Значение углеводов в питании здорового человека

Углеводы являются полиатомными альдегидо- или кетоспиртами, де­лятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

По пищевой ценности углеводы делятся на усвояемые и неусвояемые. Усвояемые углеводы перевариваются, всасываются и метаболизируются в организме. Неусвояемые углеводы не расщепляются ферментами, секретиру­емыми в пищеварительном тракте и могут быть ферментированы микрофлорой кишечника с образованием короткоцепочечных, жирных кислот и лактата.

Потребность организма в углеводах определяется величиной энерготрат: чем интенсивнее физическая нагрузка, тем выше потребность в углеводах. Средняя физиологическая потребность в углеводах взрослого человека определяется из расчета от 4 до 6 г углеводов на 1 кг массы тела с учетом закона качественной адекватности питания (см. закон качественной адекватности питания и "Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения", таблицы 1,2).

При обычном смешанном питании за счет углеводов обеспечивается около 60% суточной энергоценности.

В 1990 г. эксперты Всемирной организации Здравоохранения в реко­мендациях по питанию, указывали, что 55-75% потребляемой энергии долж­ны обеспечиваться углеводами, при этом рекомендовали потреблять 50-70% полисахаридов.

При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удов­летворить потребности человека в абсолютных количествах углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения продуктов, содержащих легкоусвояе­мые и медленно всасывающиеся в кишечнике углеводы. Так считается, что содержание сахара в рационе не должно превышать 15% от общего коли­чества углеводов, для детей - 20 - 25%. В пищевых рационах на долю крахмала приходится до 80% общего количества углеводов. Потребление пищевых волокон в ежедневном рационе взрослого человека должно быть доведено примерно до 25-30г.

Функции:

1. Энергетическая. Углеводы обеспечивают до 50-70% общей энерге­тической ценности рациона.

2. Пластическая. Углеводы, существенно, необходимы для биосинтеза многих углеродсодержащих полимеров (глюкоза, галактоза и образующиеся из них в организме другие сахара и производные являются обязательными составными частями гликопротеидов, к числу которых принадлежит боль­шинство белков плазмы крови, включая иммуноглобулины и трансферрин, а также ряд гормонов, ферментов, факторов свертывания крови и др.). Гли­копротеиды являются, наряду с белками и фосфолипидами, необходимыми компонентами клеточных мембран и играют при этом ведущую роль в про­цессах клеточной рецепции гормонов и других биологически активных сое­динений и межклеточном взаимодействии, имеющем существенное значение для нормального клеточного роста, дифференцирования и иммунитета. Угле­воды пищи считаются предшественниками гликогена и триглицеридов; они служат источником углеродного скелета заменимых аминокислот, участвуют в построении коферментов, нуклеиновых кислот, АТФ и других биологичес­ки важных соединений.

3. Антитоксическая.

4. Нормализация холестеринового обмена.

5. Антикетогенное действие ( стимулируют окисление ацетилкоэнзи­ма -А, образующегося при окислении жирных кислот).

6. Стимуляция деятельности желудочно-кишечного тракта, участие в регуляции аппетита;

7. Специфическое действие (определение группы крови).

Биологическая роль и важнейшие пищевые источники моносахаридов.

Моносахариды (простые углеводы) не расщепляются при гидролизе. В природных условиях известно более 200 различных моносахаридов, однако только некоторые из них представляют интерес в качестве пищевого ве­щества. Для человека наиболее важны гексозы (глюкоза, фруктоза, галак­тоз) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза).

Глюкоза содержится во многих фруктах, ягодах, овощах, в меде глю­козы содержится 36,2%. Всасывающаяся при потреблении пищи глюкоза мо­жет окисляться непосредственно в тканях, преобразуется в гликоген в печени и в мышцах, или служит субстратом синтеза липидов непосредс­твенно в печени. Глюкоза является:

- структурной единицей (мономер), из которой построены все важ­нейшие полисахариды - гликоген, крахмал и целлюлоза (клетчатка);

- входит в состав важнейших для человека дисахаридов - сахарозы, лактозы, мальтозы;

- вовлекается в процессы биологического окисления в клетках раз­личных органов и тканей. Окисление глюкозы сопряжено с образованием значительных количеств АТФ, таким образом, глюкоза является наиболее легко утилизируемым (по сравнению с другими нутриентами) источником энергии для человека. Роль глюкозы особенно велика для ЦНС (важнейший субстрат окисления);

- служит непосредственным предшественником гликогена - запасного углевода человеческого организма (из глюкозы гликоген образуется наи­более легко и быстро);

- легко превращается в организме человека в триглицериды, причем этот процесс особенно усиливается при избыточном поступлении глюкозы с пищей.

