2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_практикум_Часть_2_Зинчук_В_В_2015

К моносахаридам относятся глюкоза, рибоза, фруктоза, маниоза, галактоза, к дисахаридам — мальтоза, лактоза, сахароза. Из полисахаридов наиболее известны крахмал и гликоген (с пищей в организм поступает в небольшом количестве). К производным углеводов относятся также сахароспирты (сорбит и ксилит). В организме их немного, но они часто используются как заменители сахара (например, при диабете). Моносахариды и олигосахариды имеют сладкий вкус, поэтому их называют сахарами, у полисахаридов такой вкус отсутствует.

По степени усвоения различают легкоусвояемые (быстро всасывающиеся) и медленно всасывающиеся углеводы. К первым относят сахар, содержащий сахарозу, и продукты с высоким его содержанием (варенье, повидло, соки, конфеты, газированные напитки и др.), ко вторым — хлеб, муку, крупы, макаронные изделия, картофель. Особое значение среди углеводов отводится клетчатке (целлюлоза, пектиновые вещества), которая в организме не расщепляется и, соответственно, практически не усваивается, но необходима для нормального функционирования микрофлоры и стимуляции перистальтики кишечника.

Физиологическая роль углеводов:

пластическая (компонент биомембран, нуклеотидов, хрящевой и соединительной ткани);

энергетическая;защитная (факторы иммунитета, слизь бронхов, ЖКТ и др.);

регуляторная (клетчатка активирует перистальтику ЖКТ);групповая специфичность крови.

За счет углеводов покрывается до 60–70 % энергозатрат организма. Энергетические потребности мозга удовлетворяются в основном глюкозой. Это важный нутриент для умственной деятельности человека. Мозг использует только этот источник энергии и не имеет практически никаких ее запасов, кроме небольшого количества гликогена. Потребление глюкозы мозгом взрослого человека, рассчитанное по артериовенозной разнице, составляет в среднем 0,25–0,30 мкмоль/(г мин). При массе 2 % от массы тела, он потребляет 20 % всей энергии, поступающей с пищей, и 20 % всего вдыхаемого кислорода. Мозг интенсивно потребляет глюкозу и ночью во время сна; при кошмарах ее потребление может увеличиваться на 16 %, а в коре лобных долей мозга — на 30 %. Различные

отделы мозга не одинаково потребляют глюкозу: филогенетически самые старые и анатомические самые глубокие части наиболее стойки к ее нехватке.

Избыточное поступление углеводов в организм приводит к их отложению в депо в виде гликогена (в печень — около одной трети, в скелетные мышцы — около двух третей. Как правило, количество гликогена, получаемое организмом в течение суток, составляет около 10–15 г. Его источник — мясо, печень, рыба. Также важным углеводом является крахмал. Основной источник углеводов — растительная пища (крупы, картофель), в которой крахмал и клетчатка содержатся в количестве до 80–90 % сухого веса. В организме углеводы депонируются в виде гликогена в печени и мышцах.

Количество гликогена в норме составляет около 400 г. Он может достаточно быстро мобилизироваться при необходимости быстрых энергозатрат. Оптимальное количество углеводов для организма составляет 500 г в сутки, но в зависимости от функционального состояния организма эта величина может меняться.

В настоящее время человечество испытывает серьезную проблему в связи с чрезмерным потреблением рафинированного белого сахара, что ведет к различным заболеваниям (в частности, сахарному диабету).

Фруктоза имеет такую же энергетическую ценность, как и глюкоза. Характеризуется более быстрым метаболизмом, независимым от инсулина. Однако она не может использоваться клетками мозга.

Значение структур ЦНС в регуляции углеводного обмена демонстрирует опыт «сахарного укола» (К. Бернар, 1849) — эксперимент, в котором введение иглы в продолговатый мозг животного повышает концентрацию глюкозы в крови.

