Часть I. Сахара

Глава 1
Особенности восприятия сладкого вкуса

Под вкусовым ощущением понимают то представление, которое возникает в психике человека после взаимодействия определенных химических веществ со специфическими рецепторными структурами периферического вкусового анализатора. Эволюционно чувство вкуса развилось как вспомогательная реакция, позволяющая оценить качество пищи. При этом проявляется положительная или отрицательная реакция, которая определяется образом жизни животного и характером питания. Положительная реакция на сладкое свойственна травоядным животным, поедающим растительную и смешанную пищу. Реакция хищников на сладкое обычно нейтральная или даже отрицательная. У большинства животных наблюдается отрицательная реакция на продукты с горьким вкусом. В то же время у некоторых птиц, питающихся насекомыми, имеющими горький вкус, она положительная. Однако такие птицы, как попугаи и колибри, которые питаются нектаром и фруктами, реагируют, положительно на сладкое.

Реакция на различные вкусовые вещества меняется в процессе индивидуального развития. Так, грудные дети положительно реагируют на сладкое и кислое, отрицательно – на горькое и соленое. В более позднем возрасте реакция на солёное часто становится положительной. Наибольшего развития органы вкуса достигают у животных, медленно жующих и переваривающих пищу. Животные, быстро поглощающие пищу, обладают слабо развитыми органами вкуса (например, киты).

У большинства беспозвоночных животных, особенно живущих в водной среде, органы вкуса и обоняния недостаточно резко разграничены, вследствие чего обладают общим химическим чувством. Такая связь между вкусом и обонянием характерна и для млекопитающих. Например, разнообразие ощущений, связанных с фруктами, обусловлено их запахами, и при сильном насморке блюда из фруктов становятся безвкусными (Я. А. Винников, 1976).

Для позвоночных животных характерна зависимость между способом питания и распределением рецепторов, а также их числом. У большинства животных органы вкуса расположены в полости рта – у рыб 20 тыс. вкусовых луковиц, у пресмыкающихся – около 200 тыс., у птиц – от 50 до 400 тыс., у млекопитающих – до 2 тыс. Вкусовые луковицы, или почки у всех позвоночных построены практически одинаково и сосредоточены во вкусовых сосочках языка, которые у всех млекопитающих бывают трех видов: грибовидные сосочки, чувствительные к сладкому и соленому, расположены ближе к кончику языка; вальковатые или желебоватые сосочки, преимущественно воспринимающие горький вкус, расположены у корня языка; листовидные сосочки, расположенные по краю языка, чувствительны к кислому и соленому. Зоны, воспринимающие вкусовые ощущения, перекрываются, поэтому, воздействуя на любую область, можно получить соответствующее восприятие, но при этом требуется значительно большая концентрация. Например, для ощущения сладкого вкуса с корня языка требуется воздействие на него раствором большей концентрации, чем для кончика языка. Средняя часть языка вообще лишена вкусовой чувствительности (рис. 1).

У рыб, которым вкус позволяет не только определять качество пищи, но также отыскивать ее, органы вкуса могут располагаться не только в ротовой полости, но также по всему телу, особенно на жабрах и усиках.

Необходимо отметить, что вкусовые ощущения возникают только после воздействия на органы вкуса химических веществ в растворенном виде.

Исследование вкусовых особенностей различных веществ у человека проводится путем нанесения на поверхность языка из пипетки исследуемого раствора. При этом испытуемый должен передавать свои ощущения знаками или путем выбора специально заготовленных бумажек с обозначением необходимых показателей, так как при разговоре он может сделать глотательное движение, при котором исследуемый раствор может расплыться по языку и ротовой полости. Перед каждым последующим исследованием необходимо тщательно прополоскать рот и сделать кратковременную экспозицию. Одна из первых классификаций вкусовых ощущений была дана М. В. Ломоносовым: «Главные из более отчетливых вкусовых ощущений такие: 1) вкус кислый, как в уксусе; 2) едкий, как в винном спирте; 3) сладкий, как в меде; 4) горький, как в смоле; 5) соленый, как в соли; 6) острый, как в дикой редьке; 7) кисловатый, как в незрелых плодах. Которые из них простые, которые сложные, можно будет объяснить не раньше, чем когда известна будет природа начал». В тибетской медицине выделяют шесть вкусовых ощущений: сладкое, кислое, вяжущее, горькое, жгучее и соленое.

