305

Глава 10 Экологические проблемы питания

10.1. Понятие о пищевой и биологической ценности пищевых продуктов

Проблема пищи всегда была одной из самых важных проблем, стоящих перед человеческим обществом. Все, кроме кислорода, человек получает для своей жизнедеятельности из пищи. Среднее потребление в сутки составляет 800 г (без воды) и около 2 л воды.

Понятие «пищевые продукты» включает:

- продукты в натуральном или переработанном виде, употребляемые человеком в пищу (в том числе продукты детского и диетического питания);

- бутилированную питьевую воду;

- алкогольную продукцию (в том числе пиво);

- безалкогольные напитки;

- жевательную резинку;

- продовольственное сырье;

- пищевые добавки;

- биологически активные добавки к пище (БАДы).

Качество пищевых продуктов определяется их пищевой ценностью, биологической ценностью и безопасностью.

Пищевая ценность продуктов определяется содержанием в них главных пищевых веществ или нутриентов: белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных солей.

Все эти вещества являются материалом, из которого строится наш организм. Так, человеческий организм весом 70 кг состоит из 44 кг воды, 14 кг белков, 9 кг жиров, 0,4 кг углеводов, 2,6 кг минеральных веществ ( в основном кальция и фосфора ), а также нескольких граммов витаминов и микроэлементов.

Нутриенты необходимы организму в качестве пластических веществ и источников энергии для нормального функционирования всех физиологических систем.

Белки необходимы для формирования органов (например, сердца, почек), мускулов, скелета, нервов, кожи, ногтей, а также множества других элементов, принимающих участие в жизни организма, таких как красные и белые кровяные тельца, гормоны, пищеварительные соки, антитела и т.д. Для образования белков используются аминокислоты.

Макроэлементы, к которым относятся семь минеральных веществ (кальций, фосфор, сера, калий, натрий, хлор, магний) также как и белки выполняют строительную функцию и присутствуют в тканях в большом количестве (более 100 г).

Углеводы или сахара в форме глюкозы являются топливом, с помощью которого организм вырабатывает энергию, необходимую ему для жизнедеятельности.

Жиры или липиды выполняют двойную функцию: энергетическую и строительную. Они могут не только сгорать и преобразовываться в энергию, но и входят в состав наших тканей.

Потребности человека в энергии, которую он получает из пищи, зависят как от индивидуальных особенностей организма (пола, возраста, массы, роста, обменных процессов), так и от характера трудовой деятельности, условий быта, отдыха и окружающей среды.

Витамины и микроэлементы содержатся в организме в очень небольшом количестве, обычно около тысячной миллиграмма. Существует около двадцати витаминов: А, В (их двенадцать), С, Д, Е, F и др., и несколько десятков микроэлементов: магний, медь, цинк и др. Значение этих веществ очень велико. Это катализаторы жизненно важных для организма реакций, которые обеспечивают активность ферментов, отвечающих за биохимические реакции.

Питание, достаточное в количественном и полноценное в качественном отношении, считается рациональным или сбалансированным.

Принципы рационального питания сформулированы в виде постулатов.

Первый постулат гласит, что с рационом питания должно поступать столько энергии, сколько человек тратит на все виды деятельности.

Установлено, что имеются три пути энергозатрат в организме:

1. Энергозатраты на основной обмен, под которым понимается минимальное количество энергии, необходимое человеку для поддержания жизни в состоянии полного покоя.

2. Энергозатраты на переваривание пищи.

3. Расход энергии на мышечную деятельность.

Максимальные энергозатраты наблюдаются у людей физического труда (табл. 46)

Таблица 46

Суточная затрата энергии (килокалорий)

Умственный труд 2200-2400 Ученик 2400-2500 Швея, врач 2600-2800 Студент 2800-3000 Тракторист 2900-3000 Слесарь 3300

Литейщик 3400 Штукатур 3900 Каменщик 4000 Спортсмен 4300 Косарь 7200

Избыточное по калорийности питание способствует развитию ожирения, атеросклероза, диабета и других нарушений обмена веществ. При постоянном превышении суточной калорийности пищи над энергозатратами на 300 ккал, увеличивается накопление резервного жира на 15 – 30 г в день, что составляет в год 5,4 – 10,8 кг. Энергетическая недостаточность питания (хроническое недоедание, голод) ведет к общему ослаблению и истощению организма, развитию на этой почве тяжелых заболеваний. Энергетическая ценность рациона человека зависит от входящих в его состав жиров, белков и углеводов. Однако, организму небезразлично за счет каких групп веществ он получает калории. Поэтому второй постулат теории рационального питания заключается в том, что все нутриенты должны быть сбаланстрованы, т.е. поступать с рационом в определенных соотношениях.

