Углеводы

Углеводы — органические соединения, имеющие в своем составе функциональные группы двух типов: альдегидную (Н-С=О) или кетонную (-С=О) и спиртовую (-ОН). Углеводы являются полиатомными альдегидо- или кетоспиртами, их подразделяют на моно-, олиго- и полисахариды.

Моносахариды (простые углеводы) — наиболее простые представители углеводов, не расщепляющиеся при гидролизе. В зависимости от числа углеродных атомов в молекулах моносахариды подразделяют на триозы, тетрозы, пентозы и гексозы. Для человека наиболее важны гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза и др.). Олигосахариды более сложные соединения, построенные из нескольких (2-10) остатков моносахаридов. Их подразделяют на дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее важны для человека дисахариды — сахароза, мальтоза и лактоза. Полисахариды — высокомолекулярные соединения-полимеры, образованные из большого числа мономеров, в качестве которых выступают остатки моносахаридов. Они классифицируются как перевариваемые (крахмал и гликоген) и неперевариваемые (целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые) вещества. Олиго- и полисахариды объединяют термином «сложные углеводы». Моно- и дисахариды обладают сладким вкусом, поэтому их называют также сахарами. Полисахариды сладким вкусом не обладают. Сладость сахаров различна. Если сладость раствора сахарозы принять за 100%, то сладость эквимолярных растворов других сахаров составит: фруктозы 173%, глюкозы — 81%, мальтозы и галактозы — 32% и лактозы — 16%.

Моно- и олигосахариды, полисахариды. Гексозы представляют собой пятиатомные спирты, причем глюкоза и галактоза являются альдегидоспиртами, а фруктоза — кетоспиртом. Биологическая роль отдельных гексоз различна.

Глюкоза служит структурной единицей, из которой построены все полисахариды — гликоген, крахмал и целлюлоза (клетчатка), входит в состав дисахаридов — сахарозы, лактозы, мальтозы. Она быстро всасывается в ЖКТ и поступает в кровь, а затем в клетки, где вовлекается в процессы биологического окисления с образованием значительных количеств АТФ. Глюкоза — наиболее легко утилизируемый источник энергии, особенно это важно для ЦНС. Глюкоза служит непосредственным предшественником гликогена — запасного углевода. В то же время она легко превращается в организме человека в ТГ, особенно при избыточном ее поступлении с пищей.

Фруктоза — менее распространенный углевод, чем глюкоза. Она наряду с глюкозой входит в состав сахарозы, участвует в построении некоторых видов гемицеллюлоз. Фруктоза, как и глюкоза, служит быстро утилизируемым источником энергии и еще быстрее превращается в ТГ. Часть фруктозы в печени преобразуется в глюкозу. Ферменты, участвующие в превращениях фруктозы, не требуют для проявления своей активности инсулина. Этим обстоятельством и более медленным всасыванием фруктозы в кишечнике объясняют лучшую переносимость фруктозы больными СД.

Галактоза входит в состав лактозы и гемицеллюлоз. В организме человека большая часть галактозы превращается в печени в глюкозу. Наследственный дефицит или нарушение работы ферментов, участвующих в этом превращении, ведет к развитию тяжелого наследственного заболевания — галактоземии. Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается и поступает в организм в составе дисахарида — лактозы (содержащейся в молоке и молочных продуктах), а также неперевариваемых полисахаридов - гемицеллюлоз; фруктоза поступает в организм в составе сахарозы и гемицеллюлоз, а глюкоза — в составе ряда полисахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза) и дисахаридов (сахароза, лактоза, мальтоза). Глюкоза и фруктоза находятся во многих продуктах в свободном виде (мед, кондитерские изделия, овощи, фрукты и ягоды).

Пентозы являются необходимыми компонентами нуклеиновых кислот, коферментов (НАД, Н АД Ф, ФАД, КоА), АТФ и других нуклеозиддифосфатов и нуклеозидтрифосфатов. В свободном виде в пищевых продуктах они не встречаются и поступают в организм человека в составе нуклеопротеидов (мясные и рыбные блюда).

