Физиологическая роль углеводов в организме у детей и взрослых их содержание в тканях: Лекция 6 Физиологическая роль углеводов в питании человека

Лекция 6 Физиологическая роль углеводов в питании человека

6.1. Роль углеводов в организме

Углеводы составляют основную часть пищевого рациона и обеспечивают 50-60% его энергоценности. При окислении 1 г усвояемых углеводов в организме выделяется 4 ккал.

Углеводов выполняют следующие физиологические функции:

энергетическая — при всех видах физического труда отмечается повышенная потребность в углеводах. Углеводы — основной источник энергии для центральной нервной системы.

пластическая — они входят в состав структур многих клеток и тканей, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот. Глюкоза постоянно содержится в крови, гликоген — в печени и мышцах, галактоза входит в состав липидов мозга, лактоза — в состав женского молока и т.д. Углеводы в комплексе с белками и липидами образуют некоторые ферменты, гормоны, слизистые секреты желез, иммуноглобулины и другие биологически важные соединения.

Особое значение имеют

клетчатка, пектины, гемицеллюлоза, которые почти не перевариваются в кишечнике и являются незначительными источниками энергии. Вместе с тем они являются основной составной частью пищевых волокон и крайне необходимы организму для нормальной работы пищеварительного тракта.

В организме углеводы могут образовываться из белков и жиров. Депонируются они ограниченно и запасы их у человека невелики. Содержатся углеводы, главным образом, в растительных продуктах.

В пищевых продуктах углеводы представлены в виде простых и сложных углеводов.

К простым углеводам относятся моносахариды (гексозы — глюкоза, фруктоза, галактоза; пентозы – ксилоза, рибоза, арабиноза), дисахариды (лактоза, сахароза, мальтоза), к сложным — полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, пектины).

Простые углеводы обладают хорошей растворимостью, легко усваиваются и используются для образования гликогена.

Усвояемые углеводы являются основными поставщиками энергии для организма. Они имеют выраженный сладкий вкус. Относительная сладость их различна. В связи с тенденцией снижения калорийности пищи для регуляции массы тела, а также для больных сахарным диабетом в настоящее время используются пищевые добавки подсластители. В таблице 4 представлена сладость углеводов и заменителей сахара (за 100% принимается сахароза).

Моносахариды

Глюкоза — является наиболее распространенным моносахаридом, образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Она всасывается в кровь через 5-10 мин. после поступления в желудок.

Глюкоза — главный поставщик энергии для нейронов головного мозга, мышечных клеток (в т.ч. сердечной мышцы) и эритроцитов, которые сильнее всего страдают от недостатка глюкозы. За сутки у человека головной мозг потребляет около 100 г глюкозы, поперечно-полосатые мышцы – 35 г, эритроциты – 30 г.

Остальные ткани могут в условиях голодания использовать свободные жирные кислоты или кетоновые тела.

В сыворотке крови человека поддерживается постоянный уровень глюкозы (гликемия), натощак составляющий 3,3-5,5 ммоль/л, что обеспечивается постоянно протекающими процессами: гликогенолиз (расщепление гликогена с поступлением глюкозы в кровь) и глюконеогенез (синтез глюкозы из неуглеводных компонентов). Эти процессы регулируются гормонами поджелудочной железы (инсулин и глюкагон) и коры надпочечников (глюкокортикоиды).

Гипогликемия – пониженное содержание глюкозы в сыворотке крови.

Гипергликемия – повышенное содержание глюкозы в сыворотке крови.

Данные состояния могут развиваться как при различных метаболических заболеваниях, так и у здорового человека (реактивная гипергликемия наблюдается после приема пищи, гипогликемия – при голоде). Гипергликемия вследствие дефекта секреции или действия инсулина характерна для сахарного диабета.

Гипогликемия у здорового человека приводит к активации пищевого поведения, т.е. глюкоза участвует в регуляции аппетита, что необходимо учитывать при разработке диет, направленных на снижение веса.

В практике диетологии в конце ХХ века появилось понятие гликемический индекс (ГИ), применяемый для определения способности углеводсодержащих продуктов и блюд повышать уровень глюкозы в крови. За точку отсчета берут ГИ глюкозы равный 100. Чем выше ГИ продуктов и блюд, тем быстрее после их употребления повышается уровень гликемии. При низких значениях ГИ продуктов и блюд глюкоза в кровь поступает медленно и равномерно. На величину ГИ влияет не только вид углеводов, но и количество пищи, содержание и соотношение в ней других компонентов – жиров, пищевых волокон. Сведения о ГИ разных продуктов приведены в таблице 5.

Больше всего глюкозы содержится в меде — около 35%, много в винограде — 7,8%, в вишне, черешне, крыжовнике — арбузе, малине, черной смородине — около 4,5-5,5%, в грушах и яблоках – около 2%.

Фруктоза из всех известных натуральных сахаров обладает наибольшей сладостью, для достижения вкусового эффекта ее требуется почти в 2 раза меньше, чем глюкозы и сахарозы. Фруктоза медленнее глюкозы усваивается в кишечнике.

Большая ее часть утилизируется тканями без инсулина, в то время как другая, меньшая, превращается в глюкозу, поэтому при сахарном диабете необходимо ограничивать поступление большого количества фруктозы. Следует отметить, что продукты с высоким содержанием фруктозы могут способствовать более быстрому набору веса, чем глюкозосодержащие. Содержание фруктозы в пищевых продуктах представлено в табл.6.

Галактоза — моносахарид животного происхождения, входит в состав лактозы. Участвует в образовании гликолипидов (цереброзидов), протеогликанов. Последние входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани.

Пентозы в природе представлены главным образом в качестве структурных компонентов сложных некрахмальных полисахаридов (гемицеллюлоза, пектины), нуклеиновых кислот и других природных полимеров.