Этанол обладает большой калорийностью (7,1 ккал/г). Он может окисляться до ацетальдегида, затем — ацетата с образованием двух молекул НАДФ, что приводит к образованию 6 молекул АТФ. Однако как источник энергии он имеет ряд недостатков: вызывает гипогликемию, блокируя синтез глюкозы из лактата и аминокислот, его энергия запасается в депо только в жирах. Доля алкоголя в среднесуточной общей калорийности составляет около 10 %, а в ряде случаев и больше. Этанол в небольших дозах обладает аналгезирующим, антистрессорным действием, стимулирует

перистальтику кишечника, легочную вентиляцию. Однако при чрезмерном введении имеет ряд негативных эффектов: оказывает токсическое действие на печень и клетки ЦНС. При длительном употреблении приводит к алкоголизму.

9.5. витамины

Для полноценного функционирования организма необходимы вещества, не синтезируемые им или синтезируемые в малых количествах — витамины. Впервые на их роль обратил внимание российский исследователь Н.И. Лунин (1880), затем в 1911 г. польский исследователь К. Функ предложил назвать данные вещества витаминами (vita — жизнь, амины — содержащие NH2− группу). Источниками витаминов являются продукты растительного и животного происхождения. При недостаточном поступлении витаминов в организм развивается гиповитаминоз, а при полном отсутствии — авитаминоз.

Причины гиповитаминоза:недостаточное питание;наличие антивитаминов;

повышенная потребность (при физических нагрузках, беременности, стрессах и др.);

дефицит одного из витаминов, обусловливающий нехватку другого.

Следует помнить и о гипервитаминозах — нарушениях обмена веществ, вызванных избыточным поступлением витаминов. В основном это относится к витаминам А и D.

По физико-химическим свойствам витамины подразделяются на две основные группы: водорастворимые и жирорастворимые.

К водорастворимым относятся тиамин (В1), рибофлавин (В2), пантотеновая кислота (В3), ниацин (В5), пиродоксин (В6), фолиевая кислота (В9), кобаламин (В12), аскорбиновая кислота (С), биотин (Н). Данная группа витаминов в организме не накапливается, вследствие чего они должны поступать постоянно. Некоторые витамины (например, витамин С) синтезируются в организме, хотя и в недостаточных количествах, другие могут поступать только извне. Рекомендуемая суточная доза витамина С 50–100 мг. Он входит

в состав различных окислительно-восстановительных систем, участвует в окислении холестерина, синтезе ряда гормонов, иммунитете организма. Витамин В1 участвует в обмене жиров, углеводов, белков, воды. Витамин В2 является кофактором ферментов, катализирующих процессы транспорта электронов. Витамин РР (никотиновая кислота) участвует во многих окислительных биохимических реакциях в тканях организма, что обеспечивает нормальную интенсивность энергетического обмена. Витамины В6, В12 необходимы для обеспечения процессов кроветворения, при их дефиците развивается анемия.

К жирорастворимым относятся ретинол (А), кальциферол (D), токоферол (Е), филлохинон (K). В организме эти витамины способны депонироваться. Токоферол является антиоксидантом, иммуномодулятором, при его недостатке снижается половая функция. Витамин D (антирахитический витамин) стимулирует процесс деминерализации костной ткани, реабсорбцию кальция в почках, обладает антиканцерогенным эффектом. Витамин K является антигеморрагическим фактором. Витамин А — структурный компонент биомембраны (обеспечивает иммунные и фотохимические процессы, обладает антиоксидантным действием).

Также отдельно выделяют группу витаминоподобных веществ, которые, как и витамины, представляют собой разнообразные химические соединения. В настоящее время выделяют следующие витаминоподобные вещества: витамин F, биотин, кальция пангамат, пангамовая кислота, оротовая кислота, хлорид холина, липоевая кислота, липамид, витамин U.

