Углеводы. Виды углеводов. Гликемический индекс

Основная функция углеводов  обеспечение энергией всех процессов в организме. Действительно, при окислении 1 грамма углеводов организм получает 4,1 ккал энергии. Клетки способны получать из углеводов энергию, как при их окислении кислородом, так и в анаэробных условиях (без доступа кислорода). Боль в мышцах после тяжелой работы  результат действия на клетки молочной кислоты, которая образуется при анаэробном распаде углеводов, когда для обеспечения работы мышечных клеток не хватает кислорода, поступающего с кровью.

Общую схему анаэробного негидролитического расщепления углеводов  гликолиза  можно представить следующим образом:

С

молочная кислота

Углеводы также способны стимулировать окисление промежуточных продуктов метаболизма жирных кислот. Они являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот, являются предшественниками образования жиров, иммуно-глобулинов, играющих важную роль в системе иммунитета, и гликопротеидов  комплексов углеводов и белков, которые являются важнейшими компонентами клеточных оболочек. Гиалуроновые кислоты и другие мукополисахариды образуют защитную прослойку между всеми клетками, из которых состоит организм.

В отличие от растений, способных получать углеводы в процессе фотосинтеза, животные организмы синтезировать углеводы не способны и получают их только с растительной пищей. Резкое ограничение углеводов в диете ведет к значительным нарушениям метаболизма. Особенно страдает при этом белковый обмен. При достаточном поступлении углеводов с пищей белки используются, главным образом, для пластического обмена, а не для производства энергии. При дефиците углеводов белки используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций. Это приводит к повышенному образованию азотистых веществ и, как следствие, к повышенной нагрузке на почки, нарушениям солевого обмена и другим, вредным для здоровья, последствиям. Таким образом, углеводы необходимы для рационального использования белков.

При дефиците углеводов в пище организм использует для получения энергии не только белки, но и жиры. При усиленном распаде жиров могут возникнуть нарушения обменных процессов, связанные с ускоренным образованием кетонов (к этому классу веществ относится известный всем ацетон) и накоплением их в организме. Избыточное образование кетонов при усиленном окислении жиров и частично белков может привести к «закислению» внутренней среды организма и отравлению тканей мозга вплоть до развития ацидотической комы с потерей сознания.

Основным средством депонирования (накопления) углеводов в растениях является крахмал. У животных в этом качестве выступает гликоген.

Некоторые представители углеводов

Глюкоза  самый важный простой углевод.

Из всех моносахаридов наиболее важным является глюкоза, так как она является структурной единицей для построения молекул большинства ди- и полисахаридов, поступающих в организм с пищей. Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.

Полисахариды в процессе движения по желудочно-кишечному тракту (ЖКТ) расщепляются до моносахаридов и всасываются в кровь в тонком кишечнике. С кровью воротной вены большая часть глюкозы (около половины) из кишечника поступает в печень, остальная глюкоза через общий кровоток транспортируется в другие ткани. Концентрация глюкозы в крови в норме поддерживается на постоянном уровне и составляет 3,33-5,55 мкмоль/л, что соответствует 80-100 мг в 100 мл крови. Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы  инсулином. В клетке в ходе многостадийных химических реакций глюкоза превращаются в другие вещества, которые в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды, при этом выделяется энергия, используемая организмом для обеспечения жизнедеятельности. При снижении уровня глюкозы в крови или ее высокой концентрации (и невозможности использования в полном объеме), как это происходит при диабете, наступает сонливость, а в некоторых случаях  потеря сознания (гипогликемическая кома ).

Без присутствия инсулина глюкоза не поступает в клетки и не может быть использована в качестве топлива. В этом случае ее роль выполняют жиры (это характерно для людей с сахарным диабетом). Скорость поступления глюкозы в ткани мозга и печени не зависит от инсулина и определяется только концентрацией ее в крови. Эти ткани называются инсулинонезависимыми .

Фруктоза  вкусный углевод.

Является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное топливо  глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать уровень сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7  сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.

Галактоза  молочный углевод.

В продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой  лактозу (молочный сахар)  основной углевод молока и молочных продуктов.

Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращает-ся в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание  галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.

Сахароза  «пустой» углевод.

Содержание сахарозы в сахаре составляет 95%. Сахар быстро расщепляется в ЖКТ, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар  это чистый углевод, он не содержит других питательных веществ, таких как, например, витамины, минеральные соли. При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза  солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебо-булочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.

Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Таким образом, количество поступающе-го сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм.

Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы.

Крахмал  распространенный углевод.

Основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов. Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70%  в рисовой. Много крахмала содержится и в бобовых продуктах  от 40% в чечевице до 44% в горохе. По причине высокого содержания крахмала в картофеле (15-18%) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моно- и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.

