3.1.2. Потребность в пище

Питание является важнейшей физиологической потребностью организма, а пища - ос­новным источником питательных веществ, энергии и плас­тических материалов для построения клеток, а также обра­зования ферментов и гормонов. Пищевые вещества, содер­жащиеся в различных продуктах питания, условно разделяют на две группы: жизненно необходимые (незаменимые) для организма (необходимые факторы пита­ния): белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные ве­щества и вода – и определяющие органолептич е с к и е (вкусовые) признаки пищи: цвет, запах, вкус пищи - ароматические, красящие, дубильные вещества, эфирные масла, органические кислоты и др.

Белки - сложные высокомолекулярные соединения. В отличие от жиров и углеводов они не накаплива­ются в организме и не образуются из других пищевых веществ, т. е. являются незаменимой частью пищи, един­ственным источником обеспечения равновесия процессов своего образования и распада. Жизнь любого организма свя­зана с непрерывным расходом и обновлением белков.

Функции белков в организме многообразны. Они явля­ются основным строительным материалом клетки. Белки составляют примерно 15-20 % сырой массы различных тканей. Кроме того, белки - основной компонент фермен­тов и гормонов. Ферментам принадлежит решающая роль в усвоении питательных веществ организ­мом и регуляции всех процессов внутриклеточного обмена. Белки составляют основу иммунных реакций, обеспечива­ющих защиту организма от воздействия чужеродных фак­торов внешней среды. Кроме того, они участвуют в распро­странении с кровью жизненно важных веществ.

Белки разделяются на растительные и животные и со­стоят из различных аминокислот, причем каждая из них имеет свое функциональное назначение. Аминокислоты образуются в организме человека из белков пищи под влиянием пищеварительных соков.

Для пищевых белков, особенно для их пластической, строительной функции в организме, важна не калорий­ность, а их аминокислотный состав - содержание и соот­ношение незаменимых аминокислот. На усвоение белков организмом распространя­ется «закон минимума»: усвояемость белка определяется минимумом содержания какой-либо из незаменимых ами­нокислот, даже если остальные аминокислоты находятся в избытке. Поэтому при подборе пищевого рациона необходимо учитывать не только суммарное количество белка, но и его биологическую ценность, обусловленную содержанием в нем аминокислот, а также его перевариваемость.

Жиры (липиды) - сложные органические соедине­ния. Подразделяются на нейтральные жиры и жироподобные вещества (лецитин, холестерин). Жиры имеют способность откладываться в тканях, но могут образовываться в орга­низме из углеводов и белков (хотя в полной мере ими не заменяются). Кроме того, различают животные и раститель­ные жиры, которые обеспечивают всасывание из кишечника ряда минеральных веществ и жирорастворимых витаминов, а также насыщенные (животные) и ненасыщенные жиры (последние содержатся в больших количествах в раститель­ных маслах, кроме оливкового, и в рыбьем жире).

Жиры - важнейший после углеводов энергетический материал. Они улучшают вкус пищи и вызывают чувство сытости. Большое физиологическое значение имеет и жироподобное вещество холестерин. Оно регулирует прони­цаемость мембран клеток, участвует в образовании желчных кислот, некоторых гормонов и витамина D в коже. Холестерин образуется в организме человека и при неправильном обмене веществ откладывается в нем. В пище он содержится только в продуктах животного происхождения. Особенно много его в сметане, сливочном масле, яйцах, мясных субпродуктах (печень, почки, мозги, язык), животных жирах (говяжий, бараний, свиной), икре осетровых рыб, сельди жирной, сайре, сардинах (консервы), палтусе.

Отметим, что запас жира позволяет представителям животного мира некоторое время обходиться без потребления воды, поскольку при окислении 100 г жира образуется примерно 100-150 г воды. Это играет большую роль для животных сухих и жарких областей. Так, например, жир, запасаемый верблюдом в горбу, позволяет ему в течение многих дней сохранять трудоспособность, не утоляя жажды. Организм верблюда может обходиться без единой капли влаги свыше двух недель.