Биологическая роль и важнейшие пищевые источники дисахаридов

Наибольшее значение в питании человека имеет сахароза (тростниковый сахар), которая в значительном количестве поступает в организм с пищей. После расщепления в кишечнике до глюкозы и фруктозы быстро всасывается из ЖКТ в кровь и служит легко утилизируемым источником энергии, предшественником гликогена и ТГ. Наряду с сахаром, представляющим собой практически чистую (на 99,5%) сахарозу, ей наиболее богаты продукты и блюда, изготовляемые с добавлением сахара (кондитерские изделия, компоты, кисели, варенье, джемы, сырковая масса, мороженое, сладкие фруктовые напитки и др.), а также некоторые фрукты и овощи (табл. 3.18). Мед содержит лишь 1-2% сахарозы. Ее содержание в винограде и ягодах очень низко.

Лактоза (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным пищевым продуктом. Лактоза расщепляется в ЖКТ под влиянием лактазы до глюкозы и галактозы. Недостаточность этого фермента лежит в основе непереносимости молока.

Мальтоза (солодовый сахар) — промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в ЖКТ под влиянием амилазы (фермента поджелудочной железы). Затем она расщепляется мальтазой кишечного сока до 2 молекул глюкозы. В свободном виде в пищевых продуктах мальтоза встречается в меде, солоде, пиве, патоке (мальтозной) и продуктах с ее добавлением (хлебобулочные, кондитерские изделия).

Биологическая роль и пищевые источники перевариваемых полисахаридов

К перевариваемым полисахаридам относят полимеры глюкозы — крахмал и гликоген. Крахмал является важнейшим запасным углеводом растений, а гликоген — резервным углеводом животных тканей.

Гликоген играет важную роль в регуляции уровня сахара в крови. Избыток углеводов пищи превращается в гликоген, откладывающийся в тканях и образующий депо углеводов, из которого при необходимости организм мобилизует глюкозу. Человек получает с пищей не более 10-15 г гликогена в сутки; источниками его служат печень, мясо и рыба. Общее содержание гликогена в организме невелико и составляет около 500 г, из которых 1/3 локализовано в печени, а остальные 2/3 — в скелетных мышцах. Если углеводы с пищей не поступают, то запасы гликогена полностью иссякают через 12-18 ч, вследствие этого резко усиливаются процессы окисления ЖК, запасы которых намного превышают запасы углеводов, и процессы глюконеогенеза, направленные прежде всего на обеспечение глюкозой жизненно важного органа - головного мозга. Обеднение печени гликогеном ведет к жировой инфильтрации, а затем и жировой дистрофии печени.

В состав крахмала входят амилоза и амилопектин. В человеческом организме он отсутствует, однако является основным углеводом рациона. Источником крахмала служат растительные продукты, прежде всего злаковые и продукты их переработки (табл. 3.19). Наибольшее количество крахмала находится в хлебе. Содержание крахмала в картофеле относительно невелико, но, поскольку потребление этого продукта весьма значительно, он наряду с хлебом и хлебобулочными изделиями является важнейшим пищевым источником крахмала.

Таблица 3.19. Содержание крахмала в основных пищевых продуктах (из расчета на 100 г съедобной части продукта)¹

Биологическая роль и пищевые источники неперевариваемых полисахаридов

Целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлозы и пектиновые вещества широко распространены в растительных тканях, входят в состав клеточных оболочек и выполняют опорную функцию.

Целлюлоза, так же как крахмал и гликоген, является полимером глюкозы. Однако крахмал легко расщепляется в кишечнике, тогда как целлюлоза резистентна к действию амилазы поджелудочной железы. Целлюлоза принадлежит к числу чрезвычайно распространенных в природе соединений. На ее долю приходится до 50% углерода всех органических соединений биосферы.

Гемицеллюлозы содержат разнообразные пентозы (ксилоза, арабиноза и др.) и гексозы (фруктоза, галактоза и др.).