Классификация и физиологическая роль углеводов — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении… Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного… Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь… Интересное: Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски… Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является. .. Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 12Следующая ⇒ Углеводы — обширный класс органических соединений, образующихся в растениях в ходе фотосинтеза благодаря ассимиляции хлорофиллом углекислого газа воздуха под действием солнечных лучей. Углеводы пищи представлены преимущественно полисахаридами (крахмал) и в меньшей степени моно-, ди- и олигосахаридами. Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека составляет 50 — 60% от энергетической суточной потребности (от 257 до 586 г/сутки). Физиологическая потребность в углеводах — для детей до года 13 г/кг массы тела, для детей старше года от 170 до 420 г/сутки. В зависимости от участия в обмене веществ углеводы подразделяются на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым углеводам относятся — моносахариды и олигосахариды, крахмал, гликоген. При поступлении в пищеварительный тракт усвояемые углеводы расщепляются, всасываются, а затем утилизируются (в виде глюкозы) или превращаются в жир, или откладываются в виде гликогена. Накопление жира особенно выражено при избытке в диете простых сахаров и незначительном расходе энергии, связанной с малоподвижным образом жизни. К неусвояемым углеводам относятся — целлюлоза, гемицеллюлоза, инулин, пектин и др. Неусвояемые углеводы не деполимеризируются и не утилизируются человеческим организмом, но являются чрезвычайно важными для пищеварения и составляют (вместе с лигнином) так называемые «пищевые волокна». Пищевые волокна улучшают перестальтику кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов, оказывают влияние на липидный обмен, способствуют снижению токсичных веществ и выведению их из организма. Пищевые волокна в отличие от крахмала не перевариваются пищеварительными ферментами. Лигнин, слизи, смолы не являются полисахаридами, но представляют собой высокомолекулярные вещества, которые так же относят в группу пищевых волокон. Физиологическая потребность в пищевых волокнах для взрослого человека составляет 20 г/сутки, для детей — 15 — 20 г/сутки.       Углеводы   моносахариды полисахариды   гексозы пентозы олигосахариды полисахариды II порядка глюкоза арабиноза фруктоза рибоза сахароза крахмал галактоза ксилоза мальтоза клетчатка манноза лактоза гликоген целлобиоза пектиновые вещества слизи Рис. 3.1. Классификация углеводов   По строению углеводы также подразделяются на простые и сложные. Простыми (моносахариды, монозы) называют углеводы, которые не способны гидролизироваться с образованием более простых соединений. Общая структурная формула углеводов: CnH2mOm-Cn(H2O)m. Сложные углеводы (полисахариды, полиозы) — углеводы, способные гидролизироваться на более простые и подразделяются на низкомолекулярные — олигосахариды и высокомолекулярные. Моно- и олигосахариды К моносахаридам относятся глюкоза, фруктоза и галактоза. Олигосахариды — углеводы, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов. Основными представителями олигосахаридов в питании человека являются сахароза и лактоза. Потребление добавленного сахара не должно превышать 10% от калорийности суточного рациона. Полисахариды Полисахариды (высокомолекулярные соединения образуются из большого числа мономеров глюкозы и других моносахаров) подразделяются на крахмальные полисахариды (крахмал и гликоген) и неусвояемые полисахариды — пищевые волокна (клетчатка, гемицеллюлоза, пектины). Молекулы простых сахаров состоят из неразветвленных углеродных цепей с различным числом атомов углерода. В пищевых продуктах содержатся главным образом моносахара с шестью (гексозы) или пятью (пентозы) углеродными атомами. Все гексозы содержат по 6 атомов углерода, кислорода и водорода. Молекула дисахаридов состоит из двух молекул гексоз. Известно более 200 различных природных моносахаридов, однако только некоторые их них используются в питании. Из группы гексоз наиболее широко представлены в питании глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза (декстроза, виноградный сахар) С6Н12О6 — в свободном виде содержится в зеленых частях растений, в семенах, в различных фруктах и ягодах, меде, входит в состав крахмала, клетчатки, сахарозы и др. полисахаридов. Хорошо растворима в воде,. гигроскопична, сорбирует влагу при относительной влажности воздуха 85% и более. Глюкоза сбраживается дрожжами. Глюкоза — единственный углевод, который циркулирует в крови, важнейшим потребителем глюкозы является мозг. Содержание глюкозы в организме зависит от количества углеводов в рационе, ее нормальный уровень в крови составляет 80-100 мг/мл и регулируется гормоном поджелудочной железы — инсулином. Снижение содержания сахара в крови вызывает нарушение поведения, бред, потерю сознания и, в конечном счете, структурные повреждения мозга, приводящие к смерти. При недостатке глюкозы ее запасы могут компенсироваться за счет расщепления сахарозы, крахмала, других полисахаридов. Накопление глюкозы в крови до 200-400 мг/100 мл приводит к перенапряжению гормональной системы, инсулин начинает вырабатываться в недостаточном количестве, что может привести к возникновению заболевания — сахарного диабета. Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) С6Н12О6 — в свободном состоянии содержится в зеленых частях растений, нектаре цветов, семенах, меде, входит в состав сахарозы, инсулина. Растворимость в воде выше, чем у глюкозы и сахарозы, очень гигроскопична, начинает сорбировать влагу при относительной влажности воздуха 45-50%. Сбраживается дрожжами. Фруктоза — наиболее благоприятный в гигиеническом отношении углевод: для своего усвоения не требует инсулина, не является фактором увеличения концентрации сахара в крови, не вызывает кариес зубов в отличии от глюкозы и сахарозы. Сахароза — (тростниковый, свекловичный сахар) С12О22О11. Молекула сахарозы состоит из остатков Д-глюкозы и Д-фруктозы. Содержится в листьях, стеблях, семенах, плодах, клубнях растений, в наибольших количествах — в сахарной свекле и сахарном тростнике. Хорошо растворима в воде, растворы сахарозы преломляют световые лучи и показатель преломления зависит от концентрации раствора. После гидролиза сбраживается дрожжами. Негигроскопична. Сахароза выполняет только энергетическую функцию, но при этом вызывает очень быстрое увеличение содержания глюкозы в крови и препятствует транспорту холестерина. Лактоза — (молочный сахар) С12О22О11 — галактозидоглюкоза, при гидролизе образует глюкозу и галактозу. В свободном виде присутствует в молоке всех млекопитающих. Не сбраживается дрожжами, но сбраживается молочнокислыми бактериями. Лактоза способствует развитию в желудочно-кишечном тракте молочнокислых бактерий, являющихся антагонистами гнилостной и патогенной микрофлоры. Однако, у некоторых людей отсутствует или недостаточна активность фермента лактазы, гидролизирующего лактозу, поэтому они страдают непереносимостью молока. Мальтоза (солодковый сахар) состоит из двух остатков глюкозы, является основным структурным компонентом крахмала и гликогена. Моно — и дисахариды имеют сладкий вкус, за что получили название сахаров, но степень их сладости неодинакова. Относительная сладость сахаров в условных единицах: сахароза — 100, галактоза — 32, фруктоза — 173, мальтоза — 32, глюкоза — 74, лактоза — 16. Наибольшее значение для питания человека имеют дисахариды — сахароза, лактоза и мальтоза. В состав молекулы каждого из этих дисахаридов входит глюкоза, вторым сахаром может быть глюкоза, галактоза или фруктоза. Крахмал — резервный полисахарид растений состоит из амилозы и разветвленного амилопектина; накапливается в виде крахмальных зерен в клетках луковиц, клубней, корневищ, семян растений. Крахмал — основной источник углеводов для организма, в нативном состоянии не усваивается, т.