当知道长期缺乏膳食纤维的饮食会导致肠道黏液层变薄时,很多人开始默默给自己的晚餐多加了份蔬菜。
爱较真的朋友问了更多的问题:黏液层到底是什么?人体都哪里有黏液层?它们对人体到底是有多重要,什么影响?
真的大部分人并不清楚黏液层到底是什么。其实黏液层对我们一点都不陌生,抓过鱼的人想必对鱼皮那滑溜溜的触感印象深刻,你很难抓起一条黄鳝或是泥鳅,它们身上那层黏液会让它们躲过很多很多的不幸。你讲话多了,嘶喊半天后发现口干舌燥吧?瞪着眼睛看半天东西不眨眼,最后感觉到眼睛酸痛了吗?
那都是你对黏液层的最基本感受。实际上,绝大部分生命都具有黏液层,不管是动物、植物还是微生物。生命中释放的黏液不论植物、动物还是微生物,都是生命的一个特殊的防御屏障或者愈伤屏障。人的皮肤、呼吸道、鼻腔、口腔、眼睛表面、外耳道、胃肠道、生殖道等与外界接触的表面部位,都具有黏液层(mucus layer)。
日常生活经验让我们体会深刻的是,黏液层可以保持表皮湿润,减少机械摩擦,避免表皮因为外力受伤,粘附大分子和颗粒,避免这些异物侵入人体,比如鼻涕和痰。
举例来说,你用一个干毛巾擦脸和用湿毛巾感受就不会一样;你用干牙刷刷牙和蘸了研磨剂的牙刷刷牙感觉也不同。
你每分钟都会眨眼数次,每次眨眼都在修复你的眼球表面的黏膜屏障,因为短短的几秒钟,你的眼角膜上的黏液屏障就像久旱的湖床,干涸会让眼睛极度不适。
眨眼的每一瞬都是自己的泪水和黏液在修复龟裂的角膜。所以我们不会因为眨眼而损伤眼球,不会因为吃东西摩擦而损伤食管和胃肠,呼吸进去的粉尘和微生物也能被黏液捕捉之后顺畅地做为一股清bi水ti(nose water)排出体外。
所以我们不会因为眨眼睛损伤眼睛,不会因为吃东西而损伤口腔食管和胃肠,呼吸下去的灰尘也基本能通过鼻水排出体外。
不过这只是你初步简单直观地了解了黏液属性,事实上黏液层是人体多个器官正常运作必不可少的条件,是人体永不能枯竭的一条生命河流。本期食与心带领大家畅游一下这个河流。
黏蛋白是黏液层的主要功能成分
食与心形容它是一个生命的河流,正是因为在以往食与心在十多年的肠脑心理学研究中发现,黏液层的质量甚至决定了一个人的认知能力。黏液人体的黏膜上皮细胞分泌释放出来的湿滑液体,介质来说主要成分是水,电解质,脂类和蛋白质以及糖等物质构成,承载着多种功能的酶、特别是溶菌酶,还有抗菌肽,免疫球蛋白等的复合成分。
1. 水
作为黏液成分的溶剂和扩散介质,水约占黏液的90-95%,因此说它是人体的生命之河不为过之。
2. 电解质
常见的粘液电解质是由氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠、磷酸盐、镁和钙等组成的,与血清几乎等渗的液体。不同部位黏液的电解质均有差别,主要与该部位面临的环境和执行功能有关,这个差异由该部位分泌电解质的上皮细胞说了算。
以胃为例,食物在胃里消化过程中,胃上皮细胞会增加盐酸(HCL)分泌,减少氯化钾分泌。电解质的变化可以调整黏液的黏度,并形成保护性的pH梯度,避免胃酸腐蚀自身细胞。因此有胃黏膜的保护下,可以让你的棉质衣服立刻烧破一个洞的胃酸,但绝不会让胃壁受到损伤。
3. 脂类
黏液的1-2%为脂类,主要是磷脂酰胆碱、磷脂酰甘油及少量溶血磷脂酰胆碱。
脂类可影响黏液的润湿性、润滑性和表面张力特性,防止水相蒸发,比如泪液中的脂类就可促进眼泪润滑眼睛,避免眼泪蒸发过快。
4. 黏液蛋白质
黏液中含有多种蛋白质,比如黏蛋白、防御蛋白、生长因子和结构蛋白等。
黏蛋白(mucins)属于糖蛋白,虽然只占黏液的1-5%,它是黏液的最主要功能成分,决定了黏液层最基本、也是最主要的粘弹性特性。
黏蛋白体型超乎寻常地庞大,包含5000多个氨基酸残基(一般的人体蛋白质仅含300-500个氨基酸残基)。如果说普通蛋白质是一株玉米,黏蛋白简直就是一棵枝繁叶茂的参天大树。
黏蛋白可分为分泌型和膜结合型两类,两种都高度糖基化,约80%重量由碳水化合物构成。通过氨基酸与支链/直链的多糖或者寡糖结合,黏蛋白形成独特的“刷子”样的立体结构,从而影响着黏液层的粘弹性。
了解了黏蛋白的这种组成,也许就不难理解为什么当饮食中的膳食纤维缺乏或营养不均衡,以及食物匮乏时,肠道细菌会靠吞噬黏蛋白来替代膳食纤维去滋养自己了吧!