9.6. макро- и микроэлементы

Для функционирования организма требуются также неорганические вещества, на долю которых приходится около 40 % массы тела. Различные минеральные вещества, входящие в состав организма подразделяют на макро- и микроэлементы. К первым относят вещества с содержанием 10−2 % и выше (натрий, калий, кальций, фосфор, хлор и др.), ко вторым — с содержанием 10−3–10−5 % (йод, железо, медь, алюминий, марганец, фтор, бром, цинк, стронций и др.). Кроме того, дополнительно выделяют ультрамикроэле-

менты с концентрацией 10−5 % и менее (ртуть, золото, радий, уран, торий, хром, никель и др.).

Макроэлементы обеспечивают формирование скелета, осмотическое равновесие, конформацию белков и нуклеиновых кислот, процессы возбуждения и мышечного сокращения, аккумулирование энергии.

Для обеспечения процессов возбуждения, сокращения мышечных элементов, свертывания крови, поддержания кислотноосновного состояния необходим кальций. В плазме крови кальций содержится в количестве около 2,5 ммоль/л. Выделяют две его разновидности: в соединении с белками и в ионизированом состоянии. На костную ткань приходится 98 % его содержания. Суточная потребность кальция для взрослых — около 0,8 г.

Фосфор необходим для функционирования клеток нервной, мышечной, костной тканей, входит в состав нуклеиновых кислот. Количество фосфора в организме составляет 700 г. В пищевом рационе его содержится в несколько раз больше, чем необходимо. Магний входит в состав ряда ферментов, влияет на процессы возбуждения в ЦНС, сердце. Натрий, калий обеспечивают регуляцию кислотно-основного состояния, осмотического давления, мембранных потенциалов, транспорт аминокислот и углеводов через мембрану. На долю Na+ приходится 90 % от всех катионов плазмы. В целом 60–80 % содержится во внеклеточной жидкости, 10–15 %

вмышцах и 20–30 % в костной ткани. Средняя суточная потребность в натрии составляет 1 ммоль/кг. Хлор поступает в организм

ввиде поваренной соли (хлорида натрия) в количестве 5–10 г. Он необходим для формирования осмотического давления, потенциала действия, активации ряда ферментов, для синтеза соляной кислоты.

Промежуточное место между макро- и микроэлементами занимает железо, которое является обязательным компонентом гемоглобина, миоглобина, цитохромов в митохондриях и ряда ферментов. Суточная потребность в железе около 10 мг для мужчин и 18 мг для женщин, для беременных и кормящих женщин — более высокая. При его недостатке возникает железодефицитная анемия. В целом в организме содержится 3–5 г железа. Около 25 % депонировано в печени и мышцах. Основной белок, обеспечивающий транспорт этого элемента, — трансферрин. Железо поступает

в организм из животной и растительной пищи, причем из животной пищи железо усваивается лучше, чем из растительной. Следовательно, вегетарианство создает предпосылки для развития дефицита железа в организме. Также не способствует усвоению железа высокое содержание кальция (например, в чае и кофе).

К микроэлементам относят, в частности, кобальт (входит в состав цианкобаламина), медь (входит в состав цитохромоксидазы), цинк (входит в состав карбоангидразы и некоторых пептидаз), хром (усиливает действие инсулина на проницаемость мембран для глюкозы), молибден (входит в состав ксантиноксидазы), мар­ ганец (активатор некоторых ферментных систем), кремний (регулятор синтеза коллагена, костной ткани), фтор (участвует в синтезе костных структур и зубной эмали), йод (входит в состав тиреоидных гормонов). Фтор всасывается на уровне желудочно-кишеч- ного тракта (до 97 %). Его основное депо — костная ткань, зубная эмаль, хрящи. Суточная потребность в йоде у взрослого человека составляет 100–150 мкг. Он необходим для нормального синтеза гормонов щитовидной железы.

9.7. вода

Содержание воды в организме составляет около 60 %, у женщин эта доля несколько ниже, чем у мужчин.

Вода является преобладающим компонентом клетки. Она входит в состав многих веществ, образующих структурные элементы организма. Эта молекула способна создавать особые водородные связи с функциональными группами различных соединений. Полярная природа молекулы воды обеспечивает ее свойства как универсального растворителя.