Оптимальным в рационе здорового человека является соотношение белков, жиров и углеводов, близкое к 1 : 1,2 : 4. Это соотношение наиболее благоприятно для максимального удовлетворения как пластических, так и энергетических потребностей организма человека.

Наряду с белками, жирами и углеводами в рацион здорового человека должны входить пищевые волокна, витамины и минеральные вещества.

Растительные пищевые волокна (пектин, клетчатка) улучшают моторную функцию желудочно-кишечного тракта и способствуют ликвидации застойных явлений в кишечнике.

Витамины являются необходимым компонентом пищи, так как в организме они синтезируются в незначительных количествах. Они выполняют функцию биорегуляторов процессов, протекающих в живом организме.

Основные функции витаминов приведены в табл.47

Таблица 47

Основные функции витаминов

Витамин	Функции	Суточная потребность	Лучшие пищевые источники
С (аскорбино- вая кислота) В1 (тиамин) В2(рибофлавин) В6(пиридоксин) В9 (фолиевая кислота) В12 (цианко- баламин) Н (биотин) В3 (пантоте-новая кислота) А (ретинол) D (кальцифе-рол) Е (токоферолы) РР (ниацин)	Участвует в окислительно-восста- новительных реакциях, повышает сопротивляемость организма к экстремальным воздействиям Необходим для нормальной дея-тельности центральной и перифе- рической нервной системы Участвует в окислительно-восста- новительных реакциях Участвует в синтезе и метаболизме аминокислот, метаболизме жирных кислот и ненасыщенных липидов Кроветворный фактор, участвует в синтезе аминокислот, нуклеиновых кислот, холина Участвует в биосинтезе нуклеино-вых кислот, холина, лицетина. Фактор кроветворения. Участвует в реакциях карбокси- лирования, обмена аминокислот, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот Участвует в реакциях биохимичес-кого ацилирования, обмена белков, углеводов, липидов Участвует в деятельности мембран клеток. Необходим для роста и развития человека, для функцио-нирования слизистых оболочек Регулирует содержание кальция и фосфора в крови, минерализацию костей, зубов Предотвращает окисление липи-дов, влияет на синтез ферментов. Активный антиокислитель Участвует в окислительно-восста-новительных реакциях в клетках	75-100 мг 1,5-2 мг 2,0-2,5 мг 2,0 мг 200 мкг 3,0 мкг 150 мкг 10 мг 1,5 – 2,0 мг 0,01 мг 12-15 мг 15-20 мг	Шиповник, овощи,ягоды, фрукты, лук, облепиха, лимон Пивные дрожжи, бобовые, злаки, хлеб, гречка, овес Печень, дрожжи, молочные продукты, орехи, рыба, молоч-ная сыворотка Мясо, рыба, молоко, телячья печень, желток яйца Хлеб, овощи, свежие грибы, творог, печень Телячья печень, почки, рыбные про-дукты, мясо, творог Печень, почки, яйца, горох, мясо Животные и расти-тельные продукты, хлебопекарные дрожжи, почки Шиповник, печень, икра, рыбий жир, творог, красный сладкий перец Рыбий жир, масло, желток яйца, печень трески, животное масло Растительные масла, бобовые, сахар, хлеб, крупы, мясо Мясо, молоко, бобовые, пшеничная мука, почки, рыба

Отсутствие в организме витаминов вызывает авитаминозы, а их недостаток - гиповитаминозы, которые могут приводить к заболеваниям (табл. 48 )

Таблица 48

Патологии, вызываемые дефицитом витаминов

Витамин

К чему приводит недостаток

С РР В6 А В2 В1 D

На начальных стадиях – общая слабость, вялость, быстрая утомляемость, умопомрачение, сонливость. Чаще эти симптомы проявляются весной. Далее кровоточат десны, синеют губы, расшатываются и выпадают зубы. Последняя степень – цинга, сопровождаемая общим резким снижением сопротивляемости организма. Раздражительность, бессонница, подавленное расположение духа. Диарея, боль в мышцах. На коже – розовые пятна. Пораженные участки утолщаются, кожа окрашивается в буро-коричневый цвет, шелушится. Повышенная возбуждаемость, отсутствие аппетита, дурнота. Расстройство желудка, воспалительные процессы во рту и на коже. Первый признак недостатка- светобоязнь, плохая ориентация во тьме, куриная слепота. Кроме того, появляются угри, кожа и волосы становятся сухими, воспаляются веки. Уменьшение веса, упадок сил, мышечная слабость. На губах появляются трещины, покрытые желтоватой коркой. Болезненные язвы в уголках рта. Резь в глазах, слезотечение. Желудочные расстройства. Дурнота. Быстрая потеря веса. Общая слабость, потеря чувствительности в конечностях, умопомрачение. Любое движение вызывает сердцебиение, одышку. Судороги, мышечное истощение. У детей – повышенная раздражительность, общая слабость, бледность, склонность к простудным заболеваниям. Вялость, повышенная утомляемость, почернение зубной эмали, боли в тазу и мышцах. Крошатся зубы.