к. защищен клеточной стенкой — клетчаткой, а подвергается перевариванию после термической обработки. Крахмал усваивается медленнее других углеводов, поскольку предварительно должна пройти его деполимеризация — гидролиз до глюкозы, поэтому потребление крахмала не приводит к быстрому увеличению содержания глюкозы в крови. Гликоген — разветвленный полисахарид, молекулы которого построены из остатков глюкозы, представляет собой быстро реализуемый резерв живых организмов. Еще выделяют группу «модифицированных» крахмалов, все шире используемых в пищевой промышленности. Это крахмалы, чьи свойства изменены (модифицированы) путем физических, химических или биологических воздействий. Модифицированные крахмалы используют в хлебобулочной и кондитерской промышленности, напр., для получения безбелковых продуктов для диетического питания. Клетчатка (целлюлоза) — самый распространенный в природе некрахмальный полисахарид. Клетчатка входит в состав клеточных стенок всех растений, служит опорным материалом и придает им прочность. Клетчатка не растворима в воде, но может связывать значительное количество воды (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки). Гемицеллюлозы образуют вместе с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей. Их содержание в растениях может достигать 40 %. В клеточных стенках гемицеллюлоза вместе с лигнином выполняет функции цементирующего материала. Много гемицеллюлозы в оболочках зерен, «корочках» некоторых фруктов, скорлупе семечек и орехов. Гемицеллюлозы также способны удерживать воду. Пектиновые вещества, кислые полисахариды растений, присутствующие в клеточной стенке, межклеточном веществе, клеточном соке, накапливаются в плодах и корнеплодах. В большом количестве пектины содержатся в яблоках, лимонах, сахарной свекле. В присутствии сахаров и кислот пектины способны образовывать гели, что используется в пищевой промышленности при производстве желе, мармелада и джемов. Пектиновые вещества выводят из организма многие токсичные вещества: продукты жизнедеятельности микроорганизмов, тяжелые металлы, радионуклеиды. Основная функция углеводов — обеспечение энергетических затрат организма (на углеводы приходится от 55 до 75 % калорийности пищи). Количество и состав углеводных компонентов пищи очень важны для поддержания здоровья. Средний уровень углеводов в пищевом рационе жителей промышленно развитых стран составляет около 60 %, а для населения слаборазвитых стран — достигает 80 %; при этом в слаборазвитых странах половину всех потребляемых углеводов составляют крахмалсодержащие продукты (мука, крупа, картофель). Среднестатистический здоровый человек должен потреблять в сутки от 350 до 500 г углеводов, а для людей с усиленной физической или умственной нагрузкой потребление углеводов может увеличиваться до 700 г и выше. Более половины углеводов поступает в организм с зерновыми продуктами, около четверти — с сахаром и сахаросодержащими продуктами, с овощами от 10 до 15 %, с фруктами от 5 до 10 %. В растительных продуктах содержатся как простые углеводы (сахара), так и полисахариды — крахмал, гликоген и пищевые волокна. По мере созревания во фруктах увеличивается количество простых сахаров, а содержание крахмала уменьшается. Поэтому зрелые фрукты становятся более сладкими. При попадании в организм человека переваривание и усвоение углеводов происходит с разной скоростью. Это связано с тем, что для утилизации их организмом все углеводы должны быть гидролизованы ферментами пищеварительного тракта до простых сахаров. Простые сахара — глюкоза и фруктоза усваиваются быстро и легко. Дисахариды — сахароза, лактоза, мальтоза усваиваются медленнее, т.к. предварительно должны быть гидролизованы до простых сахаров. Лактоза — наиболее важный углевод в питании новорожденных и детей младшего возраста. Для оценки пищевой ценности углеводов используется гликемический индекс. Эта расчетная величина отражает способность поступивших в организм углеводов повышать уровень глюкозы в крови. Наиболее высокий гликемический индекс характерен для чистой глюкозы и мальтозы, а также для углеводов, содержащихся в картофеле, моркови, меде, кукурузных хлопьях, пшеничном хлебе. Еще одной характеристикой углеводов является их сладость. В наибольшей мере сладкий вкус присущ фруктозе и глюкозе, сахарозе, некоторым сахароспиртам (мальтитол, маннит, сорбит). Искусственные заменители сахара (сахарин, аспартам) по «сладости» в сотни раз превосходят натуральные углеводы. Поэтому заменители сахара используют в тех случаях, когда необходимо придать продуктам сладкий вкус, не увеличивая их калорийность. Глюкоза является основным источником энергии для мышц, нервной системы и других тканей. Энергия выделяется при окислении глюкозы. Если содержание глюкозы превышает уровень, необходимый для получения нужного количества энергии, то происходит ее резервирование в виде гликогена. Запасы гликогена в мышцах и печени человека могут достигать от 300 до 400 г. Когда запасы гликогена достигают максимального уровня, из глюкозы синтезируются жиры, которые откладываются в жировых клетках. При повышении энергетических затрат гликоген снова превращается в глюкозу. Хотя среднесуточное поступление глюкозы в чистом виде в организм человека относительно невелико (от 15 до 18 г), много глюкозы поступает в связанном виде — в составе дисахаридов, крахмала. Для выполнения своих функций центральная нервная система расходует около 140 г глюкозы за сутки, эритроциты крови — 40 г, мышечная ткань расходует глюкозу также в больших количествах, в зависимости от выполняемой физической работы. При недостатке углеводов в организме появляются слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливость, потливость, дрожь в руках. Избыточное (превышающее энергетические потребности организма) потребление углеводов также приводит к нежелательным последствиям. «Лишняя» глюкоза превращается в жир, что приводит к увеличению массы тела, а также способствует разрушению зубов (кариес). Помимо исключительной роли неусвояемых пищевых волокон для процессов пищеварения, очень важна их способность выводить из организма токсические вещества. Так, одним из важнейших свойств пектиновых веществ является образование молекулами пектина комплексов с ионами тяжелых металлов и радионуклидов. Поэтому дополнительные количества пектина рекомендуется включать в рацион питания лиц, контактирующих с соединениями тяжелых металлов или находящихся в среде, загрязненной радионуклидами. Лигнины способны связывать соли желчной кислоты и другие органические вещества. Обезвреживающее (детоксицирующее) действие пищевых волокон позволяет использовать их в программах комплексной профилактики нарушений жирового обмена, атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни. Чрезмерное потребление пищевых волокон может привести к неполному перевариванию пищи, нарушению всасывания в кишечнике кальция и других биоэлементов, а также жирорастворимых витаминов. Избыток пищевых волокон в рационе сопровождается чувством дискомфорта от образования газов в кишечнике, болями в животе и диареей. Углеводы в пищевых продуктах Углеводы составляют 3/4 сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах и других фруктах. Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. Крахмал является основным энергетическим ресурсом человеческого организма. Источники крахмала- зерновые, бобовые, картофель. На долю крахмала приходится примерно 80% всех потребляемых человеком углеводов. Моносахариды и олигосахариды (в том числе сахароза) присутствуют в зерновых относительно малых количествах. Сахароза обычно поступает в человеческий организм с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое и др). Принимая во внимание то, что сахароза в значительной степени способствует росту глюкозы в крови, следует отметить, что продукты с высоким содержанием сахара (в первую очередь кондитерские изделия) являются наименее ценными из всех углеводных продуктов. В настоящее время можно считать доказанным, что необходимо увеличить в рационе пищевые волокна. Источником их являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Хлеб их цельного зерна с точки зрения содержания пищевых волокон гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов, не содержащих алейронового слоя и зародыша. В таблице 3.1 представлены углеводы зерна и продуктов его переработки.     Таблица 3.1   Углеводы зерна и продуктов его переработки   Продукт Крахмал Сахара Клетчатка и целлюлоза Всего углеводов Пшеница 52-55 2-3 8-14 60-70 Мука пшеничная 67-68 1,7-1,8 0,1-0,2 73-74 Макароны 62-69 1,7-4,6 0,1-0,2 72-75 Рис 4-10 63-64 Гречка 63-64 1-2 67-68 Кукуруза 2,5-3 6-10 67-70 Углеводы плодов представлены в основном сахарозой, глюкозой и фруктозой, а также клетчаткой и пектиновыми веществами (в черной смородине 1,1%; в сливе 0,9; в клюкве 0,7; в корках цитрусовых 20-30; в корках яблок 8-20% пектиновых веществ). В таблице 3.2 представлено содержание различных углеводов в плодах в (%)   Таблица 3.2   Углеводы плодов       Вид Сахара Пектиновые вещества Клетчатка Всего углеводов Сахароза Глюкоза Фруктоза Яблоки 3,0 3,8 8,1 1,1 0,6 11-17 Персики 6,3 5,1 4,4 0,6 1,0 17-18 Виноград 0,6-4,0 8-10 7-10 0,6 0,6 17-25 Лимоны 0,9 0,6 0,6 1,1 0,5 3-4 Земляника 0,4 2,8 3,3 1,6 1,4 9-10 Животные продукты содержат значительно меньше усваиваемых углеводов, чем растительные. Мясной и печеночный гликоген подобные по строению крахмальному амилопектину и усваиваются так же, как крахмал. УГЛЕВОДЫ ⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒ Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)… Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства… Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… 

