Вопрос 5. Обмен углеводов.

Углеводы - наиболее распространенные органические соединения, имеющие в своем составе два типа функциональных групп: альдегидную, или кетонную, и спиртовую. Другими словами, углеводы - это соединения углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород входят в соотношении (2 : 1), как в воде, отсюда и название.

Углеводы составляют обязательную и большую часть пищи человека (около 500 г/сут). Углеводы - наиболее легко мобилизируемый и утилизируемый материал. Они депонируются в виде гликогена, жира. В ходе углеводного обмена образуется НАДФ•H2. Особую роль углеводы играют в энергетике центральной нервной системы, так как глюкоза является единственным источником энергии для мозга.

Быстрота распада глюкозы и возможность быстрого извлечения и переработки ее резерва — гликогена создают условия для экстренной мобилизации энергетических ресурсов при резком эмоциональном возбуждении, интенсивных мышечных нагрузках. Однако, мобилизация углеводных ресурсов при выполнении физических упражнений у детей происходит хуже, чем у взрослых, из-за сниженной продукции адреналина, обусловленной недоразвитием мозгового слоя надпочечников. При этом в крови у детей в отличие от взрослых содержание глюкозы снижается. Как известно, углеводы входят в состав нуклеиновых кислот, цитоплазмы, играют важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек.

Характерной особенностью углеводного обмена у детей является высокая усвояемость углеводов (до 99%), что в определенной степени объясняется высокой активностью лактазы кишечника по сравнению с таковой у взрослых. Необходимо учитывать, что на первом году жизни основным углеводом является лактаза. Организм ребенка испытывает большую потребность в углеводах, так как интенсивность гликолиза в нем очень высока, она на 35% выше, чем у взрослых. В то же время синтез углеводов из жиров и белков в растущем организме выражен слабо. Запасы углеводов в организме невелики, и они очень быстро истощаются.

Значение углеводов (функции):

1. Энергетическая. Физиологическое значение углеводов в основном определяется их энергетическими свойствами. Они используются организмом в процессе мышечной и нервной деятельности, являясь главными поставщиками энергии, способствуют снижению ацидотических сдвигов.

2. Структурная и пластическая. Углеводы также входят в состав клеток и тканей и в какой-то мере участвуют в пластических процессах.

3. Субстраты и регуляторы важнейших биохимических процессов. Наличие углеводов необходимо для нормального течения обменных процессов. Они могут использоваться для синтеза жиров, нуклеиновых кислот и других органических соединений. Углеводы предупреждают расход жира и белка. Функции антигенов и антител, клеточных рецепторов, некоторых гормонов и ферментов определяются наличием в их составе углеводов.

На долю углеводов от общей энергетической ценности пищевого рациона должно приходиться не менее 50—56%. При всех видах физического и умственного труда отмечается повышенная потребность в углеводах.

Неиспользуемая глюкоза депонируется в виде полисахарида гликогена в печени и мышцах, который является резервом углеводов в организме. Углеводы могут синтезироваться и при отсутствии их поступления в организм из продуктов распада белков и жиров. Особенно чувствительна к недостатку глюкозы в крови (гипогликемии) ЦНС. При незначительном снижении глюкозы в крови отмечается слабость, головокружение, а при значительном падении углеводов наступают различные вегетативные расстройства, судороги, потеря сознания.

Углеводы подразделяются на:

Простые углеводы хорошо растворяются в воде и быстро усваиваются организмом, они относятся к сахарам.

Сложные углеводы значительно хуже усваиваются, поступая в организм в виде полисахаридов, они расщепляются до моносахаридов в желудке, двенадцатиперстной и тощей кишке и откладываются в виде гликогена в клетках печени и мышц.

К неусвояемым углеводам относится клетчатка. Однако, хотя клетчатка в тонкой кишке почти не усваивается, нормальное пищеварение без нее почти невозможно. Показано, что недостаток клетчатки в рационе способствует развитию ожирения, желчнокаменной болезни, сердечно-сосудистым заболеваниям, появлению запоров, рака толстой кишки и других заболеваний.

