第五节 膳食纤维的生理功能

膳食纤维的生理功能最早由美国的Graham于1839年提出，1889年英国的Allinson得出假如食物中完全不含膳食纤维的话，不但会引起便秘，还会引起痔疮、静脉血管曲张和迷走神经痛等疾病的论断。Dimmock通过艰辛的研究在1936年得出小麦麸皮对治疗便秘和痔疮有良好效果的结论。可是早期的这些研究并未受到人们的重视。直到20世纪60年代，在大量的研究事实和流行病调查基础上，膳食纤维的重要生理功能才为人们所理解并逐渐得到公认。现在，它已被列入蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七大营养素”，对人体具有重要的生理功能作用。

一、膳食纤维与肥胖

膳食纤维本身是几乎不提供能量的。它在人体口腔、胃和小肠内不被消化，却在结肠内会被微生物部分发酵降解，产生短链脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等）。其中，乙酸和丙酸可被结肠上皮细胞或末梢组织所代谢，提供能量，而丁酸则是结肠细胞的主要能源物质，因此，从这个意义来说，膳食纤维的净能量不严格等于0，但几乎为0。

膳食纤维的摄入与体重和身体的脂肪含量成反比。膳食纤维中木质素含量越高，吸脂性越好。也有人认为木质素没有生理功能，用适当的方法去除木质素可以提高膳食纤维的生理功能。有研究显示，向饲料中加入α-环糊精后，Wistar鼠体质量明显减轻，而且粪便中的脂肪含量增加，甘薯膳食纤维可以明显减轻Wistar鼠的体质量。

首先，除了遗传和疾病等因素外，肥胖症一般是由于日常生活中摄入的能量物质过多，这些能量在满足正常的生理需求后，剩余的能量物质就会转化为脂肪储存在皮下及其他组织器官中，表现为肥胖。而膳食纤维在大肠内以发酵的方式代谢，几乎不会提供能量。其次，摄入的膳食纤维在肠胃中形成高黏度的溶胶和凝胶，容易产生饱腹感，从而减少进食，在能量摄入层面起到调节作用。再次，膳食纤维在肠道中吸水膨胀呈现一定的黏性，降低了消化酶的浓度，同时膳食纤维还会与蛋白质、脂肪等物质形成复合物，通过这两个效应降低人体对淀粉、蛋白质和脂肪的消化吸收。综合以上三种途径，膳食纤维能对非病理性和非遗传性肥胖起到预防和调节作用。

值得注意的是，不同膳食纤维预防肥胖的效果不同，有的膳食纤维可能会促进与肥胖相关的微生物生长，从而达不到预防肥胖的作用。

二、膳食纤维与肠道健康

膳食纤维可改变肠道系统中微生物的群系组成。人体结肠中有1000多种微生物，对人体健康起着非常重要的作用，被称为人类的“第二套基因组”。研究表明，膳食纤维在结肠中的发酵不仅能够导致微生物数量和种类的变化，更重要的是，还可以导致基因毒素、致癌物和肿瘤启动子的代谢活性变化。在结肠中可发酵的纤维作为益生元，可增加益生菌如乳酸菌和双歧杆菌的数量，抑制腐生细菌生长。而膳食纤维发酵产生大量的短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、乳酸等，可以抑制肠道有害菌群的生长繁殖，丁酸能抑制肿瘤细胞的生长增殖，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达。

膳食纤维可促进排便。膳食纤维可在肠道内吸水膨胀，增加粪便体积，刺激肠道产生机械蠕动效果，同时使粪便湿润、松软、表面光滑，促进排便，并与肠道内的有毒有害物质吸附、包裹、结合排出体外，从而大大降低结肠致癌物的浓度。此外，膳食纤维缩短了食物及其残渣通过胃肠道的运转时间，加快肠腔内毒物的通过，从而减少致癌物与组织的接触概率，减少吸收。另外，微生物发酵产生的低级脂肪酸能够降低肠道pH值，刺激肠道黏膜，加快粪便的排泄，促进肠道功能正常化。