В настоящее время установлено, что вкус представлен четырьмя видами ощущений – ккислому, сладкому, соленому и горькому. Самый тщательный анализ не позволяет каждое из них разложить на более простые составляющие. Исключение – пчелы, которые в отличие от человека горькие вещества воспринимают в виде двух компонентов. Все остальные виды вкусовых ощущений представляют собой комбинацию основных четырех составляющих. Воздействуя смесями растворов с различными концентрациями кислого, соленого, горького и сладкого, можно получить вкусовые ощущения яблока, груши, пива, кваса, чая и других продуктов.

Установлено, что большинство животных (рыбы, млекопитающие, птицы) способны различать все перечисленные вкусовые качества пищи. Доказательством самостоятельности каждого из перечисленных видов вкусовых ощущений является возможность их изолированного выключения. Так, слабые растворы кокаина сначала снижают чувствительность к горьким веществам, а гимнемовая кислота приводит к выпадению ощущения сладкого.

Ранее пытались выделить еще три вида вкусовых ощущений – «металлический», «щелочной» и «терпкий» вкус, но в последующем пришли к заключению, что они являются результатом комплексного воздействия на разные органы чувств.

При изучении органов вкуса выделяют такие понятия, как вкусовая чувствительность, порог различия, скрытый период вкусового ощущения, вкусовая адаптация и вкусовой контраст. Вкусовая чувствительность характеризуется той минимальной концентрацией вещества, которая вызывает вкусовые ощущения. Она различна для разных веществ. Наибольшая относительная чувствительность проявляется к горьким веществам. Для сахара пороговая концентрация равна приблизительно 0,4 г в 100 мл воды (или 0,01 молярного раствора); для поваренной соли – 0,05 г. в 100 мл воды (или 0,01 молярного раствора); для соляной кислоты – 0,003 г. в 100 мл воды (0,0007 молярного раствора); для солянокислого хинина – 0,000008 г. в 100 мл воды (0,0000001 молярного раствора).

Порог различия определяется величиной минимально ощутимой разницы в концентрации растворов вкусовых веществ. Порог различия снижается при переходе от слабых концентраций к более высоким. Однако после достижения определенной величины концентрации порог различия повышается, что не позволяет уловить разницы после повышения содержания вещества в растворе. Например, известно, что максимально сладким вкусом обладает 20 % раствор сахара и дальнейшее увеличение его концентрации не вызывает нарастания вкусовых ощущений.

Скрытым периодом вкусового ощущения является время, которое необходимо для проявления соответствующего ощущения после нанесения вкусового раздражения. Скрытый период соленого вкуса является самым коротким (0,12-0,5 с), а горького – самым длинным (0,22-2,2 с).

Вкусовая адаптация характеризуется тем, что при длительном воздействии на орган вкуса происходит уменьшение восприятия, вплоть до полной его потери. Адаптация к различным веществам происходит с различной скоростью: медленнее всего – к кислому и горькому, а быстрее всего – к сладкому и соленому. Уменьшение чувствительности и ее восстановление для каждого вещества происходит независимо от других вкусовых ощущений. Так, при снижении чувствительности к горькому ощущение сладкого вкуса не изменяется и наоборот. Это явление подтверждает тот факт, что в основе каждого из вкусовых ощущений лежат различные нервно-рецепторные образования. Вкусовой контраст проявляется в усилении одного из вкусовых ощущений после воздействия на вкусовой анализатор другого вкусового раздражителя. Так, известно, что после прополаскивания рта соленой водой пресная вода приобретает сладковатый вкус. На этом эффекте основано применение горьких препаратов для повышения вкусового восприятия. Подобное явление сенсибилизации к какому-либо вкусовому веществу происходит после многократного его воздействии на вкусовой анализатор в пороговых концентрациях. Вкусовая чувствительность при этом может возрастать на 30-110 %. Известно, что сладкие вещества уменьшают горечь или же, наоборот, усиливают, если используются соединения со смешанным вкусом. Однако если вкусовые ощущения следуют одно за другим, то после воздействия сладкого вещества вкус горького усиливается. Общий эффект зависит от того, какой вкус доминирует, т. е. от концентрации соответствующих компонентов.

