Некоторые аспекты биохимии человека

Углеводы служат основным источником энергии. Сами по себе углеводы не являются незаменимыми компонентами пищи человека, однако, поскольку продукты, богатые углеводами, более доступны и дешевы, чем продукты, содержащие большие количества белков и жиров, именно они составляют основную часть продуктов питания в большинстве стран. Четыре пятых населения земного шара питаются в основном растительной пищей, и на долю углеводов приходится по крайней мере 70 %, а иногда и 90 % суммарной калорийности такой пищи. В развитых же странах, где население потребляет в сравнительно больших количествах мясные и молочные продукты, на долю углеводов приходится лишь 45 % калорийности дневного рациона [14, 18].

В развитых странах более 40 % потребляемых углеводов составляют сахароза и другие очищенные сахара, в основном глюкоза и фруктоза, остальная часть приходится на долю крахмала. В менее развитых странах сахарозу употребляют в пищу в очень небольших количествах, в основном в качестве углеводов там используют крахмал. Двести лет назад, когда промышленная революция только начиналась, количество сахара, потребляемое ежедневно одним человеком, составляло в Англии в среднем всего лишь 5 г, сейчас это количество превышает 200 г. Аналогичные изменения произошли и в России. Развитие любой страны сопровождается увеличением количества употребляемой в пищу сахарозы. Одна из причин этого состоит в доступности и дешевизне сахарозы по сравнению с другими углеводами в этих странах. Известно, что для сахарного тростника и свеклы нужна меньшая посевная площадь, чем для эквивалентного по калорийности количества картофеля и злаковых растений.

Сахарный тростник является одним из наиболее продуктивных сельскохозяйственных растений. В связи с этим между экономикой сельского хозяйства и правильным питанием возможен конфликт, поскольку сахароза и другие сахара оказывают неблагоприятное воздействие на зубы.

Сладкие продукты часто едят ради удовольствия, некоторые не могут даже обойтись без сладостей. Не исключено, что склонность к сладкому является результатом сохранившегося с младенчества стремления удовлетворить чувство голода (содержание сахара в женском молоке в два раза выше, чем в коровьем). Животные многих видов также предпочитают сладкое, вместе с тем некоторые виды индифферентны к нему или даже избегают сладкого [19].

Жиры обеспечивают организм калориями и незаменимыми жирными кислотами. На долю триацилглицеролов приходится около 8 % общего количества липидов в пище, остальные 2 % составляют фосфолипиды, холестерол и его эфиры. При комнатной температуре триацилглицеролы животного происхождения, в состав которых входит относительно много насыщенных жирных кислот, обычно имеют твердую консистенцию. Что же касается триацилглицеролов растительного происхождения, в состав которых входит сравнительно большое количество ненасыщенных жирных кислот, то они при комнатной температуре обычно жидкие. При окислении триацилглицеролов обоих типов количество энергии, выделяемой в расчете на 1 единицу веса, более чем в 2 раза превышает количество энергии, выделяемой при окислении углеводов. Поскольку жиры задерживаются и перевариваются в желудке обычно медленнее, чем углеводы, они лучше способствуют насыщению, чем углеводы.

Животные не способны синтезировать линолевую и линоленовую кислоты, поэтому они должны получать их с пищей. Люди, как правило, не испытывают недостатка в незаменимых жирных кислотах, так как эти кислоты в больших количествах содержатся во многих продуктах растительного происхождения, в рыбе и птице. В мясных и молочных продуктах их содержание намного ниже.

В рационе жителей развитых стран наряду с большим количеством очищенных сахаров значительное место занимают жиры, особенно жиры животного происхождения. Предполагают, что именно с этим связано увеличение ча­стоты атеросклероза, ишемической болезни сердца и нарушений мозгового кровообращения у населения высокоразвитых стран. При атеросклерозе проис­ходит аномальное отложение липидов в интиме артерий, что приводит к ограничению кровотока. В тех случаях, когда липидные отложения закупоривают сосуды сердца или мозга, развивается соответственно ишемическая болезнь сердца или инсульт; ткань миокарда или мозга гибнет из-за недостатка в них кислорода [14].