Основное отличие крахмала от других полисахаридов состоит с том, что расщепление крахмала начинается уже в полости рта при участии слюны, которая частично расщепляет гликозидные связи, образуя менее крупные, чем крахмал молекулы  декстрины. Затем процесс переваривания крахмала происходит постепенно на протяжении всего ЖКТ.

Гликоген  углевод прозапас.

Молекула гликогена содержит до 1 млн. остатков глюкозы, следовательно, на синтез расходуется значительное количество энергии. Необходимость превращения глюкозы в гликоген связана с тем, что накопление значительного количества глюкозы в клетке привело бы к повышению осмотического давления, так как глюкоза хорошо растворимое вещество. Напротив, гликоген содержится в клетке в виде гранул и малорастворим. Распад гликогена  гликогенолиз  происходит в период между приемами пищи. Таким образом, гликоген  удобная форма накопления углеводов, имеющая активно разветвленную структуру, что позволяет быстро и эффектив-но расщеплять гликоген на глюкозу и оперативно использовать как источник энергии.

Гликоген запасается, главным образом, в печени (до 6% от массы печени) и в мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы углеводов в организме нормального взрослого человека (массой 70 кг) после приема пищи составляют около 327 г.

Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы, используемой в энергети-ческих процессах в самой мышце. Гликоген печени используется для поддержания физиологических концентраций глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Через 12-18 ч после приема пищи запас гликогена в печени почти полностью истощается. Содержание мышечного гликогена заметно снижается только после продолжительной и напряженной физической работы.

Пищевые волокна  комплексный углевод.

Это комплекс углеводов: клетчатки (целлюлозы), гемицеллюлозы, пектинов, камедей (гумми), слизи, а также не являющегося углеводом лигнина. Таким образом, пищевые волокна  это большая группа веществ различной химической природы, источником которых служат растительные продукты. Пищевых волокон много в отрубях, непросеянной муке и хлебе из нее, крупах с оболочками, бобовых, орехах. Меньше пищевых волокон в большинстве овощей, фруктов и ягод и особенно в хлебе из муки тонкого помола, макаронах, в очищенных от оболочек крупах (рис, манная крупа и др.)

Углеводы альдозы , а кетонную – кетозы

Функции углеводов в организме.

Основные функции углеводов в организме:

1. Энергетическая функция. Углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60 % энергозатрат. Для деятельности мозга, почек, крови практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 17,15 кДж/моль или 4,1 ккал/моль энергии.

2. Пластическая или структурная функция . Углеводы и их производные обнаруживаются во всех клетках организма. В растениях клетчатка служит основным опорным материалом, в организме человека кости и хрящи содержан сложные углеводы. Гетерополисахариды, например, гиалуроновая кислота, входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки. Участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов (рибоза, дезоксирибоза) и др.

3. Защитная функция . Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.) они защищают внутренние стенки половых органов ЖКТ, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов. В ответ на антигены в организме синтезируются иммунные тела, которые являются гликопротеидами. Гепарин предохраняет кровь от свертывания (входит в противосвертывающую систему) и выполняет антилипидемическую функцию.

4. Регуляторная функция. Пища человека содержит большое количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики. Глюкоза в крови участвует в регуляции осмотического давления и поддержании гомеостаза.

5. Специфические функции. Некоторые углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, обеспечении специфичности групп крови и т.д.

Классификация углеводов.

Углеводы классифицируют по величине молекул на 3 группы:

1. Моносахариды – содержат 1 молекулу углевода (альдозы или кетозы).

· Триозы (глицериновый альдегид, диоксиацетон).

· Тетрозы (эритроза).

· Пентозы (рибоза и дезоксирибоза).

· Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).

2. Олигосахариды - содержат 2-10 моносахаридов.

· Дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза).

· Трисахариды и т.д.

3. Полисахариды - содержат более 10 моносахаридов.

· Гомополисахариды – содержат одинаковые моносахариды (крахмал, клетчатка, целлюлоза состоят только из глюкозы).

· Гетерополисахариды- содержат моносахариды разного вида, их пароизводные и неуглеводные компоненты (гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты).

Схема № 1. Классификация углеводов.

Углеводы

Моносахариды Олигосахариды Полисахариды

1. Триозы 1. Дисахариды 1. Гомополисахариды

2. Тетрозы 2. Трисахариды 2. Гетерополисахариды

3. Пентозы 3. Тетрасахариды

4. Гексозы

Свойства углеводов.

1. Углеводы – твердые кристаллические белые вещества, практические все сладкие на вкус.

2. Почти все углеводы хорошо растворимы в воде, при этом образуются истинные растворы. Растворимость углеводов зависит от массы (чем больше масса, тем менее растворимо вещество, например, сахароза и крахмал) и строения (чем разветвленнее структура углевода, тем хуже растворимость в воде, например крахмал и клетчатка).