Как же работает орган вкуса? Как он различает вкусовые вещества? Главный структурный элемент вкусового анализатора – вкусовой рецептор, который обладает свойством связывать молекулы с определенной конфигурацией и вызывать соответствующее ощущение.

Вкусовой анализатор является сложной морфофункциональной системой, обеспечивающей тонкий анализ химических раздражителей, действующих на органы вкуса животных. Анализатор состоит из собственного органа вкуса, проводниковых структур и центрального отдела в структурах продолговатого мозга, зрительных бугров и коры больших полушарий. Первичное распознавание вкусовых сигналов происходит на уровне хеморецепторов, а анализ вкусовых ощущений – в центральной нервной системе.

Установлено, что строгого соответствия между химическим строением молекулы вкусовых веществ и взаимодействием с вкусовым рецептором не существует. Только соленый и кислый вкус свойствен веществам определенных химических типов. Кислый вкус определяется концентрацией водородных ионов. При одинаковых рН слабая кислота – более эффективный раздражитель, чем сильная. Соленым вкусом обладают различные соли, но только хлористый натрий имеет чистый соленый вкус без привкуса горечи или кислоты. При возрастании молекулярной массы неорганических солей их вкус меняется от соленого к горькому.

Наиболее выраженное несоответствие между строением и вкусом проявляется у сладких и горьких веществ. Ощущение горького определяется содержанием в молекуле парных группировок – NO₂, N, – SH, – CS и др. Сладкий вкус вызывают различные вещества – сахара, спирты, аминокислоты, белки и др.

Ранее было высказано предположение, что вкус ациклических полиолов (этандиола, глицерина и др.), которые по своей структуре сходны с сахарами, обусловлен числом гидроксильных групп в молекуле. Однако это мнение оказалось ошибочным. Так, полиолы с пятью гидроксильными группами (например, ксилит) оказались слаще, чем молекулы с шестью группами (например, сорбит), а вещества с одинаковым количеством групп (галактоза и глюкоза) значительно отличаются друг от друга по интенсивности вкуса.

Согласно гипотезе Шелленберга, которую он высказал в 1963 г., взаимодействие между вкусовым веществом и рецептором осуществляется за счет образования водородной связи, что обусловливает восприятие, а прочность связи ответственна за интенсивность ответа. Он пришел к выводу, что геометрическое расположение молекулы сладкого вещества, его конфигурация и конформация имеют важное значение для взаимодействия с рецептором и прочности образующегося комплекса. В дальнейшем было показано, что появление сладкого и горького вкусового ощущения определяется стереохимией молекулы вещества, вызывающего вкус. Удалось доказать, что сладкие вещества легко превратить в соединения, обладающие горьким вкусом. Эти данные позволили предположить, что вкусовые рецепторы имеют зоны для сладких и для горьких веществ, а молекулы сладких или горьких соединений могут взаимодействовать с каждой из них. Доказательством этому служил тот факт, что ощущение горького вкуса снижается после насыщения рецептора языка сахарозой. Аналогично сладкий вкус уменьшался после насыщения рецепторов хинином. На основании этого высказано предположение, что центры рецепторов, отвечающих за сладкий и горький вкус, должны находиться на расстоянии не более 0,3–0,4 нм друг от друга.

В настоящее время окончательно доказано, что сладкий вкус обусловлен формой и размерами вещества его молекулы, и от этих свойств зависит ее взаимодействие с рецепторами вкусовых сосочков в полости рта («Scientific American», 1990, № 1). У многих искусственных сладких веществ в молекуле две кольцевые структуры, соединенные короткой цепочкой атомов, угол изгиба которой равен 90⁰. Кольца лежат в одной плоскости, и молекула напоминает букву L. Если такую сладкую молекулу химически модифицировать, чтобы ее два кольца не находились в одной плоскости, то вещество становится безвкусным или горьким.

Было синтезировано несколько веществ с гибкой цепочкой, соединяющей кольцевые структуры так, чтобы они могли вращаться относительно друг друга. При этом они вначале ощущались как горькие, а потом как сладкие. Эти данные позволяют предсказывать вкусовые свойства вещества еще до того, как оно будет синтезировано.