Углеводы – группа органических соединений, состав которых чаще всего отвечает общей формуле C_nH_2nO_n. Углеводы осуществляют различные функции - от строительных до регулирующих уровень сахара в крови; это основной поставщик энергии для организма: они обеспечивают 50-60% энергоценности пищевого рациона. Но значение углевод не исчерпывается лишь энергетической ценностью. Они обеспечивают нормальную деятельность центральной нервной системы, печени, обладают белковосберегающей способностью, тесно связаны с обменом жиров.

Избыток углеводов, поступающих с пищей, превращается в гликоген, который откладывается в тканях (преимущественно в печени и мышцах) и образует «депо», из которых при необходимости организм черпает глюкозу. Однако углеводные запасы организма ограничены, причем при интенсивной работе они быстро истощаются. Поэтому углеводы должны поступать в организм ежедневно и в достаточном количестве. Суточная потребность здорового человека в белках, жирах и углеводах представлена в табл. 5.

По интенсивности труда взрослое население разделяют на пять групп:

I группа - лица, работа которых не связана с затратой физического труда или требует незначительных физический усилий (работники умственного труда, служащие);

II группа - работники, труд которых не требует больших физических усилий (работники автоматизированным производств или отдельных процессов, радиоэлектронной промышленности, связи, телеграфа, проводники на железнодорожном транспорте, продавцы и др.);

III группа - лица, труд которых связан со значительными физическими усилиями (станочники, текстильщики, водители транспорта, обувщики, почтальоны, бригадиры тракторных и полеводческих бригад, работники прачечных, общественного питания);

IV группа - работники немеханизированного тяжелого труда (литейщики, плотники, строительные и сельскохозяйственные рабочие, металлурги, кузнецы);

V группа - работники особо тяжелого физического труда (горнорабочие, занятые непосредственно на подземных работах, сталевары, землекопы, рабочие на лесозаготовках, каменщики, грузчики, труд которых не механизирован).

Таблица 5

Суточная потребность взрослого трудоспособного населения в белках, жирах и углеводах, г [Лисовский и др., 1998]

Группа интенсивности труда	Возраст, лет	Мужчины			Женщины
		белки	жиры	углеводы	белки	жиры	углеводы
I	18-29	91	103	378	78	88	324
	30-39	88	99	365	75	84	310
	40-59	83	93	344	72	81	297
II	18-29	90	110	412	77	93	351
	30-39	97	106	399	74	90	337
	40-59	82	101	378	70	86	323
III	18-29	96	117	440	81	99	371
	30-39	93	114	426	78	95	358
	40-59	88	108	406	75	92	344
IV	18-29	102	136	518	87	116	441
	30-39	99	132	504	84	112	427
	40-59	95	126	483	-	-	-
V	18-29	118	158	602	-	-	-
	30-39	113	150	574	-	-	-
	40-59	107	143	546	-	-	-

Используемый в настоящее время в космосе европейский рацион питания на 60-65% состоит из углеводов, на 20-255 из белков и на 10-20% из жиров.

Экологию питания в наиболее общем виде можно рассматривать как анализ экосистем с точки зрения происходящего в них обмена веществом и энергией [Харрисон и др.. 1979; Козлов, 2005].

Отличительной особенностью человека как биологического вида является его положение всеядного конечного консумента в трофической цепи гетеротрофов, способного извлекать питательные вещества из различных источников – растительных, животных и их сочетаний. Пищеварительная система человека по строению и физиологии близка к соответствующим органам свиньи – всеядного животного. В этом отношении свинья даже несколько ближе к человеку, чем шимпанзе, у которого растительноядный тип пищеварения выражен сильнее.

В настоящее время под кон­тролем человека находится несколько тысяч видов расте­ний, но только десять из них составляют основу питания современной земледельческой цивилизации. На долю четы­рех из них риса, пшеницы, кукурузы и картофеля при­ходится примерно 75% потребляемой пищи. Остальные шесть видов ячмень, просо, сорго, соя, кассава (маниока) и сладкие бататы составляют около 10% мирового рацио­на. Содержание в нем животной пищи, включая рыбу и мо­репродукты, составляет в среднем 13-14% с колебаниями у людей разных этносов и адаптивных типов от долей про­цента до 100%. 70% животной пищи современного мира обеспечивают говядина и свинина; 20% приходится на мо­локо и продукцию птицеводства и на мясо овец, коз, буйво­лов и лошадей; 10% составляют рыба и морепродукты.