Большинство животных жиров, в частности жиры мяса, молока и яиц, содержит относительно много насыщенных и мало ненасыщенных жирных кислот, исключение составляют куриный и рыбий жир. Растительные жиры, напротив, очень богаты полиненасыщенными жирными кислотами. По калорийности ценность насыщенных и ненасыщенных жиров примерно одинакова, однако обильное потребление насыщенных животных жиров наряду с незначительным количеством полиненасыщенных жиров может приводить у многих (но не у всех) людей к уменьшению концентрации в крови липопротеинов высокой плотности и к увеличению концентрации липопротеинов низкой плотности, а также общего холестерола. Существует корреляция между частотой ишемической болезни сердца, с одной стороны, и низкой концентрацией липопротеинов высокой плотности и высокой концентрацией липопротеинов низкой плотности, а также общего содержания холестерола – с другой. Поэтому рекомендуется содержащиеся в мясе, яйцах, молоке, сливочном масле и сыре жиры животного происхождения частично заменять растительными жирами, богатыми полиненасыщенными жирными кислотами. Полезно также использовать вместо масла маргарин, поскольку его получают частичным гидрированием растительных масел. Процесс гидрирования, в результате которого увеличивается степень насыщения этих масел, можно контролировать. Например, существует «мягкий» маргарин, обладающий более высокой питательной ценностью, по сравнению с «твердым» маргарином, так как он содержит больше полиненасы­щенных жиров. Что касается холестерола, то у некоторых людей он влияет на соотношение между липопротеинами крови. В значительных количе­ствах он содержится в продуктах животного происхождения, особенно много его в яичном желтке, сливочном масле и мясе, тогда как в растительных продуктах его нет. Если в пище много холестерола, то его содержание в крови увеличивается, но при этом его синтез ингибируется.

Существует хорошо сбалансированное равновесие между количеством холестерола, всасываемого в кишечнике, синтезируемого в тканях и выводимого из организма. Больным ишемической болезнью сердца часто рекомендуют диету с низким содержанием холестерола, в которой насыщенные жиры частично заменены на полиненасыщенные. Однако в связи с тем, что развитие ишемической болезни сердца зависит и от генетических факторов, а также от курения и гипертонии, диета с пониженным содержанием животных жиров и холестерола помогает далеко не всем больным. Атеросклероз, по-видимому, имеет сложное происхождение, и подверженность ему у разных людей различна. Бесспорно, что на развитие этой болезни влияет состав пищи, однако лучше всего, вероятно, родиться с хорошими генами.

Ожирение. Ожирение, увеличивающее вероятность сердечнососудистых заболеваний, гипертонии и диабета, возникает в результате того, что количество потребляемых организмом калорий превышает его потребность. Ожирение обычно развивается в детстве или старости, и чем дольше оно имеет место, тем труднее от него избавиться. Наилучший путь борьбы с ожирением – формирование уже в молодом возрасте разумных диетологических и физкультурных привычек. Некоторые люди более других склонны превращать источники калорий в жиры, вероятно из-за пониженной способности к теплообразованию или из-за термогенного действия бурого жира [24]. Важно понимать, что ожирение возникает в результате потребления избыточных количеств не только жиров как таковых, но при избыточном поступлении калорий в любом виде, будь то жиры, углеводы или белки.

1 кг жира человека эквивалентен примерно 8750 ккал. Сопоставляя этот факт с данными, приведенными в табл. 9, можно оценить степень переедания, приводящую к определенному накоплению лишнего веса. Накопление лишних 10 кг жира у 28-летнего мужчины соответствует избыточному потреблению 10 ∙ 8750 = 87 500 ккал. Такое накопление жира может быть следствием ежедневно­го потребления лишних 150 кал (что составляет лишь 5,6 % средней ежедневной потребности - 2700 ккал) в течение 583 дней, то есть чуть больше 18 месяцев. Обычно избыточный вес накапливается в течение нескольких лет. Так, в нашем примере, если накопление 10 лишних килограммов жира происходило в течение 5 лет, то это могло быть следствием ежедневного потребления избыточных 48 кал, то есть всего лишь на 1,8 % больше, чем необходимо. Эти данные показывают, насколько зависит вес тела даже от незначительного увеличения или уменьшения количества калорий, ежедневно потребляемых в течение длительных периодов времени [25].

Рассмотрим теперь, сколько времени должно понадобиться для уменьшения лишнего веса путем снижения числа потребляемых калорий. Чтобы потерять 10 кг жира, человек должен потреблять в течение 42 недель не более 2400 ккал/день, или в течение 21 недель не более 2100 ккал/ день, или в течение 14 недель 1800 ккал/день. Для того чтобы потерять вес еще быстрее, требуется столь сильно сократить ежедневный рацион, что это может привести к снижению работоспособности организма. В табл. 16 показана калорийность некоторых пищевых продуктов, которые часто потребляют в избыточных количествах. Приведенные в этой таблице данные позволяют установить, потребление каких продуктов и в какой степени надо ежедневно сокращать, чтобы достичь нужной скорости потери веса. Лучший способ поддерживать постоянный вес тела состоит в сочетании регулярных физических упражнений с регулярным правильным питанием. Существенно легче предотвратить накопление лишнего веса, чем потом избавляться от него [26].