Фруктоза содержится во многих фруктах и ягодах (яблоко, хурма, груша, вишня, черешня, виноград, арбуз, черная смородина. В меде содержится фруктозы - 37,1%. Яблоки содержат значительное количество фруктозы.

Фруктоза, как и глюкоза, служит быстро утилизируемым источником энергии. Фруктоза в значительном количестве (до 70-80%) задерживается в печени, в которой часть фруктозы превращается в глюкозу, однако метаболизм оставшейся фруктозы отличается от таковой глюкозы. Ферменты, участвующие в специфических превращениях фруктозы, не требуют для про­явления своей активности инсулин. Этим обстоятельством, а также значи­тельно более медленным всасыванием фруктозы (сравнительно с глюкозой) в кишечнике объясняется лучшая переносимость фруктозы больными сахар­ным диабетом. Кроме того фруктоза, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло, не вызывает перенасыщения крови сахаром. Фруктоза сла­ще сахарозы в 3 раза.

Галактоза в свободном виде в продуктах не встречается и поступает в организм в составе дисахарида - лактозы, а также неперевариваемых полисахаридов - гемицеллюлоз.

Биологическая роль и важнейшие пищевые источники олигосахаридов.

Олигосахариды - более сложные соединения. Они делятся на дисаха­риды, трисахариды и т.д. Наиболее важны для человека дисахариды - са­хароза, лактоза и мальтоза.

Сахароза содержится во фруктах, овощах, ягодах (абрикосы, сливы, морковь, бананы, свекла, яблоки, груша, персик, мандарин, арбуз, ды­ня). Мед содержит только 1-2% сахарозы. Важнейшим пищевым источником сахарозы является сахарный песок, который на 99,75% представлен саха­розой, поэтому большая часть сахара поступает в организм в "скрытом" виде с кондитерскими изделиями, компотами, киселями, сырковой массой, мороженым, вареньем, джемами, сладкими фруктовыми напитками.

Потребление с пищей значительных количеств легкоусвояемых углево­дов вызывает:

- нарушение обмена веществ, прежде всего обмена углеводов. Задол­го до появления диабета, причем гораздо чаще у людей, которые потреб­ляют много сахара, возникает понижение сахара в крови (гипогликемия). Постоянное поступление сахара вызывает усиленную работу ферментных систем, утилизирующих его, и для поддержания нужного уровня глюкозы в крови сахара требуется все больше и больше. По мере истощения от чрез­мерной нагрузки механизмов переработки сахара гипогликемия может пере­ходить в гипергликемию. Гипергликемия ведет к раздражению инсулярного аппарата поджелудочной железы и усиленному выбросу гормона в кровь. Систематическое потребление избыточного количества легкоусвояемых уг­леводов может вызвать истощение инсулярного аппарата и развитие сахар­ного диабета. Фундамент этого заболевания часто закладывается в детском возрасте;

- повышение заболеваемости кариесом ( критическая доза по кариесу - 30 г., т.е. 4 чайные ложки сахарного песка);

- развитие жировой ткани. Поступающие с пищей значительные коли­чества углеводов не могут полностью депонироваться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, кроме того, под влиянием саха­розы жир образуется из крахмала, жира пищи, частично из белка. Пос­ледствиями может быть увеличение массы тела, развитие алиментарно-об­менной формы ожирения, нарушение холестеринового обмена, рост сердеч­но-сосудистых заболеваний.

И, тем не менее, ферментируемые углеводы нельзя полностью исключать из рациона питания, так как они являются естественной составляющей частью большинства продуктов питания. Начинать ограничивать употребле­ние рафинированного сахара надо с детства, имея ввиду, что ребенку, как и взрослому достаточно 50г в сутки.

Лактоза (молочный сахар) содержится только в молоке и молочных продуктах.

Гидролиз лактозы в кишечнике протекает замедленно, в результате:

- ограничиваются процессы брожения в кишечнике;

- развиваются молочно-кислые бактерии, которые подавляют развитие в кишечнике гнилостных микроорганизмов - в результате нормализуется микрофлора кишечника.

Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте под влиянием фермента лактазы до глюкозы и галактозы. Недостаточность этого фермен­та, по-видимому, лежит в основе непереносимости молока.

Биологическая роль и важнейшие пищевые источники перевариваемых полисахаридов.

К перевариваемым полисахаридам относятся крахмал и гликоген. Оба соединения - полимеры глюкозы. Несмотря на значительное сходство в строении, биологическая роль гликогена и крахмала различна: крахмал является важнейшим запасным углеводом растений, а гликоген - резервным углеводом животных тканей.

Роль гликогена в жизнедеятельности человека весьма значительна. Избыток углеводов, поступающих с пищей, превращается в гликоген, кото­рый откладывается в тканях и образует депо углеводов, из которого при необходимости организм "черпает" глюкозу, используемую для реализации различных физиологических функций. В связи с этим гликоген играет важ­ную роль в регуляции уровня сахара в крови. Основными органами, в ко­торых откладываются значительные количества гликогена, являются печень и скелетные мышцы. Общее содержание гликогена в организме невелико и составляет 500 г, из которых 1/3 локализовано в печени, а остальные 2/3 - в скелетных мышцах. Если углеводы с пищей не поступают, то запа­сы гликоген оказываются полностью исчерпанными через 12 - 18 часов. В связи с истощением резервов углеводов резко усиливаются процессы окис­ления другого важнейшего субстрата окисления - жирных кислот, запасы которых намного превышают запасы углеводов. Наряду с этим заметно уси­ливаются процессы глюконеогенеза, направленные, прежде всего, на обеспе­чение глюкозой жизненно важного органа - головного мозга, жизнеспособ­ность которого в значительной степени связана с постоянным, интенсивным окислением глюкозы. Обеднение печени гликогеном ведет к нарушению функций гепатоцитов, способствуя возникновению жировой инфильтрации, а затем и жировой дистрофии печени. Человек получает с пищей не более 10-15 г гликогена в сутки; источником его служат печень, мясо и рыба.

Крахмал в человеческом организме отсутствует, однако его значение в питании весьма велико. Источником крахмала служат растительные про­дукты: злаковые и продукты их переработки, бобовые, картофель. Содер­жание крахмала в картофеле относительно невелико, но поскольку потреб­ление этого продукта весьма значительно, он наряду с хлебом и хлебобу­лочными изделиями является важнейшим пищевым источником крахмала.

Обычно основная масса пищевого крахмала расщепляется и всасывает­ся в виде глюкозы в тонкой кишке, но некоторая его часть остается не­расщепленной и проникает в толстую кишку, где подвергается микробной ферментации, главным образом до короткоцепочечных карбоновых кислот: уксусной, пропионовой и масляной. Количество крахмала, которое может достигать толстой кишки, индивидуально для каждого человека и может колебаться от 2 до 20%.

Скорость переваривания крахмала также зависит и от его источника. Пшеничный крахмал отличается легкостью гидролиза и полнотой абсорбции в тонкой кишке, по этой причине его нередко используют в опытах в ка­честве эталона полностью абсорбируемого крахмала. Наиболее трудно пе­ревариваемыми являются крахмал семян бобовых растений. Особой устойчи­востью отличается крахмал морщинистого гороха - он сохраняет ее даже после разваривания. Другие виды крахмала после такой обработки утрачивают устойчивость к гидролизу в значительной степени. В противополож­ность вареному, большая часть сырого картофельного крахмала (до 40%) может оставаться при продвижении в тонкой кишке неиспользованной; его применяют обычно в опытах в качестве эталона высокоустойчивого крахма­ла.

С долей крахмала, попадающей в толстую кишку, связывают механизм ее противоопухолевого действия, и объясняют его тем, что крахмал, пос­тупивший в толстый кишечник, оказывает нормализующее влияние на внут­реннюю среду толстой кишки за счет:

1. образовавшейся масляной кислоты. При микробной ферментации крахмала, по сравнению с ферментацией других углеводов, образуется от­носительно большее количество масляной кислоты, которая служит энерге­тическим сырьем для клеток слизистой оболочки толстой кишки и способс­твует их дифференциации.