Принципы сбалансированного питания, разработанные европейской наукой для европейцев, устанавливают опреде­ленные соотношения основных пищевых и биологически ак­тивных веществ - белков, жиров, углеводов (Б:Ж:У), вита­минов и минеральных элементов - в зависимости от возрас­та, пола, характера трудовой деятельности и общего жиз­ненного уклада. Основная формула Б:Ж:У, предложенная в начале XX в., имела вид 1:1:5. Затем она была несколько из­менена до 1:1,2:4,6, а по соотношению калорийности - до 1:2,7:4,6 (или в процентах - 12:33:55). Однако реальные со­отношения в питании разных популяций людей в мире сильно отличаются от этого «европейского стандарта». Так, при «маниоковой диете» жителей Малайзии или при «маи­совой диете» гватемальских крестьян Б:Ж:У = 6:9:85, а у бе­реговых чукчей и эскимосов, питающихся мясом морского зверя и рыбой, Б:Ж:У  32:50:18.

Как известно, белки, жиры и углеводы имеют различную калорийность (энергетическую ценность) (табл. 6).

Таблица 6

Энергетическая ценность питательных веществ [Логинов, 1976]

Питательное вещество	При окислении 1 г вещества*			Дыхательный коэффициент
	поглощается кислорода, дм3	выделяется углекислоты, дм3	освобождается тепловой энергии, кДж
Белки	0,965	0,775	17,18	0,8
Жиры	1,990	1,420	38,97	0,7
Углеводы	0,830	0,830	17,18	1,0

Примечание. *Для жиров и углеводов приведены данные, получаемые при окислении до CO₂ и H₂O, для белков – до мочевины, как это имеет место в организме.

Количество тепла, высвобождающееся при поглощении 1 дм³ кислорода или выделении углекислоты, называется кало­рическим эквивалентом кислорода или углекислого газа. Так, в случае белков калорический коэффициент равен 17,80, в случае жиров – 19,58 и для углеводов – 20,69. Зная общее количество кислорода, потребленное организмом в еди­ницу времени, можно вычислить его энергетические траты, если, конечно, известны вещества, подвергшиеся окислению. Они опре­деляются по величине дыхательного коэффициента, т.е. по отношению объемов выделенной углекислоты и поглощенного за то же время кислорода. При смешанной пище этот коэффи­циент равен 0,85-0,9.

Если человек в сутки получил 56,8 г белка, 140 г жира и 79,9 г углеводов, то по табл. 6 можно рассчитать количество тепловой энергии, высвобождающейся при окислении этих продуктов: белка - 974 кДж; жира - 5442 кДж; углеводов - 1371 кДж; всего 7787 кДж. В соответствии с первым законом термодинамики следует ожидать, что в течение суток выделится столько тепло­вой энергии, сколько поступило. И в самом деле, теплоты было выделено 5743 кДж; калорический эквивалент выдыхаемых газов оказался равным 180 кДж; кало­рийность выделенного кала и мочи - 95 кДж; испа­рения через дыхание - 757 кДж; через кожу - 949 кДж; различные поправки составили 46 кДж; всего 7770 кДж.

Такой энергетический баланс говорит о том, что живой орга­низм не является источником новой энергии, т.е. происходя­щие в нем процессы полностью подчиняются первому закону термодинамики. Однако подобный баланс возможен, если не выполняется значительная работа, не происходит накопления массы и не совершаются и другие процессы, связанные с повы­шенным распадом или накоплением энергии, т. е. в условиях так называемого основного обмена. При совершении работы к энергетическим тратам основного обмена прибавляются допол­нительные траты, что составляет общий обмен веществ, кото­рый значительно выше основного. Его интенсивность зависит преимущественно от мышечной деятельности и сопровождаю­щей ее работы внутренних органов. Энергия, расходуемая при мышечной работе, называется моторной энергией (моторные калории). Общий обмен веществ идет со сдвигом энергетиче­ского баланса в сторону превосходства расхода, который ком­пенсируется приемом пищи. Именно поэтому составление пи­щевых рационов по энергетической полноценности продуктов должно базироваться на знании энергетической стоимости той или иной формы работы (физической, умственной, комбиниро­ванной). Для иллюстрации приводим данные о расходе энергии при различных видах деятельности (табл. 7).