Значение углеводов в питании человека

16.06.2011

Элементарный состав углеводов: углерод, водород и кислород, но взаимоотношения между этими элементами в жирах и углеводах значительно разнятся: жир содержит углерода 6,5%, водорода 12%, кислорода 11,5%, углеводы — соответственно 44,5%, 6,2%, 49,3%.

Углеводы разделяются на три категории: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Биологическая роль углеводов

1. Углеводы являются хорошим энергетическим материалом.
2. Они входят в состав некоторых тканей и жидкостей организма.
3. Они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров.
4. Придают пище ощущение сладкого вкуса, тонизируют центральную нервную систему.
5. Обладают биологической активностью (гепарин предотвращают свертывание крови в сосудах, шалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку).
6. Играют роль в защитных реакциях (особенно в печени) — глюкуроновая кислота соединяется с токсическими веществами, образуя сложные нетоксичные эфиры, растворимые в воде, которые затем удаляются из организма с мочой.

К простым углеводам относятся моносахариды (глюкоза, фруктоза) и дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза).

К сложным углеводам относятся полисахариды (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, клетчатка).

Биологическая роль моносахаридов
Глюкоза — структурная важнейшая единица. Она участвует в образовании гликогена, питании тканей мозга, работающих мышц и особенно сердечной. Глюкоза легко превращается в жиры в организме, особенно при ее избыточном поступлении с пищей.

Источники глюкозы — фрукты, ягоды и некоторые овощи. Пчелиный мед содержит 37%.

Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, но она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро ее покидает.

Биологическая роль дисахаридов
Сахароза в желудочно-кишечном тракте распадается на глюкозу и фруктозу. Сахароза — наиболее распространенный сахар. Источники сахарозы — сахарная свекла (14-18%), сахарный тростник (10-15%).

Сахароза обладает способностью превращаться в жир. Избыточное поступление этого углевода в рационе вызывает нарушение жирового и холестеринового обменов, оказывает отрицательно влияние на состояние и функцию кишечной микрофлоры, повышая удельный вес гнилостной микрофлоры, усиливая интенсивности гнилостных процессов в кишечнике, ведет к развитию метеоризма.

Лактоза — углевод животного происхождения. При гидролизе расщепляется на глюкозу и галактозу. Поступление лактозы в организм способствует развитию молочно-кислых бактерий, подавляющих развитие гнилостных микроорганизмов. Источник лактозы — молоко и молочные продукты.

Биологическая роль полисахаридов
Крахмал — на его долю в рационе приходится около 80%. Крахмал в организме человека является основным источником глюкозы.

Гликоген является резервным углеводом животных тканей, образуя депо углеводов в печени. Общее содержание гликогена около 500г. Если углеводы с пищей не поступают, то запасы его исчеркиваются через 12-18 часов. Обеднение печени гликогеном ведет к возникновению жировой инфильтрации, а далее к жировой дистрофии печени.

Источники гликогена — печень, мясо, рыба.

Клетчатка (целлюлоза) — образует оболочки клеток и является опорным веществом. Она стимулирует перистальтику кишечника, играет роль адсорбента стеринов, в том числе холестерина. Она препятствует обратному их всасыванию и способствует выведению их из организма. Клетчатка играет роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в уменьшении гнилостных процессов, препятствует всасыванию ядовитых веществ.

Потребность углеводов в среднем 400-500 г в сутки, что составляет по отношению к белкам и жирам 1:1:4 (для детей) и 1:1.25:25,5 (для взрослых).

Неумеренное потребление сахара способствует развитию кариеса, нарушению возбудительных и тормозных процессов ЦНС, поддерживает воспалительные процессы, способствует аллергизации организма.

Ограничение углеводов при заболеваниях:

• сахарном диабете;
• ожирении;
• аллергиях, заболеваниях кожи;
• воспалительных процессах.

Ключевые слова: Здоровье, Питание

Источник: М. Н. Мисюк, В. В. Максименко. Основы медицинских знаний: Учебно-методический комплекс для студентов специальности — ПСИХОЛОГИЯ. — Минск.: Изд-во МИУ, 2009

Материалы по теме
Рыбий жир: здоровье, красота и долголетие …
Минеральные вещества в организме человека М. Н. Мисюк, В. В. Максименко. Основы медицинских знаний: Учебно-методический комплекс для…
Значение жиров в питании человека М. Н. Мисюк, В. В. Максименко. Основы медицинских знаний: Учебно-методический комплекс для…
Асептика М. Н. Мисюк, В. В. Максименко. Основы медицинских знаний: Учебно-методический комплекс для…
Стресс и здоровье …
Отбеливание зубов в домашних условиях …
Что делать, если замучил кашель? . ..
Здоровье и пол или, Почему женщины живут дольше, чем мужчины Ильин Е. П. Пол и гендер. — СПб.: Питер, 2010. — 688 с.: ил. — (Серия «Мастера психологии…

Функции углеводов в организме – питание человека [УСТАРЕЛО]

Глава 4. Углеводы

В организме человека углеводы выполняют пять основных функций. Они производят энергию, хранят энергию, строят макромолекулы, экономят белок и помогают в метаболизме липидов.

Производство энергии

Основная роль углеводов заключается в снабжении энергией всех клеток организма. Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как эритроциты, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низким уровням глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозу для производства энергии и функций (если только не находится в условиях экстремального голодания). Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями. Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. Энергия глюкозы исходит от химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза. Клетки в нашем организме разрывают эти связи и захватывают энергию для осуществления клеточного дыхания. Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием. Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных этапах, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую химическими связями в глюкозе.

Первая стадия распада глюкозы называется гликолизом. Гликолиз, или расщепление глюкозы, представляет собой сложную серию из десяти стадий ферментативной реакции. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах фабрики энергии, называемых митохондриями. Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии. Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в форме, которую клетки могут использовать.

Рисунок 4.10 Клеточное дыхание

Клеточное дыхание — это процесс, посредством которого энергия захватывается из глюкозы.

Аккумулятор энергии

Если в организме уже достаточно энергии для поддержания своих функций, избыток глюкозы откладывается в виде гликогена (большая часть которого хранится в мышцах и печени). Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что позволяет глюкозе быстро распространяться, когда она необходима для производства клеточной энергии.

Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалориям: 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Длительное использование мышц (например, упражнения в течение более нескольких часов) может истощить энергетический запас гликогена. Помните, что это называется «ударом в стену» или «стуком» и характеризуется усталостью и снижением физической работоспособности. Наступает ослабление мышц, потому что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для преобразования глюкозы. После длительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки в качестве источника энергии. Спортсмены могут немного увеличить свой запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнования. Людям, которые не занимаются тяжелыми тренировками и решили пробежать 5-километровый забег ради удовольствия, не нужно съедать большую тарелку макарон перед забегом, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации увеличенного мышечного гликогена.

Печень, как и мышцы, может запасать энергию глюкозы в виде гликогена, но, в отличие от мышечной ткани, она жертвует своей запасенной энергией глюкозы другим тканям организма, когда уровень глюкозы в крови низкий. Приблизительно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи. Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза вырабатывается из аминокислот, полученных при разрушении белков, для поддержания метаболического гомеостаза.

Создание макромолекул

Хотя большая часть поглощаемой глюкозы используется для производства энергии, некоторое количество глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу, которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ. Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН, которая важна для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме. Если вся энергия, запасы гликогена и строительные потребности организма удовлетворены, избыток глюкозы может быть использован для образования жира. Вот почему диета со слишком высоким содержанием углеводов и калорий может привести к увеличению веса — тема, которая будет обсуждаться в ближайшее время.

Рисунок 4.11 Химическая структура дезоксирибозы

Молекула сахара дезоксирибоза используется для построения основы ДНК. Изображение предоставлено rozeta / CC BY-SA 3.0

Рисунок 4.12 Двухцепочечная ДНК

Изображение от Forluvoft / Public Domain

В ситуации, когда глюкозы недостаточно для удовлетворения потребностей организма, глюкоза синтезируется из аминокислот. Поскольку запасной молекулы аминокислот нет, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Присутствие достаточного количества глюкозы в основном избавляет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно оказывает «жиросберегающий» эффект. Это связано с тем, что увеличение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который заставляет клетки использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии. Адекватный уровень глюкозы в крови также предотвращает развитие кетоза. Кетоз – метаболическое состояние, возникающее в результате повышения уровня кетоновых тел в крови. Кетоновые тела являются альтернативным источником энергии, который клетки могут использовать при недостаточном поступлении глюкозы, например, во время голодания. Кетоновые тела имеют кислую среду, и их высокое содержание в крови может привести к тому, что она станет слишком кислой. Это редко встречается у здоровых взрослых, но может возникать у алкоголиков, людей, страдающих от недоедания, и у людей с диабетом 1 типа. Минимальное количество углеводов в рационе, необходимое для подавления кетоза у взрослых, составляет 50 граммов в день.