2. снижения в толстой кишке pH, в результате чего тормозится син­тез токсичных для организма вторичных, желчных кислот (вторичные, желч­ные кислоты вызывают ускоренную пролиферацию клеток слизистой оболочки толстой кишки и повышают риск опухолеобразования в ней). Это изменение не строго специфическое для крахмала; оно характерно для многих ферментируемых углеводов и зависит от их количества, достигающего толстой кишки. Влияние крахмала на жировой обмен характеризуется не только прекращением трансформации первичных желчных кислот во вторичные при попадании крахмала в толстую кишку, но и увеличением содержания желч­ных кислот в тонкой кишке в отсутствие количественных изменений в экс­кретируемых стероидах, а также снижением уровня холестерина в крови.

По данным эпидемиологических исследований, в группах больных с низкой заболеваемостью раком толстой кишки (а также аппендицитом, ди­вертикулезом и др.) pH кала 6,5 и ниже.

3.благоприятного влияния устойчивого крахмала на микробиоценоз. Благодаря способности изменять микробный состав крахмал был причислен к пребиотикам (Brown I., Warhust M., Arcot J. et al., 1997). В Японии в промышленных условиях из крахмала получают препарат под названием "Изомальто". В дозе до 15 г в день этот препарат оказывает очень бла­готворное воздействие на работу кишечника, что проявляется существен­ным повышением уровня бифидобактерий в нем, улучшением иммунных пока­зателей крови, а также обмена веществ.

Ферментация устойчивого крахмала в толстой кишке имеет также важное значение для альтернативного выведения азота мочевины из организ­ма. Известно, что в итоге энтерогепатической циркуляции часть азота в форме мочевины из крови попадает в толстую кишку, из которой может ли­бо обратно попасть в кровь в виде аммиака, либо включиться в микробный метаболизм при условии достаточного поступления в кишку ферментируемых углеводов. Количественные оценки связывания азота мочевины в белки микроорганизмов показали, что до 20%, а при определенных условиях даже до 50% выводимого из организма азота может выделяться с калом в виде микробного белка.

Биологическая роль и важнейшие пищевые источники неперевариваемых полисахаридов.

Пищевые волокна (ПВ), синонимами которых являются неусвояемые уг­леводы, клетчатка, балластные вещества, представляют собой большую группу полимерных веществ различной химической природы, источниками которых служат растительные продукты: зерновые, фрукты, овощи. Пищевые волокна - это биологический термин, а не химический, поскольку объеди­няет вещества различной химической природы. Важнейшими компонентами ПВ являются целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, камеди, слизи, лигнин. Цел­люлоза является полимером глюкозы, гемицеллюлоза - полимером пентоз и гексоз, лигнин - полимером ароматических спиртов, пектин - сложным комплексом коллоидных полисахаридов, включающих глюкуроновую и галак­туроновую кислоты, камеди состоят из метилированных и ацетилированных молекул гексоз и пентоз, и, наконец, слизи - полисахариды семян и морских водорослей, являются чаще всего высокоразветвленными арабинок­силанами.

В настоящее время существует несколько классификаций ПВ:

1. по физическим, химическим и медико-биологическим особенностям;

2. по степени микробной ферментации:

- ферментируемые (пектин, камеди, слизи, некоторые виды целлю­лоз);

- слабоферментируемые (некоторые виды целлюлоз, целлюлоза);

3. по сорбционной активности;

4. по строению полимеров;

5. по виду сырья;

6. по радиозащитным свойствам:

а) СНИЖАЮЩИЕ ВСАСЫВАНИЕ (НАКОПЛЕНИЕ) РАДИОНУКЛИДОВ – БЛОКАТОРЫ:

- слабые - до 10% (ПВ пшеничных отрубей, ПВ сахарной свеклы и др.);

- средние 10 - 90% (целлолигнин и холоцеллюлоза люцерны, ПВ столовой свеклы, ПВ кожуры апельсина и др.);

- сильные - более 90% (альгинаты- пектиновые вещества из бурых водорослей, ламинария, зостера, ПВ лю­церны, ПВ кожуры лимона и др.);

б) УВЕЛИЧИВАЮЩИЕ ВЫВЕДЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ – ДЕКОРПОРАНТЫ:

- слабые - до 5% (пектиновые вещества некоторых видов растительного сырья и др.);

- средние - 5-20% (ПВ люцерны);

- сильные - более 20% (морская капуста - ламинария).