Пектины — желирующие вещества, представители которых — пектин и протопектин. Пектин представляет собой полигалактуроновую кислоту, в которой часть карбоксильных групп эстерифицирована с остатками метилового спирта. Чем выше степень его метилирования, тем выше желирующие свойства. Способность пектина в присутствии органических кислот и сахара образовывать желе (студень) используют в кондитерской промышленности при производстве джемов, повидла, зефира, пастилы, мармелада и пр.

Протопектины - нерастворимые комплексы пектина с целлюлозой, гемицеллюлозами, ионами металлов. При созревании фруктов и овощей, а также их тепловой обработке эти комплексы разрушаются с образованием свободного пектина, с чем связано происходящее при этом размягчение фруктов и овощей.

Несмотря на то что все рассмотренные полисахариды не перевариваются в ЖКТ человека («балластные вещества», «растительные, или пищевые, волокна — ПВ») и не могут, следовательно, служить источником энергии и пластического материала, их значение в питании человека весьма существенно. ПБ играют первостепенную роль в формировании каловых масс, что определяет их роль в стимуляции перистальтики кишечника и регуляции его моторной функции. ПВ способствуют ускоренному выведению из организма различных чужеродных веществ, содержащихся в пищевых продуктах (канцерогены и токсины), продуктов неполного переваривания пищевых веществ. Дефицит ПВ в питании ведет к замедлению кишечной перистальтики, развитию стазов и дискинезии; к возникновению кишечной непроходимости, аппендицита, геморроя, полипоза кишечника, а также рака его нижних отделов.

ПВ (особенно пектины) способны адсорбировать различные соединения, в том числе экзо- и эндогенные токсины, тяжелые металлы. Поскольку они не всасываются в кишечнике, то быстро выводятся с каловыми массами, причем одновременно из ЖКТ эвакуируются и адсорбированные на них соединения.

Это свойство ПВ широко используют в лечебном и профилактическом питании (проведение разгрузочных «яблочных» дней у больных, страдающих колитами и энтеритами; назначение мармелада, обогащенного пектином, для профилактики свинцовых интоксикаций и т.д.).

ПВ способны также сорбировать на своей поверхности ХС, ускоряя его выведение из организма, чем объясняют необходимость обогащения ими антиатеро-генных диет. Пищевые рационы должны содержать достаточные количества (в среднем не менее 30-40 г) целлюлозы и других ПВ, источником которых являются различные растительные продукты. Особенно это важно для пожилых и лиц с наклонностью к запорам.

В то же время при воспалительных заболеваниях кишечника и ускорении его перистальтики необходимо ограничение поступления с пищей клеточных оболочек. Эта мера направлена на устранение механического раздражения поврежденной слизистой оболочки, а также на предотвращение процессов брожения, которым в условиях дисбактериоза подвержены целлюлоза и другие компоненты клеточных оболочек в толстой кишке. Наряду с участием в регуляции перистальтики кишечника, ПВ оказывают нормализующее влияние на моторную функцию желчевыводящих путей, стимулируя желчевыделение и препятствуя развитию застойных явлений в гепатобилиарной системе.

Пищевыми источниками ПВ служат продукты растительного происхождения (табл. 3.20): хлеб из муки грубого помола, пшено, бобовые (зеленый горошек, фасоль), сухофрукты (в особенности чернослив), свекла, гречневая крупа, морковь. Низким содержанием клеточных оболочек характеризуются рис, картофель, томаты, кабачки.

В табл. 3.21 и 3.22 приведены сведения о продуктах с наибольшим содержанием клетчатки и пектиновых веществ.

Значение углеводов в питании человека весьма велико. Это важнейший источник энергии, обеспечивающий до 50-70% общей энергетической ценности рациона, что лежит в основе их «сберегающего белок» действия. При поступлении с пищей углеводов АК лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал и утилизируются в основном для различных пластических нужд.