Углеводы имеют решающее значение для поддержания самой основной функции жизни — производства энергии. Без энергии не осуществляется ни один из других жизненных процессов. Хотя наши тела могут синтезировать глюкозу, это происходит за счет разрушения белка. Однако, как и в случае со всеми питательными веществами, углеводы следует потреблять в умеренных количествах, поскольку их слишком много или слишком мало в рационе может привести к проблемам со здоровьем.

питание человека | Важность, основные питательные вещества, группы продуктов питания и факты

Диетические рекомендации MyPlate от Министерства сельского хозяйства США

См. все средства массовой информации

Ключевые лица:

Ян Баптиста ван Гельмонт Рэй Курцвейл Джон Бойд Орр, барон Бойд-Орр из Бречина Мирнса Юлиус фон Сакс Джордж Уэллс Бидл

Связанные темы:

вегетарианство недоедание кетогенная диета пескетарианство рекомендации по питанию

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое питание человека?

Питание человека — это процесс, посредством которого вещества в пище превращаются в ткани тела и обеспечивают энергию для всего спектра физической и умственной деятельности, составляющих жизнь человека.

Какие питательные вещества необходимы для питания человека?

Белки, липиды (в основном жиры и масла), углеводы, витамины, минералы и вода являются важными питательными веществами для питания человека.

Какие продукты являются основными источниками питания человека?

Основными источниками питания человека являются злаки; крахмалистые корни; бобовые; овощи и фрукты; сахар, консервы и сиропы; мясо, рыба и яйца; молоко и молочные продукты; жиры и масла; и напитки.

Что дает мясо в питании человека?

Мясо содержит белок, который имеет высокую биологическую ценность для питания человека. Он состоит примерно из 20 процентов белка, 20 процентов жира и 60 процентов воды. Мясо также является хорошим источником ниацина, витамина B12, витамина B6 и минеральных питательных веществ железа, цинка, фосфора, калия и магния.

питание человека , процесс, посредством которого вещества пищи превращаются в ткани организма и обеспечивают энергию для всего спектра физической и умственной деятельности, составляющих жизнь человека.

Изучение питания человека носит междисциплинарный характер и включает не только физиологию, биохимию и молекулярную биологию, но и такие области, как психология и антропология, изучающие влияние взглядов, убеждений, предпочтений и культурных традиций на выбор продуктов питания. Питание человека также затрагивает экономику и политологию, поскольку мировое сообщество признает и реагирует на страдания и смерть, вызванные недоеданием. Конечной целью науки о питании является обеспечение оптимального здоровья и снижение риска хронических заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания и рак, а также предотвращение классических заболеваний, связанных с дефицитом питательных веществ, таких как квашиоркор и пеллагра.

Узнайте, какие продукты содержат белки и другие питательные вещества, необходимые человеку для поддержания здорового и сбалансированного питания.

Просмотреть все видео к этой статье. методические рекомендации. Для полного лечения проблем со здоровьем, вызванных неправильным питанием, см. болезни питания. Утилизация пищевых материалов всеми живыми существами описывается в питании, а специфические биохимические процессы — в обмене веществ.

Использование пищи организмом

Узнайте, как углеводы, белки и пища, богатая клетчаткой, составляют полноценный завтрак

Просмотреть все видео к этой статье продукты, которые он переваривает. Эта энергия используется частично для механической работы, выполняемой мышцами и в секреторных процессах, а частично для работы, необходимой для поддержания структуры и функций тела. Выполнение работы связано с производством теплоты; Потеря тепла контролируется таким образом, чтобы поддерживать температуру тела в узком диапазоне. Однако, в отличие от других двигателей, человеческое тело постоянно разрушает (катаболизирует) и создает (анаболизирует) свои составные части. Пищевые продукты поставляют питательные вещества, необходимые для производства нового материала, и обеспечивают энергию, необходимую для химических реакций.

Викторина «Британника»

Мировая кухня: правда или вымысел?

У каждой культуры есть своя история, и часто ее рассказывают через еду. Узнайте, кто что ест и почему.

Понимание концепции калорий, использования пищевой ценности на этикетке пищевых продуктов и методов ее измерения

Просмотреть все видео к этой статье

Углеводы, жиры и белки в значительной степени взаимозаменяемы как источники энергии. Как правило, энергия, обеспечиваемая пищей, измеряется в килокалориях или калориях. Одна килокалория равна 1000 грамм-калориям (или малым калориям), единице измерения тепловой энергии. Однако в просторечии килокалории называются «калориями». Другими словами, диета на 2000 калорий фактически содержит 2000 килокалорий потенциальной энергии. Одна килокалория — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры одного килограмма воды с 14,5 до 15,5 °C при давлении в одну атмосферу. Другой широко используемой единицей энергии является джоуль, который измеряет энергию с точки зрения механической работы. Один джоуль — это энергия, затрачиваемая на перемещение одного килограмма на расстояние в один метр под действием силы в один ньютон. Относительно более высокие уровни энергии в питании человека, скорее всего, измеряются в килоджоулях (1 килоджоуль = 10 ³ джоулей) или мегаджоулей (1 мегаджоуль = 10 ⁶ джоулей). Одна килокалория эквивалентна 4,184 кДж.

Энергия, присутствующая в пище, может быть определена непосредственно путем измерения выхода тепла при сгорании (окислении) пищи в бомбовом калориметре. Однако человеческий организм не так эффективен, как калориметр, и часть потенциальной энергии теряется в процессе пищеварения и обмена веществ. Скорректированные физиологические значения теплоты сгорания трех питательных веществ, дающих энергию, округленные до целых чисел, следующие: углеводы, 4 килокалории (17 килоджоулей) на грамм; белок, 4 килокалории (17 килоджоулей) на грамм; и толстый, 9килокалорий (38 килоджоулей) на грамм. Алкоголь напитка (этиловый спирт) также дает энергию — 7 килокалорий (29 килоджоулей) на грамм — хотя это не является существенным в диете. Витамины, минералы, вода и другие компоненты пищи не имеют энергетической ценности, хотя многие из них участвуют в энерговыделяющих процессах в организме.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Энергию, обеспечиваемую хорошо переваренной пищей, можно оценить, если известно количество в граммах энергосодержащих веществ (неволокнистых углеводов, жиров, белков и алкоголя) в этой пище. Например, ломтик белого хлеба, содержащий 12 граммов углеводов, 2 грамма белков и 1 грамм жира, дает 67 килокалорий (280 килоджоулей) энергии. Таблицы состава продуктов ( см. таблицу ) и этикетки продуктов питания содержат полезные данные для оценки потребления энергии и питательных веществ в рамках индивидуального рациона. Большинство пищевых продуктов содержат смесь питательных веществ, обеспечивающих энергию, наряду с витаминами, минералами, водой и другими веществами. Двумя заметными исключениями являются столовый сахар и растительное масло, которые представляют собой практически чистые углеводы (сахароза) и жиры соответственно.