3. Моносахариды могут находится в двух стереоизомерных формах : L–форма (leavus – левый) и D- форма (dexter – правый). Эти формы обладают одинаковыми химическими свойствами, но отличаются, расположением гидроксидных групп относительно оси молекулы и оптической активностью, т.е. вращают на определенный угол плоскость поляризованного света, который проходит через их раствор. Причем плоскость поляризованного света вращается на одну величину, но в противоположных направлении. Рассмотрим образование стереоизомеров на примере глицеринового альдегида:

СНО СНО

НО -С-Н Н-С-ОН

СН2ОН СН2ОН

L – форма D – форма

При получении моносахаридов в лабораторных условиях, стереоизомеры образуются в соотношении 1:1, в организме синтез происходит под действием ферментов, которые строго отличают L – форму и D – форму. Поскольку синтезу и распаду в организме подвергаются исключительно D-сахара, в эволюции постепенно исчезли L-стереоизомеры (на этом основано определение сахаров в биологических жидкостях с помощью поляриметра).

4. Моносахариды в водных растворах могут взаимопревращаться, такое свойство называют муторатацией.

НО-СН2 О=С-Н

С О НО-С-Н

Н Н Н Н-С-ОН

С С НО-С-Н

НО ОН Н ОН НО-С-Н

С С СН2-ОН

НО-СН2

Н Н ОН

НО ОН Н Н

Бетта-форма.

В водных растворах мономеры, состоящие из 5 и более атомов, могут находится в циклической (кольцевой) альфа- или бетта-формах и незамкнутой (открытой) формах, причем их соотношение 1:1. Олиго- и полисахариды состоят из мономеров в циклической форме. В циклической форме углеводы устойчивы и молоактивны, а в открытой обладают высокой реакционной способностью.

5. Моносахариды могут восстанавливаться до спиртов.

6. В открытой форме могут взаимодействовать с белками, липидами, нуклеотидами без участия ферментов. Эти реакции получили название - гликирования. В клинике применяют исследование уровня гликозилированного гемоглобина или фруктозамина для постановки диагноза сахарный диабет.

7. Моносахариды могут образовывать эфиры. Наибольшее значение имеет свойство углеводов образовывать эфиры с фосфорной кислотой, т.к. чтобы включиться в обмен углевод должен стать фосфорным эфиром, например, глюкоза перед окислением превращается в глюкозо-1-фосфат или глюкозо-6-фосфат.

8. Альдолазы обладают способностью восстанавливать в щелочной среде металлы из их окислов в закиси или в свободное состояние. Это свойство используют в лабораторной практике для обнаружения альдолоз (глюкозы) в биологических жидкостях. Чаще всего используют реакцию Троммера при которой альдолоза восстанавливает окись меди в закись, а сама окисляется в глюконовую кислоту (окисляется 1 атом углерода).

CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

Голубой цвет

C5H11COH + 2Cu(OH)2 C5H11COOH + H2O + 2CuOH

Кирпично-красный цвет

9. Моносахариды могут окисляться до кислот не только в реакции Троммера. Например, при окислении 6 углеродного атома глюкозы в организме образуется глюкуроновая кислота, которая соединяется с ядовитыми и плохо растворимыми веществами, обезвреживает их и переводит в растворимые, в таком виде эти вещества выводятся из организма с мочой.

10.Моносахариды могут соединяться между собой и образовывать полимеры. Связь, которая при этом возникает называется гликозидной , она образуется за счет ОН-группы первого углеродного атома одного моносахарида и ОН-группой четвертого (1,4-гликозидная связь) или шестого углеродного атома (1,6-гликозидная связь) другого моносахарида. Кроме этого могут образовываться альфа-гликозидная связь (между двумя альфа-формами углевода) или бетта-гликозидная связь (между альфа- и бетта- формами углевода).

11.Олиго- и полисахариды могут подвергаться гидролизу с образованием мономеров. Реакция идет по месту гликозидной связи, причем этот процесс ускоряется в кислой среде. Ферменты в организме человека могут различать альфа- и беттагликозидные связи, поэтому крахмал (имеет альфагликозидные связи) переваривается в кишечнике, а клетчатка (имеет беттагликозидные связи) нет.

12.Моно- и олигосахариды могут подвергаться брожению: спиртовому, молочнокислому, лимоннокислому, маслянокислому.

Общая характеристика углеводов.