另外，膳食纤维还能缓解便秘，预防痔疮。高持水能力使粪便湿润、润滑，体积的膨胀可促进肠道蠕动，这两种效应起到了润肠通便的作用。不同种类膳食纤维对增加粪便的作用不同。作用最大的是粗麦麸、纤维素，其次是蔬菜、水果，而细麦麸粉、果胶和树胶等作用不大。

三、膳食纤维与糖尿病

膳食纤维在调节血糖水平、防治Ⅱ型糖尿病方面有很好的效果。膳食纤维的缺乏是引起人类糖尿病的原因之一，西方人糖尿病发病率较高的重要原因就在于此。有实验表明，Ⅱ型糖尿病患者进食富含膳食纤维的早餐后，血糖水平明显低于进食一般早餐后的血糖水平。国际糖尿病组织极力推荐糖尿病的膳食纤维饮食疗法。膳食纤维的摄入有助于延缓和降低餐后的血糖和血清胰岛素水平的升高，改善葡萄糖耐量曲线，维持餐后血糖水平的平衡和稳定。这一点对于糖尿病患者来说是非常有利的，因为改善机体血糖的情况，避免血糖水平的剧烈波动，使之稳定在正常水平或接近正常水平范围是十分重要的。

膳食纤维稳定餐后血糖水平的作用机理，主要在于延缓和降低机体对葡萄糖的吸收速度和数量。研究显示，黏性纤维的摄入，可使小肠内容物的黏度增加，在肠内形成胶基层，并使肠黏膜非搅动层厚度增加，使葡萄糖由肠腔进入肠上皮细胞的吸收表面的速度下降，葡萄糖的吸收速率也随之下降。同时，增加胃肠道内容物的黏度，降低了胃排空速度，也影响了葡萄糖的吸收。添加膳食纤维所引起的胃排空速率降低与餐后血糖水平降低显著相关。

由于膳食纤维的持水性和膨胀性，在肠内起到稀释的效果，干扰了可利用碳水化合物与消化酶之间的有效接触，降低了可利用碳水化合物的消化率。并且，膳食纤维促进肠道蠕动，使食物在消化道内的消化和吸收时间变短，也影响了小肠对葡萄糖的吸收。这些因素共同作用的结果就是机体对葡萄糖的吸收被延缓和降低，从而起到了平衡和稳定血糖的作用。

还有一种观点认为，膳食纤维可通过减少肠激素（如抑胃肽、胰高血糖素）的分泌来抑制血糖的升高。但由于膳食纤维不被人体消化吸收，膳食纤维对激素的调节只能是间接作用的结果，而延缓和阻碍葡萄糖的吸收才是其直接作用的结果。也有一种可能是，膳食纤维在肠内对细菌发酵所产生的短链脂肪酸具有激素调节作用，但这一说法仍缺乏可靠的依据。

四、膳食纤维与血脂和心血管疾病

高膳食纤维可对高脂食品摄入后血清胆固醇的升高起到拮抗作用，其根本原因在于膳食纤维可有效降低血脂水平，这已被大量的人体和动物实验所证实。高胆固醇血症是高血压、心脏病和动脉粥样硬化等心血管疾病发生的重要原因之一。人体中的胆固醇来源有两种，一是食物中外源性摄取的，二是体内自身合成的。胆固醇的代谢主要是通过分解转化为胆酸。胆酸和胆固醇主要随粪便排出体外，膳食纤维与胆固醇和胆酸的排出量具有密切关系。

膳食纤维调节血脂的作用机理主要有以下几点：

（1）吸附肝脏中代谢进入肠道中的胆汁酸，加快胆汁酸随粪便排出体外，减少胆汁酸的重吸收，阻断胆固醇的肠肝循环，从而使肝脏中的胆汁酸浓度降低，在肝脏中胆固醇分解为胆酸的速度加快，最终使胆固醇的总水平降低；