Энергетическая ценность и содержание питательных веществ в некоторых распространенных продуктах питания

еда	энергия (ккал)	углевод (г)	белок (г)	жир (г)	вода (г)
Источник: Жан А.Т. Пеннингтон, Боуз и Черч, пищевая ценность обычно используемых порций, 17-е изд. (1998).
цельнозерновой хлеб (1 ломтик, 28 г)	69	12,9	2,7	1,2	10,6
белый хлеб (1 ломтик, 25 г)	67	12,4	2. 0	0,9	9.2
белый рис, короткозерный, обогащенный, приготовленный (1 чашка, 186 г)	242	53,4	4.4	0,4	127,5
обезжиренное молоко (2%) (8 жидких унций, 244 г)	121	11,7	8.1	4.7	17,7
сливочное масло (1 ч.л., 5 г)	36	0	0	4.1	0,8
сыр чеддер (1 унция, 28 г)	114	0,4	7. 1	9.4	10.4
нежирный говяжий фарш, обжаренный, средний (3,5 унции, 100 г)	272	0	24,7	18,5	55,7
тунец, светлый, консервированный в масле, без жидкости (3 унции, 85 г)	168	0	24,8	7,0	50,9
картофель, отварной, без кожуры (1 средний, 135 г)	117	27,2	2,5	0,1	103,9
зеленый горошек, замороженный, вареный (1/2 стакана, 80 г)	62	11,4	4. 1	0,2	63,6
капуста, красная, сырая (1/2 стакана нашинкованной, 35 г)	9	2.1	0,5	0,1	32,0
апельсин, пупок, сырой (1 плод, 131 г)	60	15.2	1,3	0,1	113,7
яблоко, сырое, с кожицей (1 средний, 138 г)	81	21,0	0,3	0,5	115,8
белый сахар, гранулированный (1 ч. л., 4 г)	15	4.0	0	0	0

В большинстве стран мира белок обеспечивает от 8 до 16 процентов энергии в рационе, хотя пропорции жиров и углеводов сильно различаются у разных групп населения. В более благополучных сообществах от 12 до 15 процентов энергии обычно получают из белков, от 30 до 40 процентов из жиров и от 50 до 60 процентов из углеводов. С другой стороны, во многих более бедных сельскохозяйственных обществах, где зерновые составляют большую часть рациона, углеводы обеспечивают еще больший процент энергии, а белки и жиры — меньше. Человеческое тело замечательно адаптируется и может выживать и даже процветать при самых разных диетах. Однако различные режимы питания связаны с особыми последствиями для здоровья (9).0093 см. алиментарная болезнь).

Почему людям не нужны пищевые углеводы для хорошего самочувствия

Моментальный снимок

При обсуждении ограничения углеводов два ошибочных аргумента, связанных с энергетическими потребностями мозга и устойчивостью кетогенной диеты, часто выдвигаются против использования колодца. — формулировка кетогенной диеты в практической терапевтической медицине:

1. Человеческий мозг сжигает 600 ккал в день, что соответствует потребности в 150 г глюкозы в день для удовлетворения его энергетических потребностей, и
2. Никто не может долго следовать кетогенной диете.

В рецензируемой медицинской литературе за последние 5 десятилетий эти аргументы против безопасности и устойчивости пищевого кетоза снова и снова доказывались ложными, последний раз — с двухлетними результатами нашего исследования здоровья Университета Индианы¹.

Мы рассмотрели необходимые компоненты хорошо сформулированной кетогенной диеты, которой большинство людей могут следовать годами, если их правильно информировать и поддерживать. Конкретная тема, которую мы хотим затронуть здесь, заключается в том, как мозг и тело могут функционировать так же хорошо или даже лучше при диете с небольшим количеством углеводов или без них по сравнению с обычно пропагандируемой «здоровой диетой» с низким содержанием жиров и высоким содержанием углеводов. 0005

Опубликованные научные данные показали, что кетоны, которые производятся либо из пищевых жиров, либо из триглицеридов, хранящихся в запасах жировой ткани, являются отличным топливом для мозга. Кроме того, теперь мы знаем, что эти кетоны, вырабатываемые печенью, также оказывают множественное благотворное влияние на сердце, почки и другие органы, что, по-видимому, приводит к увеличению продолжительности жизни²,³,⁴. Кроме того, новое исследование показало, что скелетные мышцы, даже у профессиональных спортсменов, не зависят исключительно от высокого потребления углеводов с пищей для пополнения запасов гликогена и производительности⁵.

Однако еще 5 лет назад мы изо всех сил пытались понять механизм(ы) этих дополнительных полезных эффектов. Теперь мы знаем, почему эта давно обесцененная физиология может играть доминирующую роль в нашем здоровье и благополучии. В дополнение к тому факту, что кетоны являются более чистым топливом (то есть производят меньше свободных радикалов), чем глюкоза, когда используются мозгом и другими органами, первичный бета-гидроксибутират кетона может также функционировать как сигнал для активации генов, которые регулируют наша защита от окислительного стресса и воспаления³.

То, как организм переключает свой основной источник энергии с углеводов на жиры и кетоны, совсем не просто. Этот процесс, который мы назвали «кето-адаптацией», начинается в течение нескольких дней, но для его полного развития требуется значительный период времени. И даже после его завершения результатом не является абсолютное исключение глюкозы из запасов топлива в организме. Скорее, потребность в глюкозе и ее использование резко сокращаются, в то же время пути, которые утилизируют продукты частично метаболизированной глюкозы (например, пируват и лактат) для повторного использования в топливо и другие полезные промежуточные продукты метаболизма, становятся более тонкими. Результатом является поддержание нормального уровня глюкозы в крови и уровня мышечного гликогена, который можно поддерживать без необходимости потребления углеводов с пищей.

Физиологическая роль углеводов

Вера в то, что мозг и центральная нервная система нуждаются в углеводах для правильного функционирования, часто подтверждается круговой логикой, согласно которой мозг использует глюкозу, поэтому ему нужна глюкоза, и он нуждается в ней, потому что использует ее. Недостаток этого аргумента в том, что мозгу на самом деле не нужна глюкоза. На самом деле он довольно хорошо работает на кетонах. Другими словами, предполагаемая потребность мозга в глюкозе — это условная потребность, основанная на источниках топлива, продиктованных выбором диеты. Диета с подавлением кетонов (т. е. любая диета, обеспечивающая более 30% энергии за счет комбинированного потребления углеводов и белков) по существу заставляет мозг полагаться на глюкозу в качестве топлива.

Это правда, что некоторым клеткам тела требуется глюкоза. Например, эритроциты, части почек и эпителиальные клетки, покрывающие хрусталик глаза, в основном являются гликолитическими, поскольку в них отсутствуют митохондрии, и поэтому их функционирование зависит от глюкозы. Это также частично верно для быстросокращающихся мышечных волокон (в которых меньше митохондрий, чем в медленносокращающихся мышцах), которые используются для высокоинтенсивных упражнений, таких как поднятие тяжестей и бег на короткие дистанции. Но во всех этих случаях, когда глюкоза расщепляется до лактата, у организма есть выбор: клетки с митохондриями могут дополнительно окислять лактат до CO2 и воды, или организм может перерабатывать этот лактат обратно в глюкозу.

Доказательства того, что мозг может функционировать на кетонах

Простейшим экспериментом, который демонстрирует способность мозга функционировать на кетонах, является наблюдение, что люди могут переносить полное голодание с нормальной умственной функцией в течение 30-60 дней. Интересно, что во время длительного голодания мышечная масса и другие важные структуры тела постепенно теряют массу и функции. Однако мозг полностью защищен от голодного катаболизма, который истощает остальную часть тела. Элегантно проведенные исследования, в которых измерялись уровни глюкозы и кетонов в артериальной крови, поступающей в мозг, по сравнению с этими видами топлива в яремной вене, выходящей из мозга, показали, что кетоны на самом деле способны обеспечивать большую часть энергии мозга. Но поскольку даже продолжительное голодание не снижает уровень глюкозы в крови ниже «нижнего нормального» диапазона, эти наблюдения не доказывают, что для кето-адаптированного мозга существует не маленькая, а значительная потребность в глюкозе.