Простые углеводы:

• моносахариды,

• олигосахариды (дисахариды)

Сложные углеводы

• полисахариды.

Моносахариды (простые углеводы) - самые простые представители углеводов и при гидролизе не расщепляются до более простых соединений. Моносахариды – самый быстрый и качественный источник энергии для процессов, происходящих в клетке.

Моносахариды сразу окисляются до двуокиси углерода и воды, тогда как белки и жиры окисляются до тех же продуктов через ряд сложных промежуточных процессов. Моносахариды имеют сладкий вкус и потому их называют «сахарами».

Дисахариды (олигосахариды) – более сложные соединения, построенные из нескольких (от 2 до 10) остатков моносахаридов.

Дисахариды, как и моносахариды, имеют сладкий вкус и потому их называют «сахарами».

Полисахариды - высокомолекулярные соединения - полимеры, образованные из большого числа моносахаридов.

Они делятся на

• перевариваемые (крахмал, гликоген) и

• не перевариваемые (пищевые волокна - клетчатка, гемицеллюлоза, пектиновые вещества) в желудочно-кишечном тракте.

Полисахариды сладким вкусом не обладают. Если сладость раствора сахарозы оценить условно в 100 баллов, то по сравнению с ней лактоза получит 16 баллов, мальтоза и галактоза получат 32 балла, глюкоза - 81 и фруктоза - 173 балла.

Потребность

Углеводная часть рациона должна быть представлена хлебными, крупяными, макаронными изделиями, овощами, фруктами, сахарами.

Взрослый человек при умеренных физических нагрузках должен потреблять 300 - 500 г простых сахаров (не сахара!!!).

Суточная потребность в углеводах составляет в грудном возрасте 10–12 г на 1 кг массы тела, в возрасте от 1 до 3 лет –193 г, от 4 до 7 лет –287,9 г, от 8 до 13 лет –370 г, от 14 до 17 лет – 470 г, взрослого – 500 г.

Определенное содержание сахара в крови совершенно необходимо для нормальной жизнедеятельности человека.

С точки зрения усвояемости в организме человека углеводы разделяются на две группы

• усвояемые организмом человека (простые углеводы и перевариваемые полисахариды)

• неусвояемые («пищевые волокна»).

Усвояемость углеводов зависит от наличия определенных ферментов в желудочно-кишечном тракте человека.

Легче всего усваивается фруктоза, сахароза, глюкоза, а также мальтоза и лактоза; несколько медленнее - крахмал и декстрины, так как они должны предварительно расщепиться до простых сахаров.

Усвояемые углеводы.

Глюкоза - наиболее легко и быстро усваиваемый источник энергии для человека. Для любого усвоения она требует инсулина. Роль глюкозы особенно велика для центральной нервной системы, где она является главным источником окисления. Она легко превращается в гликоген.

Глюкоза - составная единица, из которой построены все важнейшие полисахариды - гликоген, крахмал, целлюлоза, а также входит в состав сахарозы, лактозы, мальтозы. Она быстро всасывается в кровь из желудочно-кишечного тракта, а затем поступает в клетки органов, где вовлекается в процессы биологического окисления.

Окисление глюкозы сопровождается образованием значительных количеств аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является источником уникального вида энергии. Усвояемые сахара являются основным поставщиком энергии. Хотя усвояемые углеводы как поставщики энергии могут заменяться жирами и белками, полностью исключить их из питания нельзя.

У фруктозы в отличие от глюкозы иной путь превращений в организме, также быстро окисляется. Она в большей степени задерживается печенью, поэтому меньше поступает в кровь, скорее вступает в различные обменные процессы. Фруктоза переходит в глюкозу в процессах обмена веществ, но увеличение концентрации глюкозы в крови происходит при этом плавно и постепенно, не вызывая обострения диабета, так как фруктоза для своего усвоения не требует инсулина. Часть фруктозы в печени превращается в глюкозу, но для своего усвоения она не требует инсулина. Этим обстоятельством, а также значительно более медленным всасыванием фруктозы сравнительно с глюкозой в кишечнике объясняется лучшая переносимость ее больными сахарным диабетом. Она в меньшей степени вызывает кариес зубов.