Углеводы – органические соединения, которые являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов. Углеводы, содержащие альдегидную группу, называются альдозы , а кетонную – кетозы . Большинство из них (но не все!например, рамноза С6Н12О5) соответствуют общей формуле Сn(Н2О)m, отчего и получили свое историческое название - углеводы. Но есть ряд веществ, например, уксусная кислота С2Н4О2 или СН3СООН, которые хоть и соответствует общей формуле, но не относится к углеводам. В настоящее время принято другое название, которое наиболее верно отражает свойства углеводов – глюциды (сладкий), но историческое название так прочно вошло в жизнь, что им продолжают пользоваться. Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70-80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы тела, однако и здесь их роль не менее важна. Доля их участия в общем энергетическом балансе оказывается весьма значительной, превышающей почти в полтора раза долю белков и липидов вместе взятых. В организме углеводы способны откладываться в виде гликогена в печени и расходоваться по мере необходимости.

Про углеводы часто вспоминают с содроганием, считая, что они являются причиной лишнего веса и различных заболеваний. Если не злоупотреблять ими, ничего подобного не случится. Наоборот, роль углеводов в организме человека заключается в том, чтобы обеспечить его необходимой подзарядкой. Человек, не получающий их в достаточном количестве, выглядит болезненно и устало.

Что собой представляют углеводы для человека?

Углеводами принято называть соединения, образованные атомами углерода, кислорода и водорода. К ним относят крахмалосодержащие и сахаристые вещества. Каждый из них выполняет свою функцию. Ведь в их молекулах присутствуют разные элементы. Принято также классифицировать углеводы как:

• простые, к которым относятся моносахариды и дисахариды;
• сложные, в составе которых присутствуют полисахариды.

В первую группу входят:

• глюкоза;
• фруктоза;
• галактоза;
• лактоза;
• сахароза;
• мальтоза.

Их сладкий вкус в продуктах невозможно не заметить. Они стремительно растворяются в воде. Человеку эти вещества способны быстро дать энергию, т. к. усваиваются легко.

Во второй группе находятся крахмал, клетчатка, гликоген и пектин.

Функция в организме людей

Поступая в организм человека в основном из растительной пищи, углеводы не только позволяют высвободить из неё энергию. Их значение огромно! Существуют и другие немаловажные функции, которые выполняют углеводы организме человека:

• Очистка желудочно-кишечного тракта. Не все вещества, входящие в продукты питания, полезны для организма человека. Благодаря клетчатке и другим углеводам, происходит самоочищение. В противном случае наступала бы интоксикация индивида.
• Глюкоза позволяет питать ткани головного мозга, сердечной мышцы, участвует в образовании ключевого для работы печени компонента – гликогена.
• Повышение иммунитета и защита организма. Гепарин предотвращает чрезмерную свёртываемость крови, а полисахариды способны наполнить кишечник необходимыми активными веществами для борьбы с инфекциями.
• Строительство тела человека. Без углеводов невозможно появление некоторых видов клеток в организме. Синтез нуклеиновых кислот и клеточной мембраны является ярким примером.
• Регуляция обменных процессов. Углеводы способны ускорять или замедлять окисление.
• Помощь в расщеплении и усвоении белков и жиров, поступающих с пищей. Отметим, что учитывают сочетаемость различных видов углеводов с белками и жирами, чтобы их расщеплять было проще.

Чтобы углеводы помогали, а не вредили организму человека, необходимо употреблять их в ограниченном количестве.

Заболевания, вызванные переизбытком углеводов

Основная проблема, которую может получить человек при злоупотреблении углеводами, – нарушение обмена веществ. Он запускает уже другие нежелательные последствия, в частности:

• уменьшение скорости расщепления питательных веществ;
• нарушение гормонального фона;
• повышение уровня отложения жиров за счёт перехода углеводов в жировые молекулы;
• развитие или прогрессирование сахарного диабета, т. к. истощаются клетки поджелудочной железы, вырабатывающей инсулин.

Повышение уровня глюкозы в составе крови запускает ряд негативных изменений. В частности, увеличивается вероятность склеивания тромбоцитов, что приводит к образованию тромбов. Сами сосуды становятся хрупкими, что обостряет проблемы с сердцем и повышает риск инсульта или инфаркта.

В ротовой полости глюкоза и фруктоза в сочетании с кислотами способны создавать среду для развития патогенной микрофлоры. В итоге разрушается эмаль зубов, развивается кариес, а цвет становится непривлекательным.

Сколько нужно употреблять углеводов?

Для того чтобы сбалансировать собственное питание, рекомендуется придерживаться следующих норм потребления углеводов:

• детям до одного года необходимо давать по 13 г углеводов на 1 кг веса;
• для взрослого человека до 30 лет, не испытывающего сильных физических нагрузок, нужно 300–350 г в сутки этих веществ;
• после 30 лет норма снижается на 50 г;
• для женщин все нормы должны быть на 30–50 г меньше;
• для занимающихся спортом и ведущих активный образ жизни людей допускается превышение нормы на 40–50 г в сутки.