Этот вопрос был задан непосредственно много десятилетий назад, когда две известные исследовательские группы предприняли аналогичные эксперименты для оценки психических функций у адаптированных к голоданию пациентов, у которых уровень глюкозы в крови был снижен до очень низкого уровня путем инфузии инсулина⁶,⁷.

‍ [Хотя мы делимся этим как ценной опубликованной информацией, мы также должны отметить, что, хотя эти эксперименты считались приемлемыми в то время, сегодня они не прошли этическую проверку из-за риска для пациентов по сравнению с преимуществами накопленные знания.]

‍ Оба исследования включали пациентов с тяжелым ожирением, которые находились на полном голодании под непрерывным стационарным наблюдением в течение от 30 до 60 дней. В исследовании Drenick et al. 9 участникам с BOHB (бета-гидроксибутиратом) в крови в диапазоне 7–8 мМ вводили один болюс инсулина, достаточный для временного снижения уровня глюкозы в крови до среднего значения 36 мг/дл (с у некоторых пациентов значения достигают 9 мг/дл). Несмотря на вызывание глубокой гипогликемии до уровня, обычно связанного с комой или смертью, ни у одного из этих пациентов не было симптомов, связанных с гипогликемией. Более того, показатели уровня катехоламинов в моче, свидетельствующие о контррегуляторной стрессовой реакции организма на гипогликемию, не были повышены, несмотря на кратковременные, но очень низкие значения уровня глюкозы в крови.

В другом исследовании, опубликованном Кэхиллом и Аоки⁷, 3 мужчинам с ожирением, адаптированным к длительному голоданию, вводили инсулин медленной постоянной инфузией в течение 24 часов. В этом случае уровень глюкозы в крови постепенно снижался, но в конечном итоге достиг среднего значения 25 мг/дл, в то время как BOHB в крови оставался в диапазоне 4–6 мМ. При таком способе введения инсулина значения глюкозы в крови ниже 36 мг/дл поддерживались в течение 10–12 часов, но у пациентов снова не было клинических признаков гипогликемии или контррегуляторного гормонального ответа.

То, что продемонстрировали эти два драматических (но рискованных) исследования, является явным доказательством нормальной работы мозга при фактическом отсутствии глюкозы, когда доступно достаточное количество кетонов. Это дает нам уникальную возможность увидеть, что при потреблении богатой углеводами пищи преобладающим источником топлива для мозга является глюкоза; не потому, что это необходимо, а потому, что другой естественный и высокоэффективный источник энергии мозга был отключен. Но в условиях постоянного пищевого кетоза мозг адаптируется к присутствию кетонов, усиливая их поглощение и окисление, тем самым защищая когнитивную функцию и функцию ЦНС⁶.

Следует отметить, что эти исследования, демонстрирующие мощную нейропротекцию кетонами в условиях глубокой гипогликемии, включали небольшие группы пациентов с кетонами крови в диапазоне 4–8 мМ, тогда как значения пищевого кетоза, как правило, ниже, т. е. Диапазон 1–4 мМ. У нас нет результатов подобных исследований на людях с целенаправленно индуцированной гипогликемией, а современные этические стандарты соответствующим образом запрещают такие исследования. Однако при лечении многих пациентов с диабетом 2 типа, принимающих гипогликемические препараты, мы наблюдали много случаев умеренной гипогликемии без ожидаемых симптомов, когда значения BOHB в крови находились в диапазоне пищевого кетоза. Также следует отметить тот факт, что мозг предпочитает кетоны глюкозе, о чем свидетельствует предпочтительное поглощение кетонов даже при повышенном уровне глюкозы⁸. Это также, кажется, имеет место в сердце.

Основы кето-адаптации — сохранение и спасение глюкозы

Важно помнить, что если человек не потребляет диетические углеводы, это не означает, что в организме полностью отсутствует глюкоза. Будь то полное голодание в течение нескольких недель⁶,⁷ или соблюдение кетогенной диеты, состоящей только из мяса и жиров, в течение месяца⁹,¹⁰, показатели глюкозы в крови остаются в пределах нормы как в состоянии покоя, так и во время упражнений. Это происходит потому, что организм вполне способен синтезировать всю необходимую ему глюкозу из различных глюконеогенных предшественников, в то же время строго ограничивая скорость окисления углеводов. Существует как минимум пять источников этих предшественников глюкозы:

1. расщепление мышц с целью получения аминокислот для глюконеогенеза;
2. расщепление пищевого белка для получения аминокислот для глюконеогенеза,
3. глицерин, высвобождаемый в результате гидролиза триглицеридов жировой ткани или пищевых триглицеридов;
4. рециклинг лактата и пирувата из гликолиза; и
5. ацетон, образующийся в результате самопроизвольного распада ацетоацетата до ацетона, который можно использовать для глюконеогенеза.

Этот последний источник немного удивителен, так как на самом деле это небольшой, но важный путь производства глюкозы из жирных кислот¹¹. Условия и количества, обеспечиваемые этими различными источниками глюконеогенеза, показаны в следующей таблице.

Эта таблица ясно демонстрирует, что во время полного голодания или кетогенной диеты без продуктов, содержащих углеводы, новые или переработанные глюконеогенные субстраты обеспечивают образование где-то 100–200 г глюкозы в день. Добавьте к этому до 50 г углеводов в день как часть хорошо составленной кетогенной диеты, и станет ясно, почему питательный кетоз хорошо переносится в различных сложных условиях.

Обязательная вторая половина этого балансирующего уравнения — это способность организма строго ограничивать чистое использование глюкозы в качестве окислительного топлива. Степень этого сохранения можно оценить по данным непрямой калориметрии кето-адаптированных взрослых в состоянии покоя и во время упражнений на выносливость. Как у нетренированных, так и у хорошо тренированных людей этот показатель общего использования топлива телом показывает, что примерно 90% энергии тела обеспечивается жиром или кетонами, полученными из жира⁵,⁹,¹⁰.

Уроки спортсменов с низким содержанием углеводов

Возможно, наиболее сложной задачей для тех, кто придерживается кетогенной диеты, является способность поддерживать запасы глюкозы/гликогена при длительных высокоинтенсивных упражнениях. На протяжении большей части прошлого века общепринятой парадигмой было то, что исходный мышечный гликоген положительно коррелирует со способностью поддерживать выносливость во время упражнений средней и высокой интенсивности¹²,¹³. Однако, учитывая, что даже с «оптимизированным» мышечным гликогеном, полученным с помощью стратегии диеты с загрузкой углеводами, пиковое общее содержание гликогена в организме спортсмена на выносливость составляет всего около 2000 ккал. Попытка одновременно научить мышцы использовать больше жира и уменьшить свою зависимость от гликогена, чтобы увеличить производительность, создает своего рода метаболический оксюморон. Это связано с тем, что очень высокие уровни инсулина, вызванные нагрузкой углеводами, фактически подавляют высвобождение и окисление жировых жирных кислот.

Для дальнейшего изучения этого вопроса и оценки пределов окисления жира у человека во время физических упражнений группа исследователей из Нидерландов обследовала 300 взрослых, изучив их максимальное окисление жиров во время упражнений¹⁴. Они сообщили, что максимальная скорость окисления жира для лучшего индивидуального сжигателя жира в этой группе (в которую входили несколько хорошо тренированных спортсменов) составила 0,99 грамма жира в минуту. Однако задолго до этого один из нас сообщил, что велогонщики, прошедшие кето-адаптацию всего за 4 недели, смогли сжечь жир со скоростью 1,5 грамма жира в минуту¹⁰. Основываясь на биопсии мышц до и после, сделанной в этом исследовании, после кето-адаптации эти велогонщики смогли выполнить тот же объем работы, используя всего одну четверть количества мышечного гликогена. Это было первое исследование, которое четко отделило мышечный гликоген от выносливости у кето-адаптированных спортсменов.