Таблица 7

Расход энергии при различных видах деятельности

[Харрисон и др., 1979]

Вид деятельности	Расход энергии, кДж/ч	Вид деятельности	Расход энергии, кДж/ч
Переноска бревна	840	Прополка	1340
Посадка чуфы (земляного миндаля)	920	Выкорчевывание кустарника	1700
Рыхление земли мотыгой	1050-1470	Рубка леса	2000

В основе научной диетологии лежит согласование режима питания (калорийности потребляемой человеком пищи) с расходом энергии, который зависит в первую очередь от характера выполняемой работы. Суточная потребность человека в энергии в среднем составляет:

1. При легкой работе в сидячем положении (канцелярские работники, портные, мастера точной механики и т.д.) 8400-11700 кДж.

2. При умеренной и напряженной мышечной работе (лаборанты, врачи, почтальоны, столяры, токари, трактористы, учащиеся, студенты и т.п.) – 12500-15100 кДж.

3. При тяжелом физическом труде (литейщики, каменщики, кузнецы, плотники, пахари и т.д.) – 16700-20900 кДж.

4. При особо тяжелом труде (ручная косьба, спортсмены и т.д.) – до 30100 кДж.

Известна зависимость между уровнем производительности труда и потреблением продовольствия. Так, для мужчины, выполняющего легкую физическую работу, снижение потребления продовольствия с 10000 до 8334 кДж в сутки приводит к падению производительности труда со 100 до 70%. При выполнении умеренной физической работы потребление продовольствия, адекватное 12500 кДж в сутки, обеспечивает производительность труда в 100%, 10418 кДж – в 58%, 8334 кДж – в 27%. Следовательно, только за счет нормализации питания, при прочих равных условиях, производительность труда занятого населения может быть существенно увеличена. Вместе с тем, низкие уровни потребления продовольствия и соответствующее им физическое состояние производителя ограничивают возможности перехода к более производительным методам производства.

Витамины. Под термином «витамины» подразумевают группу неза­менимых пищевых веществ, отличающихся высокой био­логической активностью и имеющих исключительно важное значение для жизнедеятельности человека. Поэтому они не случайно получили название «витамины», что в переводе с латинского означает «амины, необходимые для жизни». К витаминам относятся 15 групп химических соединений, объединенных общими свойствами:

- выполняют функции катализаторов обменных процессов в организме;

- не синтезируются в организме (или синтезируются в недостаточном количестве);

- относятся к микронутриентам, т.е. их суточную потребность выражают в микроколичествах (мил­лиграммы или микрограммы);

- недостаточное поступление в организм приводит к появлению лабораторных и клинических про­явлений гиповитаминоза.

Суточная потребность в витаминах у здорового человека представлена в табл. 8.

Минеральные соли. Прежние представления о минеральных солях как веществах инертных сменились пониманием их исключительно важной роли в регуляции обменных процессов и важнейших функций организма человек В живом организме, в том числе и человека, непрерывно происходят процессы построения клеток и тканей. Одни клетки погибают, вместо них появляются новые. Для всех этих «ремонтных работ» нужен строительный материал, который организм получает в виде пищевых веществ, в том числе минеральных солей. Поэтому не случайно, что из 88 элементов периодической таблицы Менделеева в живых организмах обнаружено около 40.

Таблица 8

Суточная потребность в витаминах [Крымская, 2009]

Минеральные соли являются незаменимыми пищевыми веществами. В зависимости от содержания минеральных солей в организме человека и потребности в них различают макро- и микроэлементы. Суточная потребность в макроэлеметах исчисляется в граммах (г), а микроэлементов - в миллиграммах (мг) и даже микрограммах (мкг). Какие минеральные вещества относятся к макроэлементам и микроэлементам?