Пищевых волокон или клетчатки должно быть не менее 20 г, чтобы самоочищение кишечника работало хорошо.

Следует помнить, что существует вероятность аллергической реакции на . Поэтому нужно перед включением их в рацион малыша исключить возможность индивидуальной непереносимости. Делать это лучше в утренние часы.

Богатые углеводами продукты не следует употреблять в вечернее время, когда замедляются обменные процессы в организме. К тому же энергия, которую они позволят выделить, останется невостребованной. Это не касается людей, работающих в ночное время или по сменам. Для них нужно составлять индивидуальный режим питания.

Полезно знать, что для некоторых сладких продуктов имеет значение не только объём сахаров в 100 г продукта, но и количество влаги. Вода легко выводится из организма, оставляя в работе моносахариды. Если её в продукте много, то может оказаться, что глюкозы и других сахаров человек получает больше, чем нужно.

Одно яблоко, съеденное в течение дня, которое якобы способно обеспечить нужным количеством клетчатки, не поможет организму. Необходимо до 5 несладких фруктов, чтобы достичь нормального уровня суточного потребления.

Нельзя выбирать только крахмалосодержащие углеводы или моносахара. Для того чтобы обеспечить организм всем необходимым, баланс между ними должен быть примерно 1:1,5 в пользу первых (каш, хлеба и т. д.).

Если не запивать водой или жидкостью продукты, в которых много подобных элементов, то риск их превращения в жиры в случае превышения нормы потребления снижается. Поэтому пить лучше через час после еды.

Свежевыжатые соки стоит употреблять в разбавленном виде, чтобы не давать нагрузку на внутренние системы и одновременно уменьшить калорийность продукта.

Вывод прост: если к употреблению углеводов подойти грамотно, их употребление принесёт организму только пользу!

Углеводы - органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Роль углеводов для организма определяется их энергетической функцией. Углеводы (в виде глюкозы) служат непосредственным источником энергии почти для всех клеток организма. В организме содержание углеводов составляет около 2% сухой массы. Особенно велика роль углеводов для клеток головного мозга. Глюкоза обеспечивает энергетическую базу мозговой ткани, она необходима для дыхания мозга, для синтеза макроэргических соединений и медиаторов, без которых не может функционировать нервная система. Велика также роль глюкозы для мышечной ткани, особенно в период активной мышечной деятельности, поскольку мышцы в конечном итоге функционируют благодаря анаэробному и аэробному распаду углеводов.

Углеводы выполняют в организме роль резервного энергетического вещества, легко мобилизуемого в соответствии с потребностями организма. Таким резервным углеводом является гликоген. Его присутствие помогает организму сохранить постоянство углеводного питания тканей даже при условии длительных перерывов в поступлении пищи. Углеводы играют важную пластическую роль, входя в состав цитоплазмы и субклеточных образований: костей, хрящей и соединительной ткани. Являясь обязательной составной частью биологических жидкостей организма, углеводы играют немалую роль в процессе осмоса. Наконец, они входят в сложные соединения, выполняющие в организме специфические функции (нуклеиновые кислоты, мукополисахариды и др.), необходимые для обезжиривания химических веществ в печени и для иммунологической защиты организма.

Основная часть углеводов (около 70%), поступающих с пищей, окисляется до СО 2 и Н 2 О, покрывая тем самым значительную часть энергетических потребностей организма. Около 25-28% вводимой с пищей глюкозы превращается в жир и только 2 из 5% пищевой глюкозы синтезирует гликоген - резервный углевод организма.

При уменьшении уровня сахара в крови (гипогликемия) наблюдается падение температуры тела и мышечная слабость.

Основные этапы обмена углеводов . Углеводный обмен - процесс усвоения (синтеза, распада и выведения) клетками и тканями организма углеводов и углеводсодержащих веществ. Обмен углеводов состоит из следующих фаз: 1) переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте; 2) всасывание моносахаридов в кровь; 3) межуточный обмен углеводов; 4) ультрафильтрация и обратное всасывание глюкозы в почках.

Переваривание углеводов . Расщепление полисахаридов пищи начинается в полости рта, под действием фермента слюны - амилазы. Действие этого фермента слюны продолжается и в желудке до тех пор, пока под влиянием кислого желудочного сока не произойдет инактивация фермента. Дальнейшее расщепление углеводов продолжается в 12-перстной кишке под действием ферментов поджелудочной железы и собственно кишечных ферментов. Углеводы расщепляются до стадии глюкозы - ферментом мальтазой. Этот же фермент расщепляет дисахарид сахарозу до глюкозы и фруктозы. Принятая с пищей лактоза под действием фермента лактазы расщепляется до глюкозы и галактозы. Таким образом, в результате ферментативных процессов углеводы пищи превращаются в моносахариды: глюкозу, фруктозу и галактозу.