Однако наилучшая демонстрация этого отключения была недавно опубликована группой Джеффа Волека⁵. Мы набрали 20 соревнующихся ультрамарафонцев, 10 из которых придерживались традиционной диеты с высоким содержанием углеводов, а остальные 10 придерживались кетогенной диеты не менее 6 месяцев (средняя продолжительность диеты 22 месяца). Группа кетогенной диеты сообщила, что среднее ежедневное потребление углеводов составляет 64 грамма, а среднее значение BOHB в сыворотке натощак составило 0,6 мМ.

После базового тестирования этих бегунов попросили пробежать 3 часа в гоночном темпе на беговой дорожке — по сути, марафон в помещении. Удивительно, но обе группы имели одинаковые уровни мышечного гликогена перед бегом, и обе они мобилизовали одинаковое количество (около 80%) своего гликогена в течение 3 часов на беговой дорожке. Но косвенные калориметрические испытания (измерение потребления O2 и производства CO2) показали, что почти 90% чистого потребления энергии бегуном на кетогенной диете приходится на жир. Этот результат является четким указанием на то, что мобилизация гликогена не приравнивается к окислению углеводов в кето-адаптированном состоянии. Скорее, запасы гликогена могут быть оптимизированы и доступны для анаэробной (также известной как гликолитическая) мышечной функции, а затем количественно переработаны обратно в глюкозу печенью. Еще более поразительный пример способности поддерживать нормальный уровень мышечного гликогена при потреблении очень небольшого количества углеводов во время повторяющихся дней изнурительных упражнений был зарегистрирован у тренированных ездовых собак¹⁵,¹⁶.

Почему некоторые эксперты до сих пор утверждают, что нам нужны диетические углеводы

В дополнение к часто приводимым, но ошибочным аргументам в пользу диетических углеводов, которые мы рассмотрели выше, т.е. что мозг и некоторые другие ткани являются обязательными сжигателями углеводов и что углеводы необходимы для упражнений — есть ряд других причин, которые часто используются в поддержку идеи о том, что нам нужно потреблять углеводы выше уровня, который способствует пищевому кетозу.

Фиаско с жидкой белковой диетой. С публикацией книги «Диета последнего шанса» в 1976, глубоко ошибочная диета с явным дефицитом электролитов и минералов была пропагандирована среди общественности, в результате чего в CDC было зарегистрировано более 60 случаев внезапной смерти в следующие несколько лет. Вместо того, чтобы определить истинную основную причину, эксперты пришли к выводу, что кетоны токсичны для сердца¹⁷,¹⁸. Несмотря на то, что мы опубликовали несколько тщательных исследований, демонстрирующих превосходное поддержание сердечного ритма и функции при поступлении адекватных электролитов и минералов во время пищевого кетоза⁵,⁹,¹⁰,¹⁹, этот ошибочный вывод остается общепринятым многими практикующими врачами и учеными по сей день. Несмотря на это, нет абсолютно никаких научных оснований для утверждения, что диетические углеводы необходимы для предотвращения накопления вредных уровней кетонов (также известных как «токсичные побочные продукты метаболизма жиров»).

Миф об усталости надпочечников. Как в общем клиническом опыте, так и в некоторых опубликованных исследованиях считается, что плохо сформулированные низкоуглеводные диеты вызывают головную боль, усталость, непереносимость физических упражнений (иначе «кето-грипп») и адренергическое истощение (20). Это исследование ДеХейвена — Йельское исследование Турции — обсуждалось в нашем предыдущем посте в блоге. Короче говоря, они назначали женщинам с ожирением диету, состоящую только из белка, в течение 4–6 недель, содержащую строго ограниченное количество натрия и калия. В результате нарушение белкового обмена и глубокая гипотензия были вызваны явным дефицитом электролитов, а не пищевым кетозом, как утверждают авторы. Эти и другие результаты, полученные в случаях, когда субъекты не получали адекватного восполнения электролитов, были использованы для изображения физиологического стресса, который может быть вызван кетогенной диетой, несмотря на многочисленные исследования, указывающие на отсутствие повышенного ответа на катехоламины у кето-адаптированных субъектов⁶,⁷.

Дисфункция щитовидной железы, вторичная по отношению к алиментарному кетозу. В контексте общего наблюдения за нарушением энергии и толерантности к физическим нагрузкам, когда пищевой кетоз сочетается с неадекватным потреблением электролитов, заманчиво обвинить в этом нарушение функции щитовидной железы. Однако этот общий вывод не выдерживает фундаментальной научной проверки. Да, уровень активного гормона щитовидной железы Т3 обычно падает на 30–40% в первые несколько недель правильно составленной кетогенной диеты, но это не сопровождается какими-либо признаками или симптомами клинического гипотиреоза. Как обсуждалось в нашем предыдущем сообщении в блоге «Нужны ли вашей щитовидной железе диетические углеводы?», это изменение связано с заметным снижением резистентности к гормонам щитовидной железы (аналогично одновременному улучшению резистентности к инсулину) во время пищевого кетоза. Следовательно, это здоровая реакция, а не признак эндокринной дисфункции.

Кетогенная диета нарушает режим сна. Многие люди сообщают, что они меньше спят в состоянии пищевого кетоза. Недавно мы обратились к этому вопросу в исследовании наших пациентов в рамках исследования здоровья Университета Индианы. Мы обнаружили, что общее качество сна, нарушения сна и параметры дневной дисфункции значительно улучшились. Кроме того, доля пациентов, сообщивших о плохом сне, значительно уменьшилась через 1 год²¹. Частичным объяснением механизма этих преимуществ может быть то, что реакция дыхания мозга на накопление CO2 улучшается во время пищевого кетоза²².

Нам нужно больше пищевых волокон, чем это возможно на кетогенной диете. В дополнение к укреплению здоровья толстой кишки в настоящее время имеются убедительные доказательства того, что короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), полученные в результате ферментации клетчатки в толстой кишке, также улучшают здоровье мозга. И это действительно правда, что сочетание очень высокого потребления клетчатки и адекватного ограничения углеводов для поддержания пищевого кетоза трудно достичь без использования добавок из очищенной клетчатки. Но в нашем блоге о клетчатке мы отмечаем, что производство бета-гидроксибутирата может обеспечить мозг во много раз большим количеством короткоцепочечных жирных кислот, чем диета с очень высоким содержанием клетчатки в сочетании с оптимизированным микробиомом. Таким образом, умеренного уровня клетчатки, которого можно достичь с помощью правильно составленной кетогенной диеты из настоящей пищи, должно быть более чем достаточно для поддержания здоровья органов во всем теле.

Выводы

Потребность в пищевых углеводах часто вызывает недопонимание и дезинформацию. Хотя некоторые специфические ткани в организме имеют определенные потребности в глюкозе, эти потребности легко удовлетворяются за счет глюконеогенных источников в организме без необходимости потребления углеводов с пищей. Есть также люди, которые заявляют о поведенческой «потребности» в хлебе, но это вскоре проходит после нескольких недель кето-адаптации. Усталость, стресс, нарушение когнитивных функций и снижение работоспособности, которые часто используются в качестве аргументов в пользу потребности в углеводах, более точно объясняются неправильным соблюдением хорошо сформулированной кетогенной диеты, неадекватным восполнением электролитов и/или недостаточным временем для кето-адаптации. При правильном использовании кетогенная диета может быть безопасным и устойчивым терапевтическим инструментом, а также средством, способствующим хорошему самочувствию и повышению работоспособности.