Макроэлементы: калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, хлор. Микроэлементы: алюминий, медь, ванадий, никель, железо, стронций, йод, селен, кобальт, фтор, кремний, цинк, марганец, хром, молибден. За исключением кальция, фосфора, железа и йода, организм человека не располагает запасами минеральных солей (они также не образуются в нем).

Систематическое поступление в организм человека с пищей минеральных солей - важное условие рационального питания. «Пища, не содержащая минеральных солей, хотя бы она во всем остальном удовлетворяла условиям питания, ведет к медленной голодной смерти, потому что обеднение тела солями неминуемо влечет за собой расстройства питания»,- утверждал известный русский врач-гигиенист Ф. Эрисман.

Минеральные вещества оказывают многообразное воздей­ствие на организм человека. Они входят в состав ферментов и гормонов, образуют материал опорных тканей (кости, хрящи, зубы), участвуют во всех видах обмена веществ, в процессах кроветворения активизируют витамины, а также обеспечива­ют нормальное функционирование нервной, мышечной, сер­дечно-сосудистой и пищеварительной систем. От концентра­ции минеральных солей зависят водно-солевой обмен, регуля­ция осмотического давления в клетках и межклеточных жидкостях и кислотно-щелочное равновесие организма. На­помним, что при различных заболеваниях кислотно-щелоч­ное равновесие нарушается и реакция внутренней среды орга­низма сдвигается в кислую или щелочную сторону. Данные о суточной потребности взрослого здорового человека в минеральных солях представлены в табл. 9.

Таблица 9

Суточная потребность взрослого здорового человека

в минеральных веществах, мг

Взрослое население	Кальций	Фосфор	Магний	Железо
Мужчины	1000-1200	1000-1500	400	15
Женщины	1000-1200	1000-1500	400	18

Особо отметим, что витамины, минеральные соли и вода не являются источниками энергии. В процессе усвоения пищи происходит деструкция высокомолекулярных веществ и превращение их в низкомолекулярные, что связано с производством энтропии. Воздействие факторов, нарушающих установившееся стационарное состояние в направлении увеличения энтропии, должно повлечь, в соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна, возникновение в системе про­цессов, направленных на уменьшение энтропии (производство «негэнтропии»). Главным среди этих процессов является синтез в организме так называемых высокоэргических (макроэргиче­ских) веществ типа аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), фосфокреатина, фосфогистидина, фосфоенолпировиноградной кислоты и др. Эти вещества отличаются сложной структурой многоатомных молекул, низкими значениями энтропии и значи­тельными запасами свободной энергии в весьма подвижной форме [Ленский, 1989].

Пища организмов чаще всего состоит из соединений, близких по природе к тому, из чего состоят и сами организмы. Удачные сочетания строились из обломков неудачных, и обломки образовали для них естественную питательную среду. Напомним изящное изречение: «Ты – то, что ты ешь». Последствия длительного употребления или неупо­требления какого-либо продукта могут быть весьма серь­езными. Вот один интересный пример. В Австралии сту­денты китайского происхождения, приехавшие из Гонконга, Малайзии, Сингапура и других стран Юго-Восточной Азии, очень плохо переносят молоко. Оно вызывает у них боли в животе, понос, а иногда дело доходит и до более серьезных явлений. Непереносимость молока наблюдалась и после 13 лет жизни в Австралии, и вначале думали о генетическом происхождении этого явления. Специально проведенные исследования показали, что причина в непереносимости лактозы, которая в ко­личестве 50 г вызывает у азиатов точно такие же явления. В грудном возрасте эти люди хорошо переносили молоко, но потом полное неупотребление этого продукта привело к постепенному упадку энзиматической активности. Дей­ствительно, при биопсии слизистой тонкой кишки была установлена значительно более низкая лактазная активность (0,4 ед/г сырого веса), чем у коренных австралий­цев (3,9 ед/г сырого веса) [Брехман, 1976].