Глюкоза, галактоза и образующиеся из них другие сахара и их производные (фруктоза, сиаловые кислоты, аминосахара) являются частями гликопротеидов, к числу которых принадлежит большинство белков плазмы крови, включая иммуноглобулины и трансферрин, ряд гормонов, ферментов, факторов свертывания крови и др. Гликопротеиды, гликолипиды являются компонентами клеточных мембран и играют ведущую роль в процессах рецепции гормонов и других биологически активных соединений и межклеточном взаимодействии, имеющем существенное значение для нормального клеточного роста, дифференцировки и иммунитета. Углеводы — предшественники гликогена и ТГ; образуют углеродный скелет заменимых АК, участвуют в построении коферментов, нуклеиновых кислот, АТФ, оказывают антикетогенное действие, стимулируя окисление ацетилкоэнзи-ма А, образующегося при окислении ЖК.

Минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г. Дальнейшее снижение их количества ведет к усилению ПОЛ (сопряженному с накоплением в организме кетоновых тел), выраженной интенсификации процессов глюконеогенеза и повышенному расщеплению тканевых (в первую очередь мышечных) белков, используемых в качестве энергетического материала и предшественников глюкозы. Избыточное потребление углеводов ведет к усилению липогенеза и развитию ожирения. Оптимальное потребление углеводов -50-65% суточной энергетической ценности (ЭЦ) рациона, что соответствует 297 г углеводов для женщин 40-60 лет 1-й группы интенсивности труда и 602 г для мужчин 18-30 лет 5-й группы. При увеличении физической нагрузки доля углеводов должна прогрессивно нарастать (для обеспечения энерготрат), у спортсменов в дни соревнований — до 600-700 г/сут.

Пищевые источники углеводов: злаковые и продукты их переработки (мука, крупы, хлеб, макаронные и хлебобулочные изделия), фрукты, овощи, различные кондитерские изделия (сахар, мед, конфеты, варенье), а также творожные сырки и сырковая масса, мороженое, компоты, кисели, муссы, фруктовые воды. Потребление значительных количеств легкоусвояемых углеводов вызывает гипергликемию, выброс инсулина, истощение инсулярного аппарата и развитие СД. Избыток углеводов не может полностью депонироваться в виде гликогена, образуются ТГ, увеличивается жировая ткань и развивается алиментарно-обменная форма ожирения. Инсулин стимулирует липогенез. Источниками легкоусвояемых углеводов служат сахар и продукты, приготовленные с добавлением значительных его количеств или глюкозы (варенье, джемы, повидло, консервированные соки, фруктовые воды, компоты, кисели, морсы, муссы, запеканки, творожная масса и сырки, конфеты, пирожные, торты и другие мучные кондитерские изделия). Особенность продуктов, богатых крахмалом (хлеб и хлебобулочные изделия, мука, крупы, макаронные изделия, картофель), а также фруктов и овощей, содержащих значительное количество глюкозы, фруктозы или сахарозы, в том, что скорость всасывания из них углеводов существенно меняется в зависимости от технологической и кулинарной обработки, содержания в них ПВ и их консистенции и др.

Всасывание углеводов из некоторых богатых крахмалом злаковых продуктов (хлеб высших сортов, рис. манная крупа), из плодов с высоким содержанием глюкозы и сахарозы (бананы, ананасы, виноград, хурма, айва, персики, абрикосы и др.) происходит с высокой скоростью и может вызывать значительную гипергликемию. Потребление продуктов, богатых крахмалом, а также фруктов и овощей, содержащих сахар, имеет несомненное преимущество перед приемом высокорафинированного сахара, конфет и других кондитерских изделий, поскольку с первой группой продуктов человек получает не только углеводы, но и витамины, минеральные вещества, ПВ, Сахар — это носитель «голых» или «пустых» калорий, при высокой энергетической ценности в нем полностью отсутствуют перечисленные нутриенты. Целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет продуктов, богатых крахмалом, а также плодов и овощей. На их долю должно приходиться 80-90% общего количества потребляемых углеводов (300-400 г/ сут для взрослых здоровых людей). Квота сахаров должна быть не более 10-20% (50-100 r/сут). Для лиц, страдающих ССЗ, СД, ожирением, приобретает значение ограничение не только сахаров, но и продуктов, содержащих легкоусвояемые углеводы. В связи с этим в питании таких больных широкое распространение в последние годы получило использование заменителей сахаров — сорбита, ксилита, аспартама и др.