Основным источником глюкозы и фруктозы служит мед, сладкие овощи, фрукты, много фруктозы содержится в винограде, грушах и яблоках, арбузе, крыжовнике, малине, черной смородине. В семечковых плодах преобладает фруктоза, а в косточковых (абрикосы, персики, сливы) - глюкоза. Ягоды отличаются наибольшим содержанием сахарозы. Количество глюкозы и фруктозы в них приблизительно одинаковое.

Галактоза входит в состав молочного сахара (лактозы). В организме человека большая часть ее превращается в печени в глюкозу, а также участвует в построении гемицеллюлоз.

Сахароза, попадая в организм, под влиянием кислот и энзимов легко разлагается на моносахариды. Но это процесс возможен, если мы потребляем сырой свекловичный сахар или тростниковый сок. Обыкновенный сахар имеет более сложный процесс усвоения. Важнейший пищевой источник сахарозы - сахар.

Мальтоза (солодовый сахар) - промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в желудочно-кишечном тракте. В свободном виде в пищевых продуктах встречается в меде, солоде, пиве, патоке, проросших зернах.

Лактоза (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным продуктом питания. При отсутствии или уменьшении фермента лактозы, расщепляющей лактозу до глюкозы и галактозы, в желудочно-кишечном тракте наступает не переносимость молока. К группе простых сахаров относится и лактоза, которая содержится женском грудном молоке, а также в молоке коров, коз, овец. Однако у довольно большого количества людей в желудочно-кишечном тракте нет фермента лактазы, который расщепляет лактозу (молочный сахар) или он недостаточно активен. Такие люди не переносят молоко, где содержится лактоза, но благополучно потребляют кефир, где этот сахар частично потреблен кефирными дрожжами. У людей, не обладающих способностью утилизировать лактозу, она служит хорошим субстратом для развития кишечной микрофлоры. При этом очень часто возможно обильное газообразование, живот «пучит». Следует помнить, что молочнокислые бактерии и дрожжи подавляют деятельность кишечной микрофлоры и благодаря этому снижают неблагоприятное действие лактозы.

Крахмал - важнейший поставщик углеводов. Он образуется и накапливается в хлоропластах зеленых частей растения в форме маленьких зернышек, откуда путем гидролизных процессов переходит в водорастворимые сахара, которые легко переносятся через клеточные мембраны и таким образом попадают в другие части растения, в семена, корни, клубни и прочее. В организме человека крахмал сырых растений распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается во рту. Расщепление крахмала начинается во рту под действием слюны, в которой содержится крахмалрасщепляющий фермент амилаза. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение (помните правило - не пить во время еды, чтобы не разбавлять слюну богатую ферментом амилазой, переваривающим крахмал). В кишечнике мальтоза гидролизуется до моносахаридов, которые проникают через стенки кишечника. Там они превращаются в фосфаты и в таком виде поступают в кровь. Дальнейший их путь - это путь моносахарида. Однако основное количество амилазы содержится в соке поджелудочной железы. Поэтому основное расщепление крахмала до глюкозы происходит в тонком кишечнике.

Неусвояемые углеводы, несмотря на свое название, также важны для организма.

Пищевые волокна - целлюлоза, клетчатка, гемицеллюлоза и пектиновые вещества.

Клетчатка (пищевые волокна) в тонком кишечнике почти не усваивается, однако нормальное пищеварение без нее практически невозможно, так как она создает благоприятные условия для нормального продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту.

Действие клетчатки на состояние желудочно-кишечного тракта:

• повышает чувство насыщения;

• снижает энергетическую плотность пищи;

• снижает абсорбцию глюкозы, аминокислот и холестерина;

• нормализует кишечную микрофлору;

• ускоряет пассаж пищи через тонкую кишку;

• повышает количество каловых масс;

• повышает синтез короткоцепочных жирных кислот;

• препятствует полноценному всасыванию белка (о чем следует помнить при лечении ослабленных больных).