Обладая большой теплоемкостью, теплотой испарения, теплотой плавления, поверхностным натяжением, вода обеспечивает формирование многих физиологических функций.

В организме вода находится в нескольких формах: вне клеток — свободная, в составе коллоида — связанная, в молекулах тканевых белков, жиров и углеводов — конституционная.

Соотношение между потреблением воды организмом и ее выведением называется водным балансом. Водный обмен характеризуется высокой скоростью. В течение суток организму требуется

около 2,5 л воды (из них 1,2 л в виде жидкости, около 1 л — в составе твердой пищи и около 0,3 л эндогенного происхождения). С возрастом содержание воды в организме уменьшается. Если у новорожденного доля воды составляет 70 %, то у взрослого — 55–65 %. Ее участие особо важно для обеспечения процессов выделения, терморегуляции (испарение). Жажда — субъективное ощущение, возникающее при недостатке воды. При недостаточном поступлении воды или избыточном ее выведении развивается обез­ воживание. В случае ее избыточного потребления может развиваться водная интоксикация, отеки.

9.8. непищевые вещества

Непищевые вещества, с точки зрения энергетики, участия в структурной организации организма, не имеют важного значения, однако их поступление необходимо для его нормального функционирования. Длительное исключение их из рациона приводит к нарушениям жизнедеятельности. К пищевым относят также вещества, присутствие которых в пище вызывает различные негативные эффекты.

Вещества, не усваиваемые организмом, но жизненно важные для деятельности кишечника и обмена веществ, называются балластными. К ним относятся целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин

идр. Основным источником пищевых волокон являются отруби

исинтетические производные целлюлозы. Клетчатка — главная составная часть клеточных стенок растений, по химической структуре полисахарид, образующий при полном гидролизе глюкозу. Ее доля в растениях составляет 40–90 % и более. Клетчатка имеет следующие формы: нерастворимую (целлюлоза), полураствори­ мую (лигнин) и растворимую (камедь, пектин и др.). Предложена методика лечения, основанная на использовании балластных веществ — клиническая энтеросорбция.

Эффекты клетчатки:способствует процессу жевания;

адсорбирует воду, токсины, радионуклиды;препятствует быстрому всасыванию углеводов, нормализуя

тем самым их уровень в крови;

снижает уровень холестерина в крови;нормализует процессы желчеотделения;стимулирует перистальтику;предотвращает процессы гниения в ЖКТ.

Защитные компоненты пищи — совокупность всех веществ, которые улучшают функционирование механизмов формирования гомеостаза и повышают резистентность организма к действию инфекционных факторов. Например, соединения, участвующие в барьерной функции тканей, в частности некоторые витамины; соединения, улучшающие обезвреживающую функцию печени (метионин, витамин U, холин, лецитин); антимикробные факторы (фитонциды, бактериостатические вещества, например содержащиеся в соке антоновских яблок); вещества, обладающие антиканцерогенным эффектом (витамин K, токоферол и т.п.).

К вкусовым и ароматическим веществам относят специи, пряности, т.е. вещества растительного происхождения, которые не имеют значимой калорической ценности, но их добавление к пище придает ей особый вкус и аромат, что усиливает аппетит и секреторные процессы ЖКТ. Пряности (укроп, петрушка, сельдерей, хрен, лук, чеснок и др.) могут усиливать также усвоение витаминов, минеральных веществ.

Биологически активные добавки к пище — это компоненты натуральных или идентичных натуральным физиологически активных веществ. Эти вещества необходимы для поддержания нормальной жизнедеятельности и повышения неспецифической резистентности организма, а также для сопутствующей или вспомогательной терапии при различных заболеваниях. Предназначены для непосредственного приема или введения в состав пищевых продуктов с целью обогащения рациона питания физиологически активными веществами.