Всасывание углеводов . Моносахариды всасываются, главным образом, в тонком кишечнике через ворсинки слизистой оболочки и поступают в кровь воротной вены. Скорость всасывания моносахаридов различна. Если принять скорость всасывания за 100, то соответственная величина для галактозы будет 110, для фруктозы - 43. Всасывание глюкозы и галактозы происходит в результате активного транспорта, то есть с затратой энергии и при участии специальных транспортных систем. Активность всасывания этих моносахаридов усиливается транспортом Nа + через мембраны эпителия.

Всасывание глюкозы активируется гормонами коры надпочечников, тироксином, инсулином, а также серотонином и ацетилхоллином. Адреналин наоборот подавляет всасывание глюкозы из кишечника.

Межуточный обмен углеводов . Всосавшиеся через слизистую оболочку тонкого кишечника моносахариды переносятся током крови в головной мозг, печень, к мышцам и другим тканям, где они претерпевают различные превращения (рис. 23).

Рис. 23. Превращение углеводов в обмене веществ (по: Андреева и др., 1998)

1. В печени из глюкозы синтезируется гликоген, и этот процесс называется гликогенезом. В случае необходимости гликоген вновь распадается до глюкозы, то есть происходит гликогенолиз. Образовавшаяся глюкоза выделяется печенью в общий ток кровообращения.

2. Часть поступившей в печень глюкозы может подвергнуться окислению с выделением энергии, необходимой организму.

3. Глюкоза может стать источником синтеза неуглеводов, в частности белков и жиров.

4. Глюкоза может быть использована для синтеза некоторых веществ, необходимых для особых функций организма. Так, из глюкозы образуется глюкуроновая кислота - продукт, необходимый для осуществления обезвреживающей функции печени.

5. В печени может происходить новообразование углеводов из продуктов распада жиров и белков - глюконеогезе.

Глюкогенез и глюконеогенез взаимосвязаны и направлены на поддержание постоянства уровня сахара в крови. Печень человека выделяет в кровь в среднем 3,5 мг глюкозы на 1 кг массы в минуту или 116 мг на 1 м 2 поверхности тела. Способность печени регулировать процессы углеводного обмена и поддерживать уровень сахара в крови называется гомеостатической функцией, в основе которой лежит способность печеночной клетки изменять свою активность в зависимости от концентрации сахара в притекающей крови.

В углеводном обмене большой удельный вес занимает мышечная ткань. Мышцы, особенно в активном состоянии захватывают из крови большое количество глюкозы. В мышцах так же, как и в печени, синтезируется гликоген. Распад гликогена - один из источников энергетики мышечного сокращения. Мышечный гликоген расщепляется до молочной кислоты и этот процесс называется гликолизом . Затем часть молочной кислоты поступает в кровь и поглощается печенью для синтеза гликогена.

Головной мозг содержит очень большие запасы углеводов, поэтому для полноценной функции нервных клеток необходим постоянный приток в них глюкозы. Мозг поглощает около 69% глюкозы, выделяемой печенью (Држевецкая , 1994). Поступившая в мозг глюкоза преимущественно окисляется, а небольшая часть ее превращается в молочную кислоту. Энергетические расходы мозга почти исключительно покрываются за счет углеводов, и это отличает мозг от всех других органов.

Ультрафильтрация и реабсорбция глюкозы . На первом этапе процесса мочеобразования, то есть во время ультрафильтрации в клубочковом аппарате, глюкоза переходит из крови в первичную мочу. В процессе дальнейшей реабсорбции в канальцевой части нефрона глюкоза вновь возвращается в кровь. Обратное всасывание глюкозы представляет собой активный процесс, происходящий с участием ферментов эпителия почечных канальцев.

Таким образом, почки участвуют в поддержании постоянства сахара во внутренней среде организма.

Возрастные особенности углеводного обмена . У плода на единицу массы тела ткани получают меньше кислорода, чем после рождения, что обусловливает преобладание анаэробного пути распада углеводов над аэробным. Поэтому в крови плода уровень молочной кислоты выше, чем у взрослых людей. Оказанная особенность сохраняется и в период новорожденности, и только к концу первого месяца у ребенка существенно увеличивается активность ферментов аэробного распада углеводов. Для новорожденного характерна гипогликемия (всего 2,2-2,5 моль/л, то есть вдвое меньше, чем у взрослых), поскольку во время родов резко истощаются запасы гликогена в печени - единственного источника глюкозы в крови.

Углеводы в организме ребенка являются не только основным источником энергии, но в виде глюкопротеидов и мукополисахаридов играют важную пластическую роль при создании основного вещества соединительной ткани клеточных мембран (Рачев и др., 1962).