Условно пищевые волокна можно разделить на

• нежные (картофель, капуста, яблоки, абрикосы и другие подобные продукты), которые расщепляются и достаточно полно усваиваются,

• грубые (морковь, свекла и другие) - менее усваиваемые. Но когда пищеварительный тракт войдет в нужную силу, и они будут прекрасно усваиваться.

Однако при чрезмерном употреблении клетчатки усвояемость почти всех основных пищевых веществ - белков, жиров, витаминов, особенно минеральных веществ - снижается на 5% - 15%.

Клетчатка обладает способностью связывать некоторые витамины, кальций, магний, фосфор, железо, цинк, медь и другие микроэлементы.

При поступлении в организм большого количества клетчатки, особенно, если это поступление нерегулярное, ускоряется прохождение пищи через желудочно-кишечный тракт, появляется понос. Избыток грубых волокон у людей, страдающих болезнями желудочно-кишечного тракта, часто сопровождается болезненными раздражениями.

Оптимальное содержание пищевых волокон (грубых и мягких) в ежедневном рационе взрослого человека легко обеспечивается хлебом грубого помола, овощами, фруктами и зеленью.

Наиболее сильное изменение с пищевыми волокнами происходит в толстом кишечнике под влиянием бактериальной флоры. Пищевые волокна необходимы для активизации работы кишечника и профилактики запоров и вялости кишечника.

Переваривание 50% пищевых волокон, поступающих в кишечник, реализуется микрофлорой толстой кишки.

Пищевые волокна нужны для нормального функционирования не только пищеварительной системы, но и всего организма. Они необходимы для:

• формирования гелеобразованных структур, что влияет на опорожнение желудка, скорость всасывания в тонкой кишке и время прохождения через желудочно-кишечный тракт;

• способность пищевых волокон удерживать воду (предотвращает образование каловых камней) меняет давление в полости органов пищеварительной системы, электролитный состав и массу фекалий, увеличивая их вес;

• способность волокон адсорбировать желчные кислоты и таким образом влиять на их распределение вдоль желудочно-кишечного тракта и обратное всасывание их, что существенно отражается на потере стероидов с каловыми массами и обмене холестерина в целом.

• При увеличении пищевых волокон в рационе снижается уровень холестерина в крови. Это связано с участием пищевых волокон в кругообороте желчных кислот. При отсутствии поступления пищевых волокон нарушается не только обмен желчных кислот (отсюда понижение гемоглобина в крови), но и холестерина, и стероидных гормонов;

• большое значение для электролитного обмена в организме и желудочно-кишечном тракте имеют катионообменные свойства кислых полисахаридов, антиоксидантный (противоокислительный) эффект лингина;

• влияние пищевых волокон на среду обитания бактерий в кишечнике.

• Показан также антитоксический эффект растительных волокон. Они способны адсорбировать и выводить из организма различные соединения, в том числе экзо- и эндогенные токсины, тяжелые металлы.

Кроме того, углеводы можно разделить на:

• Рафинированные

• нерафинированные (защищенные).

Рафинированные углеводы — это сахара, освобожденные от сопутствующих примесей в процессе очистки. Продукты на основе рафинированных углеводов очень легко усваиваются в организме, что в большей степени способствует формированию избыточного веса, нарушению холестеринового и жирового обмена.

Источники рафинированных углеводов — свекловичный и тростниковый сахар, все виды кондитерских изделий, изделий из высших сортов пшеничной муки, концентраты, смеси и изделия из зерновых.

К источникам защищенных углеводов относятся растительные продукты, в которых углеводы представлены преимущественно крахмалом с сопутствующей клетчаткой (не менее 0,4%), что защищает крахмал от быстрого воздействия пищеварительных ферментов и создает тем самым условия для их медленного переваривания и меньшего использования для жирообразования.

Источники защищенных углеводов — хлебные изделия из муки, приготовленной из цельного зерна, крахмал картофеля, большинство овощей, фруктов и ягод.