника и воспаление. Можно ожидать, что дальнейшие исследования микроРНК, полученных из грудного молока, и клинических подходов у людей обеспечат будущие терапевтические применения при таких заболеваниях, как рак, инфекции и заболевания новорожденных.

Выводы

Грудное молоко представляет собой очень сложную систему различных биоактивных компонентов. Это наиболее подходящий источник питательных веществ для младенцев и незаменим для формирования раннего иммунитета. Каждый компонент положительно влияет на здоровье человека, например, на ранний иммунитет и профилактику заболеваний, независимо и напрямую, а также оказывает влияние на здоровье посредством различных взаимодействий. Многие биологически активные компоненты в молоке кормящих женщин еще не идентифицированы, и знания об их роли остаются на уровне животных моделей или исследований. Тем не менее, ожидается, что различные биоактивные компоненты грудного молока будут полезны при диагностике и лечении заболеваний.

Список литературы:

1. Ballard O., Morrow A.L. Human milk composition: Nutrients and bioactive factors. Pediatr. Clin. N. Am. 2013. 
2. Kim S.Y., Yi D.Y. Components of human breast milk: From macronutrient to microbiome and microRNA. Clin. Exp. Pediatr. 2020.
3. Martin C.R., Ling P.R., Blackburn G.L. Review of Infant Feeding: Key Features of Breast Milk and Infant Formula. Nutrients. 2016. 
4. Castellote C., Casillas R., Ramírez-Santana C., Pérez-Cano F.J., Castell M., Moretones M.G., López-Sabater M.C., Franch A. Premature delivery influences the immunological composition of colostrum and transitional and mature human milk. J. Nutr. 2011.
5. Kim M.H., Shim K.S., Yi D.Y., Lim I.S., Chae S.A., Yun S.W., Lee N.M., Kim S.Y., Kim S. Macronutrient Analysis of Human Milk according to Storage and Processing in Korean Mother. Pediatr. Gastroenterol. Hepatol. Nutr. 2019.
6. Ip S., Chung M., Raman G., Chew P., Magula N., DeVine D., Trikalinos T., Lau J. Breastfeeding and maternal and infant health outcomes in developed countries. Evid. Rep. Technol. Assess. 2007. 
7. Agostoni C., Braegger C., Decsi T., Kolacek S., Koletzko B., Michaelsen K.F., Mihatsch W., Moreno L.A., Puntis J., Shamir R., et al. Breast-feeding: A commentary by the ESPGHAN Committee on Nutrition. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 2009.