Таблица 16

Калорийность некоторых богатых энергией пищевых продуктов Пищевой продукт Порция Калорийность, ккал Печеный картофель 1 шт. 93 Рис 1 чашка 210 Спагетти 1 чашка 178 Белый хлеб 1 шт. 62 Масло 1 кружка 50 Майонез 1 ст. ложка 93 Сладкий рулет 1 шт. 174 Кекс 1 шт. 204 Молочный шоколад 30 г 147 Сахар 1 ст. ложка 46 Мороженое 1 стаканчик 147 Орехи 30 г 160 Пиво 350 г 188 Безалкогольные напитки 350 г 90

Белки необходимы как источники аминокислот. Белки сами по себе не являются незаменимыми компонентами рациона человека. Для нормального питания необходимы лишь содержащиеся в них незаменимые аминокислоты. Для взрослых людей незаменимыми являются девять аминокислот, суточная потребность в которых варьирует от 0,5 г (для триптофана) до 2 г (для лейцина, фенилаланина). Новорожденным и растущим детям необходима еще одна, десятая аминокислота – аргинин. У взрослых аргинин образуется в достаточных количествах в печени в процессе синтеза мочевины, однако детям для одновременного синтеза мочевины и необходимых организму белков образующегося таким путем аргинина не хватает.

Ежедневно молодым мужчинам рекомендуется потреблять 54 г белков, однако при этом подразумевается, что в пищу входят самые разнообразные белки растительного и животного происхождения, из которых по крайней мере 12 из 54 г белка должны приходиться на долю незаменимых аминокислот, а остальные 42 г – на долю заменимых. Питательная ценность или качество данного белка зависит от двух факторов: от его аминокислотного состава и от его усвояемости. Белки значительно различаются по аминокислотному составу (см. п. 1.5). Некоторые из них содержат полный набор незаменимых аминокислот в оптимальных соотношениях; другие могут не содержать одной или нескольких незаменимых аминокислот. Растительные белки, особенно белки пшеницы и других злаковых, не могут полностью перевариваться, так как белковая часть зерен защищена состоящей из целлюлозы и других полисахаридов оболочкой, которая не гидролизуется пищеварительными ферментами. Поскольку в кишечнике могут усваиваться только свободные аминокислоты, далеко не все аминокислоты продуктов растительного происхождения в действительности биологически доступны для организма человека.

Питательные свойства белков можно оценить с помощью двух характери­стик: химической ценности и биологической ценности. В первом случае после полного гидролиза определяют аминокислотный состав белка и сравнивают его со стандартом – белком, полученным из молока и яиц. При этом определяют потенциальную химическую ценность белка. Мерой биологической ценности белка служит величина, обратно пропорциональная количеству данного белкового продукта, которое необходимо для поддержания азотистого баланса у взрослого человека или экспериментального животного, т.е. состояния, при котором количество поступающего в организм азота точно соответствует его ко­личеству, выводимому с мочой и калом. Если в данном белке есть все незаме­нимые аминокислоты в необходимых пропорциях и все они могут всасываться в кишечнике, то биологическая ценность такого белка условно принимается равной 100. Для полностью перевариваемых белков с неполным содержанием аминокислот или с полным содержанием ами­нокислот, но не полностью перевариваемых это значение будет заведомо ниже. В соответствии с этим критерием биологическая ценность белка, в котором отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, будет равна нулю. Если белок характеризуется низкой биологической ценностью, он должен присутствовать в пище в очень больших количествах, чтобы обеспечить потребности организма в незаменимой аминокислоте, содержание которой в таком белке минимально. Остальные аминокислоты будут поступать в организм при этом в количествах, превышающих его потребности. Лишние аминокислоты будут подвергаться в печени дезаминированию и превращаться в гликоген или жир либо просто сгорать в качестве топлива.

Табл. 17 иллюстрирует качество некоторых пищевых белков. Животные белки, содержащиеся, например, в молоке, говядине, яйцах, отличаются хорошими химическими характеристиками и высокой биологической ценностью. Вместе с тем белки, содержащиеся в кукурузе и цельном белом хлебе, обладают низкой химической ценностью, поскольку в них отсутствует одна или несколько незаменимых аминокислот. Биологическая ценность этих белков еще ниже, так как они не полностью перевариваются. Чтобы обеспечить организм минимально необходимым количеством всех нужных аминокислот, животные должны ежедневно потреблять растительные белки в сравнительно больших количествах. Это вовсе не означает, что белый хлеб плох как пищевой продукт; просто если питаться только одним белым хлебом, то его придется съедать ежедневно очень много для того, чтобы удовлетворить хотя бы минимальные потребности организма в незаменимых аминокислотах. Так, например, в одном куске белого хлеба содержится менее 2 г белка; если при этом учесть, что по качеству этот белок менее чем на треть соответствует идеальному, то 20-летнему мужчине для удовлетворения ежедневной потребности в белке, которая составляет около 56 г, нужно съедать каждый день более 70 кусков белого хлеба. И вообще при обычных способах приготовления пищи растительные белки в пересчете на 1 г сухого веса содержат меньше белка, чем животные.

Таблица 17