Антипищевые вещества — химические вещества, которые непосредственно не обладают токсичностью, но блокируют усвоение других пищевых продуктов. К ним относятся антиферменты, антивитамины и деминерализующие вещества. Антиферменты — это специфические вещества, вырабатываемые организмом и ингибирующие действие ферментов в результате образования с ними неактивных комплексов. Эти вещества могут иметь положительное значение, предохраняя ткани желудка и кишечника от разру-

шающего действия соответствующих пищеварительных ферментов. В то же время они могут содержаться в различных продуктах

итормозить активность гидролиза и, соответственно, процесса усвоения пищи. Антивитамины — это соединения, близкие к витаминам по химическому строению, но обладающие противоположным физиологическим действием. При попадании в организм антивитамины включаются вместо витаминов в реакции обмена веществ и тормозят или нарушают их нормальное течение. Это ведет к гиповитаминозу даже в тех случаях, когда соответствующий витамин поступает с пищей в достаточном количестве или образуется в самом организме. К деминерализующим факторам относятся щавелевая кислота, фитин, танины. Они связывают микро-

имакроэлементы с образованием неусвояемых организмом соединений. Щавелевая кислота связывает кальций, магний; кофеин — кальций, магний, натрий; цистеин и дубильные вещества снижают усвояемость железа.

В ряде продуктов содержатся природные токсические соединения, имеющие негативный эффект. Они присутствуют в пище изначально или образуются при ее обработке. К ним относятся лектины (гликопротеиды, обладающие местным и общим токсическим действием, нарушающие процессы всасывания в тонком кишечнике, вызывающие агглютинацию эритроцитов), токсические аминокислоты (в частности, образующиеся у растений при избытке азотистых удобрений), цианогенные амины (содержащиеся в косточках миндаля, абрикоса, вишни; при расщеплении этих веществ образуется синильная кислота), соланин (содержится в позеленевших клубнях картофеля; уничтожается при тепловой обработке), оксиметилфурфурол (возникающий при карамелизации сахара), а также нитрозосоединения (возникающие из азотистых соединений при копчении).

Особое место занимают генетически модифицированные продукты, которые представляют собой вещества, полученные в результате целенаправленного изменения генетического материала, качественно изменяющего природу генома и свойства продукта. Генетическая модификация является современной технологией получения источников пищи с новыми свойствами.

Пищевые добавки — природные или синтезированные вещества, которые целенаправленно вводятся в пищевой продукт для

сохранения его свойств либо придания новых. Пробиотики — живые продукты, содержащие микроорганизмы, которые обитают в обычных условиях в кишечнике здорового человека. К ним относятся различные молочнокислые продукты, йогурт и др. Продвигаясь по пищеварительному тракту, пробиотики коррегируют микрофлору толстого кишечника. Также выделяют пребиотики, т.е. негидролизируемые в верхних отделах компоненты пищи, которые способствуют формированию микрофлоры в толстом кишечнике. К ним относят пищевые волокна, олигосахариды, содержащиеся в овсяной крупе, ржи и др.

Организм должен потреблять каждые сутки пищевые вещества из различных групп, чтобы обеспечить себя необходимым количеством энергии и нужными компонентами. Комбинируя потребление тех или иных продуктов, можно достичь полного удовлетворения потребности организма.

9.9. теории питания

Диетология — раздел медицины, изучающий и обосновывающий правила питания как здоровых людей, так и пациентов, страдающих различными заболеваниями. Диета — это специально разработанный режим питания с учетом компонентов пищи, ее количества и химического состава, физических свойств, кулинарной обработки и интервалов в приеме пищи.

Впоследнее время используют понятие функциональное питание — прием пищи, который обеспечивает организм не только пищевыми веществами и энергией, но и оказывает позитивное влияние на его функционирование. К функциональным продуктам относят витамины, полифенолы (флавоноиды, танины, катехины и другие циклические спирты), соединения, содержащие минеральные вещества (серу, селен и др.). В рационе человека широко используются различные крупы, которые содержат витамины (группы В и др.), минеральные соли, медленно усваивающиеся сложные углеводы, клетчатку.

Внастоящее время предлагаются различные теории питания. Ряд из них содержат рациональные идеи, другие — нет. К последним относят теории раздельного питания, сжигателей жира и др.