Для детей характерна большая интенсивность углеводного обмена.
В детском организме ослаблено образование углеводов из белков и жиров (гликогенолиз), так как рост требует усиленного расхода белковых и жировых запасов организма. Углеводы в детском организме откладываются в мышцах, печени и других органах в незначительном количестве. В грудном возрасте на 1 кг веса ребенок должен получать 10-12 г углеводов, за счет которых покрывается около 40% всей энергетической потребности. В последующие годы количество углеводов колеблется от 8-9 до 12-15 г на 1 кг веса, причем за их счет покрывается уже до 50-60% всей калорийной потребности.

Суточное количество углеводов, которое дети должны получать с пищей, значительно увеличивается с возрастом: от 1 года 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, что почти равно норме взрослого (по данным института питания РАМН).

Высокая потребность в углеводах у растущего ребенка отчасти объясняется тем обстоятельством, что рост тесно связан с процессами гликолиза, ферментативным распадом углеводов, сопровождающихся образованием молочной кислоты. Чем моложе ребенок, тем быстрее происходит его рост и больше интенсивность гликолетических процессов. Так, в среднем у ребенка на 1-м году жизни гликолитические процессы на 35% интенсивнее, чем у взрослых.

Представление об особенностях углеводного обмена у детей дает пищеварительная гипергликемия. Максимальный уровень сахара в крови большей частью отличается уже через 30 минут после приема пищи. Через 1 час кривая сахара начинает снижаться, и приблизительно через 2 часа уровень сахара в крови возвращается к исходному уровню или даже незначительно снижается.

Особенностью организма детей и подростков является менее совершенный углеводный обмен в смысле возможности быстрой мобилизации внутренних углеводных ресурсов организма и особенно поддержания углеводного обмена при выполнении физической нагрузки. При сильном утомлении во время продолжительных спортивных соревнований прием нескольких кусочков сахара улучшает состояние организма.

У детей и подростков при выполнении различных физических упражнений наблюдалось как правило, снижение сахара в крови, в то же время, как у взрослых, выполнение тех же гимнастических упражнений сопровождалось в среднем повышением уровня сахара в крови (Яковлев , 1962).

Обмен жиров и липидов. Общие сидения.
Значение жиров и липидов

Жиры - химические соединения, представляющие собой триглицириды, полные сложные эфиры глицерина и жирных кислот. Большая часть жиров в организме находится в жировой ткани в виде жировых капелек - это запасный жир, он является источником энергии в организме. Меньшая часть жира входит в состав клеточных структур и связана с углеводами и белками клеточных мембран.

Общее количество жира в организме составляет 10-20% массы тела, при ожирении может достигать даже 50%.

Количество запасного жира зависит от характера питания, количества пищи, конституциональных особенностей, а также от величины расхода энергии при мышечной деятельности, пола, возраста; количество же протоплазматического жира является устойчивым и постоянным.

Покрывая тело, жир является биологической терморегулирующей системой, способствующей сохранению тепла в организме, а также, обволакивая сосуды и нервы, жир предохраняет их от травматических воздействий внешней среды. Отложенный в жировых депо жир мобилизуется организмом при охлаждении и при голодании и используется как источник энергии.

С жиром доставляются растворенные в нем витамины А, D, Е, К, являющиеся важным фактором роста и развития ребенка. Жиры облегчают усвоение этих витаминов. Без жира невозможна устойчивость организма к воздействиям факторов внешней среды. Он нужен для выработки специфического и неспецифического иммунитета. Наконец, часть жира из жировых депо может поступать в кровь и ею доставляться в печень, где жировые отложения превращаются в гликоген.

Липиды - жироподобные вещества, разнообразного химического строения, характеризующиеся растворимостью в органических веществах (эфир, спирт, бензол) и, как правило, нерастворимые в воде. Липиды выполняют важные функции: 1) входят в состав биологических мембран, 2) образуют энергетический запас, 3) создают защитные и термоизоляционные покровы у животных и человека, 4) выполняют гормональные функции, 5) влияют на клеточную проницаемость, 6) участвуют в передаче нервного импульса и в мышечном сокращении, 7) участвуют в создании межклеточных контактов и в иммунохимических реакциях. Комплексы липидов с белками (липопротеины) выполняют важную транспортную роль в сыворотке крови человека и животных. К липидам относятся высшие жирные кислоты, триглицериды, холестерин, лецитины, витамин D, кортикостероиды, половые гормоны и др.

Этапы жирового обмена . Обмен жиров - процесс усвоения (синтеза, распада, выведения) клетками и тканями организма нейтральных жиров и липидов (в первую очередь жирных кислот). Основными этапами жирового обмена являются: 1) переваривание липидов пищи в желудочно-кишечном тракте; 2) всасывание липидов в кишечнике; 3) образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника и в печени; 4) транспорт липопротеидов кровью; 5) гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран ферментом - липопротеидлипазой; 6) всасывание жирных кислот и глицерина в клетки, где они либо непосредственно мобилизуются, либо используются для синтеза липидов.