Такие тяжелые заболевания как цинга, пеллагра, рахит, полиневрит ( болезнь «бери-бери»), некоторые виды анемии (малокровия) и многие другие возникают в результате резкого уменьшения в пище тех или иных витаминов.

Витамины разделяют на водорастворимые ( С, В₁, В₂, В₅, В₆, В₉, В₁₂) и жирорастворимые ( Е, А, D ). Избыточное потребление, особенно жирорастворимых витаминов может вызвать гипервитаминоз, типичное проявление которого – аллергические реакции ( например, крапивница ).

Минеральные вещества выполняют пластическую функцию в процессах жизнедеятельности человека. Особенно их роль велика в построении костной ткани, где преобладают такие элементы как фосфор и кальций. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма – водно-солевом и кислотно-щелочном; без них невозможны многие ферментативные процессы в организме

( табл. 49). Обычно их делят на две группы: макроэлементы ( Са, Р, Mg, Na, K, Cl, S ), содержащиеся в пище в относительно больших количествах, и микроэлементы ( Fe, Zn, Cu, I, F и др. ), концентрация которых невелика.

Таблица 49

Роль химических элементов в функционировании организма человека, нормы их поступления и перечень основных источников

Химический элемент	Функция в организме	Среднесут. потребность взрослого человека,мг	Лучшие пищевые источники
Кальций	Основной структурный компонент костей и зубов, входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. При его дефиците у взрослых развивается остеопороз – деминерализация костной ткани, а у детей нарушается развитие скелета, начинается рахит.	800 - 1200	Молоко и молоч- ные продукты (сыры и творог ), зеленый лук, петрушка, фасоль
Магний	Участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и сердечной мышцы, стимулирует желчеотделение, по- вышает активность кишечника.	350	Растительные продукты (крупы, пшеничные отруби бобовые, урюк, курага, чернослив)
Калий	Участвует в передаче нервных импульсов, регулирует водно-солевой обмен, участвует в регуляции деятельности сердца. При его дефиците в организме человека развиваются нарушения функций нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем	2000	Чернослив, урюк, изюм, морская капуста, фасоль, горох, картофель
Натрий	Участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови, в передаче нервных импульсов, регулирует кислотно-щелочной баланс, водно-солевой обмен, повышает активность пищеварительных ферментов	550	Соления, брынза, сыры, хлеб
Фосфор	Принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма человека: синтезе и расщеплении веществ в клетках, регуляции обмена веществ, входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов	800 - 1200	Икра, печень, зерновые, бобовые, овсяная и перловая крупы
Хлор	Участвует в регуляции водно-солевого обмена и осмотического давления в тканях и клетках	5000	Соления
Железо	Необходимо для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание и кроветворение, участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях	15 - 20	Субпродукты, мясо, яйца, фасоль, овощи, ягоды
Медь	Играет важную роль в ряде физиологических процессов, контролирует образование ДНК и РНК, без меди невозможно нормальное функционирование ряда ферментов, она- кроветворный микроэлемент, способствующий транспортировке железа в костный мозг, принимает участие в репродуктивной функции, с нарушением обмена меди в организме связаны ранние стадии развития злокачественных опухолей	2 - 6	Печень, яичный желток, зеленые овощи
Йод	Необходим для нормального функционирования щитовидной железы	0,15	Рыбные и другие морские продукты, мясо, яйца, молоко, овощи
Цинк	Выступает в роли активатора ферментов и входит в состав многих из них, участвует в синтезе РНК и белков, необходим для нормального кроветворения	15 - 20	Мясо, птица, сыры, крупы, овощи, орехи, продукты моря
Марганец	Необходим для нормального роста, функционирова- ния хрящевой и костной тканей, синтеза белков, участвует в регуляции углеводного и жирового обмена, способствует образованию важного для всех обмена веществ гормона- инсулина	2 - 5	Хлеб, крупы, овощи, бобовые, фрукты, орехи, кофе, чай
Хром	Влияет на углеводный обмен, усвоение сахара и на уровень его содержания в крови	0,2	Говяжья печень, бобовые, томаты, корнеплоды
Фтор	Необходим для построения костной ткани, участвует в процессе формирования зубной эмали	0,5 – 1,8	Питьевая вода, рыба (треска, сом ), печень, орехи, чай

Патологические процессы, вызванные дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов называются микроэлементозами. При недостатке микроэлементов в пище возникают гипомикроэлементозы (рис 29 ).