（2）直接吸附摄入的膳食中的游离胆固醇，使其快速排出体外，从而降低膳食胆固醇的吸收率；

（3）在小肠中增加内容物的黏度，在小肠内壁形成一定厚度的胶基层，阻碍胆固醇与肠黏膜的接触概率，从而减少机体对胆固醇的吸收。

另外还有一种可能的机理是，肠内细菌发酵降解膳食纤维，所产生的短链脂肪酸对肝脏胆固醇的生物合成可能有抑制作用。其中丙酸（盐）被认为有利于抑制胆固醇的生物合成和促进低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的清除。据认为，丙酸可抑制HMG-CoA还原酶的活性，而降低胆固醇的生物合成，最终导致血浆胆固醇水平的下降。但有关此方面的实验结果却不一致，这一假说仍缺乏足够的事实依据的支持。

总之，膳食纤维通过降低胆酸及其盐类的合成与吸收，加速胆固醇的分解代谢，阻碍中性脂肪和胆固醇的肠道再吸收，限制了胆酸的肠肝循环，进而加快了脂肪的排泄。因此，可直接抑制和预防冠状动脉硬化、胆结石、高脂血症，对心脑血管疾病可起到预防和控制作用。

五、膳食纤维与高血压

膳食纤维，尤其是酸性多糖类，具有较强的阳离子交换功能，可与肠道中的Ca2+、Zn2+、Cu2+等阳离子进行交换，在离子交换时改变阳离子的瞬间浓度，起到稀释作用，对改善消化道pH值、渗透压及氧环境有良好作用。果胶对阳离子的吸附能力最好，半纤维素次之，木质素最差。更重要的是它能与肠道中的K+、Na+离子进行交换，促进K+、Na+通过尿液和粪便排出，从而降低血液中的Na+/K+比，起到降血压的作用。

六、膳食纤维与乳腺癌

研究人员调查发现，摄食高膳食纤维的女性与摄食低膳食纤维的女性相比，其乳腺癌的发病率要低很多。目前对此的解释是，膳食纤维会减少血液中诱导乳腺癌发病的雌激素的比率。对于雌激素依赖型乳腺癌，雌激素是唯一确定的病因。雌激素的代谢途径主要有两条，一是随尿液排出（主要是雌三醇），二是随粪便排出。雌激素在肝脏中会合成无生物活性的葡萄糖苷酸结合型雌激素，随胆汁排入肠道。在肠道中，结合型雌激素会经微生物酶的催化作用，形成游离的雌激素，其中大部分被重新吸收进入血液，扩散到组织中，增加了乳腺癌的发病率。膳食纤维预防乳腺癌的可能机理是：

（1）膳食纤维直接吸附肠道中的结合型雌激素，使其直接排出体外；

（2）膳食纤维能够吸附在肠道微生物催化作用下形成的游离雌激素，减少重新吸收入血液的雌激素的量；

（3）膳食纤维通过促进排粪而降低肠道微生物酶的浓度，减少对结合型雌激素的分解。

通过以上三种途径，减少了雌激素扩散到组织而作用于靶器官的概率，降低了发生乳腺癌的危险性。

七、膳食纤维与矿物质吸收和骨健康

部分膳食纤维具有阳离子交换能力，而且来自于植物中的植酸也能减少一些矿物质吸收和降低矿物质的沉积能力。但是一些高度发酵的纤维能提高某些矿物质的代谢吸收，如Ga2+、Mg2+、Fe2+等，甚至低浓度的植酸也有促进吸收作用，这些纤维包括果胶、各种树胶、抗性淀粉、低聚糖、菊粉等。矿物质的吸收是在小肠中通过扩散作用完成的，但现在的研究也指出高度发酵的纤维，如菊粉和低聚果糖，也能在盲肠中刺激矿物质的吸收。通过盲肠中微生物的发酵和随后产生的短链脂肪酸，这些纤维组分刺激了盲肠—结肠中上皮细胞的增殖，降低了细胞内的pH值。短链脂肪酸和低的pH值依次溶解了细胞内的不溶性矿质盐，通过细胞旁路提高扩散吸收。尤其是磷酸钙在大肠中的积累和短链脂肪酸对矿物质的增溶，对提高矿物质在盲肠中的吸收起到了不可缺少的作用。而且，最近的研究表明，低聚果糖（菊粉）能刺激在大肠细胞间钙吸收的通路。通过对高钙结合蛋白-D9k浓度的研究，说明钙结合蛋白在肠道钙传递上起着十分重要的作用。