Пищевой жир, поступающий в организм под действием фермантов (липазы), превращается из сложных липидов в более простые формы - глицерин и жирные кислоты, которые могут всасываться в тонком кишечнике. Под влиянием желчных кислот здесь происходит эмульгирование жира до образования частиц величиной около 500 нм. Около 25-45% эмульгированного жира под воздействием липазы поджелудочного, а затем кишечного соков расщепляется до моноглицеридов и жирных кислот. Эти соединения с помощью желчных кислот проникают в клетки кишечного эпителия при помощи механизма активного транспорта. Там осуществляется ресинтез триглециридов. Кроме того, в эпителиоцитах мельчайшие капельки нейтрального жира и сложных липидов покрываются оболочкой из белка, фосфолипидов и холестерина. В результате образуются хломикроны (рис. 24). В таком виде жир попадает в лимфатическую систему и через грудной проток в кровь верхней полой вены. Меньшая часть триглициридов проникает в кровь воротной вены, а затем в печень. В целом в лимфу всасывается около 80% жира, а в кровь всего около 20%.

Транспорт жира и переход его из крови в ткани . В крови триглицириды циркулируют в хиломикронах. Первый орган, через который должны пройти хиломикроны, - легкие. При большой концентрации их в крови, что бывает после приема жирной пищи, часть их задерживается в легком.

Таким образом, легкие регулируют поступление жира в артериальную кровь (Лейтес , 1967).

Хиломикроны, попавшие в артериальную кровь подвергаются гидролизу под влиянием липазы, которая вырабатывается эндотелием сосудов. Её называют липопротеиновой липазой. В процессе гидролиза триглицериды хиломикронов расщепляются с образованием высших свободных, то есть неэтерифицицированных жирных кислот (НЭЖК).

НЭЖК адсорбируются на белках плазмы (альбумин и ά- липопротеин) и таким образом транспортируются в периферические ткани. Там они очень быстро окисляются: период их полураспада равен всего 2 мин, и они доставляют примерно 50% энергии от общего количества основного обмена. Часть НЭЖК поступает в подкожную жировую ткань, где они ресинтезируются в собственные жиры организма.

Натощак в крови человека содержится около 2,2 ммоль триглицеридов. После приема жирной пищи концентрация жира в крови увеличивается, то есть наступает в крови пищевая гипергликемия. Гипергликемия начинает появляться через 2-4-6 ч, к концу 9-го часа уровень жира в крови возвращается к норме.

Межуточный обмен жира. Процессы межуточного обмена нейтральных жиров происходит в жировой ткани, печени, клетках различных органов, однако большое значение в жировом обмене играет печень (рис. 24).

В жировой ткани нейтральный жир депонируется в виде триглециридов. По мере повышения энергетических потребностей происходит распад триглицеридов с освобождением неэтерифицированных жирных кислот. Этот процесс называется мобилизацией жира. Жирные кислоты поступают в кровь и переносятся в печень. В печени они либо ресинтезируются в триглицериды, либо включаются в состав молекулярных комплексов - липопротеидов, состоящих из белка и липидов. В составе липопротеидов жирные кислоты поступают к органам и тканям.

Желудочно-кишечный тракт Печень Мышца

Рис. 24. Метаболизм жира в организме (по: Алимова и др., 1975).

Синтез триглициридов называется липогенезом , распад их - липолизом. Процесс липогенеза в жировых депо можно сравнить с образованием гликогена в печени: и в том, и другом случае откладывается запас энергетического материала. Липолиз и освобождение неэтерифицированных жирных кислот по своей биологической значимости эквивалентны распаду печеночного гликогена и образованию свободной глюкозы крови: в обоих случаях высвобождается биохимический субстрат, легко утилизируемый для покрытия энергетических расходов организма.

В результате межуточного обмена жиров в печени образуются кетоновые (ацетоновые) тела, которые поступают из печени в кровь и окисляются в цикле Кребса в других тканях (мышцах, легких, печени).

Кетоновые тела используются как источник энергии. Они быстро окисляются в клетках различных тканей, поэтому содержание их в крови невелико - всего 0,9-1,7 ммоль/л. Для полного окисления кетоновых тел в цикле Кребса (через стадии ацетоацетилкоэнзима А) необходимо нормальное течение углеводного обмена. При нарушении межуточных процессов жирового обмена отмечается увеличение уровня кетоновых тел в крови и выделение их с мочой. Это состояние называется кетозом. Наиболее частая причина кетоза - недостаток углеводов. Так, кетоз наступает при истощающей мышечной работе, голодании, сахарном диабете.

Конечными продуктами обмена жиров являются углекислый газ и вода.