Результат последних исследований в области молекулярной биологии и биохимии вкуса свидетельствуют, что для молекул каждого вкуса существует индивидуальный механизм контакта с рецепторной клеткой. В основном передача горького и сладкого вкуса осуществляется путем контакта с рецепторами ассоциированными с G-белком, в то время как передача соленого и кислого вкуса зависит от ионных каналов. Специфический G-белок трансдуцин, открытый профессором Робертом Маргольски, запускает в действие сложные механизмы биохимических реакций и усиливает сигналы, генерируемые клеткой для передачи в ЦНС. Однако не все виды горького вкуса передаются посредством зтого механизма. Горечь кофеина, например, передается посредством ингибирования фосфодиэстеразы рецепторной вкусовой клетки.

Временная блокада рецепторов горького вкуса даст возможность обманывать вкусовые ощущения, Разработкой веществ, обладающих такими свойствами, занимается биотехнологическая компания Linguagen Corporation из города Кренбери (штат Нью-Джерси), производя молекулярные соединения, способные блокировать горький вкус в пище, напитках и лекарствах. Роберт Маргольски, профессор физиологии, биофизики и фармакологии медицинского колледжа Mount Sinai в Нью-Йорке (США), а также один из основателей компании «Linguagen», провел несколько исследований, доказывающих возможность «блокировки горького вкуса при помощи таких специфических веществ, которые могут нарушать передачу информации о горьком вкусе на различных уровнях восприятия. Оказалось, что подобные вещества встречаются в естественных условиях, например, в грудном молоке матери. При добавлении в некоторые продукты так называемых «блокаторов горечи» последние избавляют их от неприятных оттенков вкуса. Предполагают, что это позволит в будущем наслаждаться мягким, некрепким вкусом кофе, не добавляя в него сливки, а грейпфрутовый сок станет сладким даже без сахара.

Вкусовой анализатор начинает функционировать с первых дней жизни ребенка. Уже в этот ранний период происходит дифференцированное восприятие различных вкусовых ощущений. И. П. Павлов считал, что химический вкусовой анализатор ротовой полости, расположенный на границе соприкосновения внутренней среды с внешней, является первым регулятором состава внутренней среды и, вероятно, значение вкусового анализатора в развитии метаболических нарушений многие годы недооценивалось, в частности при возникновении заболеваний, связанных с нарушением питания. Кроме того, доказано, что вкусовой анализатор может влиять на другие жизненно важные системы организма. После введения вкусовых веществ в ротовую полость наблюдается изменение ритма сердечных сокращений, величины кровяного давления, температуры кожных покровов, кровенаполнения сосудов головного мозга и конечностей. При этом установлено, что разные вкусовые вещества имеют свои особенности. Так, сладкие продукты вызывают рефлекторное расширение кровеносных сосудов и увеличивают кровенаполнение конечностей, снижают внутричерепное давление и повышают кожную температуру. С другой стороны, кислые вещества оказывают сосудосуживающее действие, снижают температуру тела, уменьшают кровенаполнение конечностей, повышают частоту пульса и величину кровяного давления. Это явление, вероятно, послужило основой для создания учения о «холодных» и «горячих» свойствах пищи в Восточной медицине.

Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что постоянное избыточное воздействие на анализатор, который является важной частью нервной системы, может приводить к нарушению функционирования других систем организма. Привычка получать определенные вкусовые ощущения, удовлетворение этой привычки, могущей превратиться в потребность, является началом, первоисточником, ведущим к поступлению в организм тех пищевых продуктов, которые вызывают в последующем заболевание. Поэтому лечение подобных заболеваний и их профилактику необходимо проводить на уровне вкусового анализатора. Основная цель любого живого существа, предначертанная природой, – это продление вида, размножение. Осуществляют эту цель три основных рефлекса – пищевой, половой и самосохранения. Основой для пищевого рефлекса, его формирования и развития являются вкусовые ощущения.

Если мы выделяем заболевания, связанные с нарушением питания, если пищевой рефлекс – один из основных стимулов, определяющих жизнедеятельность организма, то в основе этих явлений лежат вкусовые ощущения, которые влекут живой организм к осуществлению соответствующих действий, определяют его поведение и, часто, возникновение болезней питания.