八、膳食纤维与机体免疫力

膳食纤维具有抗氧化能力，可增强机体的免疫力，延缓人体衰老；此外，从香菇、金针菇、灵芝、蘑菇和茯苓等食用真菌中提取的膳食纤维中的多糖组分可显著提高机体巨噬细胞数和巨噬细胞吞食指数，并可刺激抗体的产生，达到提高人体免疫能力的生理功能。在膳食中加入膳食纤维，可以很好地改善术后患者的营养，提高机体免疫力。

膳食纤维对机体免疫力的提高主要通过以下几个途径：抑制肠道细菌的生长，刺激肠黏液分泌从而防止细菌的附着，减少细菌对肠道的有害作用，增强机体免疫功能；经细菌多糖酶分解生成短链脂肪酸，刺激黏膜细胞增殖、黏液产生和黏膜血供，为肠道菌群提供良好的生存环境和必要的代谢底物，例如膳食纤维是脂类合成和细胞膜合成所需的乙酰辅酶A的主要来源和维持细胞膜完整性所必需的物质。

九、膳食纤维的抗氧化和清除自由基

现代医学证明，脂质氧化产生的自由基在肿瘤形成的起始阶段和促成阶段都起着重要作用。机体在代谢过程中产生的自由基有超氧阴离子自由基、羟基自由基、氢过氧自由基等，其中羟基自由基是最危险的自由基，而膳食纤维中的黄酮类、多糖类物质具有清除超氧阴离子自由基和羟基自由基的能力已经被证实，并在抑制阿尔兹海默症方面有较好疗效。

十、膳食纤维与氮代谢

膳食纤维能影响氮代谢的平衡。从发酵纤维产生的短链脂肪酸通过质子化使具有潜在毒性的NH3生成铵离子（NH4+），铵离子是不能扩散到静脉系统中的，这一过程的结果就是使较高浓度的氮保留在盲肠中，提高了粪便中氮的排泄，降低了血液中氨的浓度，减少了尿毒物。动物和人体研究都表明，在食用大量膳食纤维饮食过程中，促进了粪便中氮的排泄。氮平衡不是折中状态，这是因为它随粪便排出而降低，也可能是由于尿氮转移到肠道中，而降低了血浆中的尿毒物。有证据表明，在膳食蛋白适当的时候这种变化不会改变蛋白质的生物利用性。

十一、膳食纤维的其他生理作用

增加膳食中的纤维含量，可增加使用口腔肌肉、牙齿咀嚼的机会，长期坚持可使口腔保持健康，防止牙齿脱落、龋齿的形成等情况。

膳食纤维可预防肠憩室。膳食纤维可增加粪便体积，导致结肠内径变大，而不易形成憩室。结肠内径较大，其分段情况比较狭窄的结肠更少，更不易发生憩室症。膳食纤维增加粪便含水量和体积，有利于减小压力而预防憩室。若膳食纤维摄入太少，则粪便干而硬，通过结肠时给结肠造成很大的压力，导致结肠环形肌肉乏力而产生一个个小的憩室。对于因膳食纤维缺乏造成的憩室症，补充膳食纤维即可缓解症状。研究表明小麦纤维对于治疗憩室症十分有效。

近年来，随着研究工作的深入和临床医学的调查发现，膳食纤维的缺乏与阑尾炎、间歇性疝及膀胱结石等疾病的发病率和发病程度有很大关系。