其他蛋白质主要发挥支持和保护作用。防御蛋白中的防卫素、抗菌肽、溶菌酶以及免疫球蛋白可对抗致病菌;生长因子(如表皮生长因子和转化生长因子β)可促进上皮细胞生长及修复;结构蛋白如蛋白酶抑制剂和三叶肽,可增加黏液粘性,避免黏液被人体自身的消化酶消化。
结肠的黏液层最厚
黏液主要由上皮杯状细胞或黏液分泌细胞合成,两种细胞都含有大量的顶端黏液分泌颗粒,可占细胞总体积的75%左右。
消化道、呼吸道和眼部的黏液可形成2层流变性完全不同的黏液层。
在胃肠道表面,紧挨着上皮细胞的黏液层粘弹性更大,厚约100-150微米,也被称为内侧黏液层,内侧黏液层外的是一层厚度约100-700微米,粘弹性更小,直接接触食物的外侧黏液层。简言之,胃肠道表面拥有的是一种底稠面稀的双层黏液层。
与胃肠道相反,呼吸道紧挨着上皮细胞的,也就是底层,是一层主要由水化膜和糖蛋白组成的粘性小流动性大的黏液层,再往外、直接接触空气的表面黏液层才是粘度更大。也就是说,呼吸道表面拥有的是一种与消化道相反、底稀面稠的黏液层,这样的结构更便于人通过咳嗽排出肺部和呼吸道的异物。
不同人,不同部位的黏液层厚度各不相同。已有的数据显示:
胃肠道黏液偏多,从上消化道到下消化道厚度在200-800微米之间;
气管的黏液层厚度约10微米;
眼睛角膜和结膜表面的黏液层厚度在1-7微米之间;
女性生殖道黏液层粘度和厚度随排卵周期有波动的变化。
黏液层可增强抗感染能力,抑制过敏
现在我们已经了解到生命之河的黏液层位于人体与外界直接接触的各个器官表面,比如眼睛、耳朵、鼻腔、肺、口腔、胃肠道和生殖道等处。人体每天分泌超过1升的黏液,覆盖自己那600多平方米的上皮表面。这个面积有多大呢?一个网球场大小。如果不熟悉网球场有多大,告诉你,一个篮球场是420多平米,你的黏液河流滋润的面积比篮球场至少大出30%。
从宏观角度,除了最基础的润滑作用,黏液层更是分隔人体与外界环境的人体屏障的必需组成部分。
以肠道屏障为例,位于肠腔内,黏液层外的肠道微生物(还有少量特定微生物生活在外侧黏液层中)构成了分隔人体内外的第一道屏障——微生物屏障。黏液层构成了肠道屏障第二层的化学屏障,黏液下紧密连接在一起的上皮细胞构成了肠道屏障第三层的物理屏障,而上皮下的免疫细胞则构成了肠道屏障第四层的免疫屏障。
与我们日常用来当做屏障,盖住碗盆防止落尘和蝇虫的纱布,或者塑封保鲜的做法不同,黏液层却是一种选择性过滤屏障,主要通过以下6种方式发挥作用:
屏蔽。阻止不好的细菌、真菌、衣原体、支原体以及病毒进入黏液层,并促进黏液将这些不受欢迎的微生物驱除。
营养。将黏蛋白的一些聚糖链作为营养喂养可以接受的微生物,也就是它们认可的共生菌,调节微生物的种类和数量。
隔离微生物。通过黏蛋白自身的三维立体结构,将微生物单个隔离并限制其营养的自由摄取,阻隔它们互相通气儿传递信号,阻止或降低病菌的致病性。
信号交流。识别并发出信号影响微生物的行为,促进共生菌生长,抑制有害微生物增殖、聚集、交流和产生毒素,比如抑制绿脓杆菌和白假丝酵母大量繁殖,产生毒素和形成生物膜而导致人类生病。
免疫调节。黏蛋白上含有抗原识别位点,可结合抗原,刺激免疫细胞,促进肠道稳态。
避免过敏。阻止食物中未消化的大片段营养物或空气中的大颗粒直接接触上皮细胞,避免由此产生的过敏性免疫反应,比如食物过敏和哮喘。
当黏液层出现异常,比如黏液过少或者粘度异常时,人体便可能出现各种疾病,比如干眼症、口干症、囊性纤维化、哮喘、鼻炎、慢性阻塞性肺病/慢阻肺、炎症性肠病、甚至胃癌和结直肠癌等。
通过充足的膳食纤维和水增加肠道黏液层厚度
目前已经确定很多影响黏液层厚度的原因,主要有药物、感染和饮食。其中饮食因素最值得我们关注,因为这是唯一你自己可以随意控制的因素,也就是饮食中膳食纤维和水的摄入。
水是黏液中含量最高的成分,人体每天需要合成1升以上黏液,只有摄入充足的水分,人体才能制造出所需的黏液。
黏蛋白是黏液的主要功能成分,而饮食中的膳食纤维含量是影响黏液层厚度的最主要原因之一。当饮食中的营养和膳食纤维缺乏时,肠道中的一些看上去维稳的共生菌也不得不靠“吃掉”黏蛋白来生存,这会导致黏液层变薄变稀而失去其作用。
因此,对于普通人来说,保护黏液层的方法非常简单,就是每天喝够2升水,吃够膳食纤维(30克即可)。当拥有了功能完善的黏液层时,你就不会感受那种吃了同样的食物,别人没事自己却腹泻放臭屁不止的尴尬场面;流感季节你也不会一把鼻涕一把眼泪地不断咳嗽发烧;春暖花开万物复苏的日子里你也不会一个接一个的喷嚏流泪,受不住那花粉的造访。
以往几十年大家谈菌色变,到处杀菌灭菌。近二十多年来,随着共生微生物研究日新月异地深入,科学家们提出一个问题:对于你的肠道细菌,你该善待它们还是清除它们(Feed them or Fight them?)?
食与心的选择毫无疑问是喂养,吃饭时必须同时兼顾自己的营养需求和肚子里菌菌们的营养需求,绝不剥夺它们最爱的膳食纤维,绝不给吃黏液细菌增殖的机会,让它们帮我对抗病原菌和消化食物大分子。这也是为什么食与心在读大学前一直是体弱多病,自从进入中科院读研究生以来从未患过大病,几乎不去医院看病的原因。
实际上,低膳食纤维饮食,剥夺肠道共生菌的营养需求就相当于选择了与自身肠道共生细菌对抗的道路。这时候,我们可能更需要思考,怎样避免细菌吃掉黏液层,怎样孤军对抗致病菌,怎样孤军应对过敏和不耐受。与共生微生物对抗的死路一旦走到尽头,是一条非常难于返回的疾病单行线,那时候受损的绝不仅仅是躯体,还有更重要的是认知和诸多的生活习惯。
游历完生命之河,食与心跟大家分享一个刚刚来的消息,一位读者留言说坚持食与心推荐饮食(糖尿病的最佳饮食选择)3个月后,自己的爱人各项代谢指标明显改善。
非常感谢这位朋友的分享,每每看到朋友们告诉我健常的饮食带来身心健康的感受,我都会极其开心。开始公众号1400多天,写了398篇原创文章以来,食与心不断印证着food makes mood,食如其人的哲学理念。自己的博士专业就是行为生物学和博士后专注微生物与身心健康,初衷就是能够学以致用,让更多人受益。今天感受和享受到了结果,更想说:谢谢大家!我会继续努力,为人类的健康做更好的研究,开发更好的食物,写更好的文章和发现更好的文章向大家介绍。