Рис. 29 Классификация гипомикроэлементозов и их последствий у человека

Для того, чтобы организм легко выбирал необходимые для своего функционирования вещества пища должна быть разнообразной. В природе не существуют продукты, которые содержали бы все необходимые человеку компоненты ( за исключением материнского молока, но только для новорожденных). Поэтому только комбинация разных продуктов лучше всего обеспечивает организму доставку с пищей необходимых ему пищевых веществ. Более всего это относится к микрокомпонентам пищи, таким как витамины и микроэлементы. Разнообразие пищи – залог здоровья.

Особую актуальность проблема сбалансированного питания приобретает в условиях возрастающей антропогенной нагрузки на окружающую среду. Вместе с пищевыми продуктами и питьевой водой в организм человека поступает до 95% от общего объема ксенобиотиков. Пищевые вещества (нутриенты) на всех этапах метаболизма вступают в непосредственный контакт с чужеродными веществами (конкурентные, синергические или нейтральные взаимодействия ) и обеспечивают устойчивость гомеостатических систем и адаптационно-защитных механизмов.

Биологическая ценность пищевого продукта определяется по тому, насколько аминокислотный состав его белков соответствует потребностям организма человека, а также по содержанию в пищевом продукте минорных (то есть присутствующих в крайне малых количествах ) биологически активных веществ. К ним относятся биостимуляторы, биорегуляторы и биоингибиторы. Белки синтезируются из аминокислот. При этом 12 из 20 аминокислот, необходимых для построения любого белка, организм человека способен синтезировать сам из других веществ, а остальные восемь – не способен. Поэтому они относятся к незаменимым – изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фелаланин, триптофан, треонин и валин.

Функции незаменимых аминокислот и богатые ими продукты приведены в табл.50

Таблица 50

Незаменимые аминокислоты

Аминокислота	Функция	Богатые ею продукты
Изолейцин Лейцин Лизин Метионин Фенилаламин Треонин Триптофан Валин	Регулирует уровень сахара Рост мышц, лечение костей Укрепляет иммунную систему Снижает уровень холестерина Защищает почки Белковый баланс в организме Антидепрессант Полезный для печени, желчного пузыря	Рыба, мясо, орехи Молочные продукты, овес, домашняя пища Бобы, фрукты, овощи, рыба Молоко, рыба, яйца, зерно Орехи, молочные продукты Сырые продукты, молочные продукты, яйца Мясо индейки, яйца, молоко Мясо, яйца, молоко, творог, рыба

Белки животного происхождения имеют высокую биологическую ценность, а растительные – невысокую, так как некоторые незаменимые аминокислоты содержатся в них в очень незначительных количествах. Поэтому растительные белки усваиваются организмом хуже, чем животные. Так, белки яиц и молоко усваиваются на 96%, белки рыбы и мяса – на 95%, белки хлеба – на 85%, белки овощей – на 80%, белки картофеля и бобовых – на 70%.

Наряду с незаменимыми аминокислотами в рационе питания должны обязательно присутствовать минорные биологически активные вещества. Их дефицит в пище приводит к снижению устойчивости организма к неблагоприятным факторам окружающей среды, к формированию иммунодефицитных состояний, к повышению риска развития распространенных заболеваний ( атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, злокачественные новообразования и др. ).

К минорным биологически активным веществам относятся прежде всего следующие:

1. Различные группы флавоноидов –флавонолы и их гликозиды ( кверцетин, кемферол, рутин и др. ); флавоны ( лютеолин, апигенин и др. ); флавононы

( нарингенин, гесперидин и др.); дигидрофлаванолы, проатоцианидины, катехины и др. Физиологические функции флавоноидов чрезвычайно разнообразны; велика их роль в снижении риска развития многих широко распространенных в настоящее время заболеваний.

2. Индолы. Одна из важнейших их функций – регуляция активности ферментов, которые участвуют в обезвреживании чужеродных веществ, попавших в организм. Индолы играют профилактическую роль в отношении ряда онкологических заболеваний.

3. Экзогенные пептиды и отдельные аминокислоты пищевого происхождения и их смеси. Многочисленными исследованиями зарубежных и отечественных ученых доказано их участие в регуляции функций различных органов и систем.

4. Органические кислоты – янтарная, яблочная, гидроксилимонная и др.

5. Фенольные соединения – гидрохинон, арбутин, гидроксикоричные кислоты и др. Эти вещества обладают специфическим биологическим влиянием на разные виды обмена веществ и на многие функции организма в целом.

6. Многие другие биологически активные вещества пищевых растений, животных, одноклеточных микроорганизмов: бета-симостерины, изофлавоны, изотиоционаты, глюкоманнаны, полифруктаны, инулин, хлорофилл, кофеин, гиперицин, глюкозамины,

хондриотинсульфат, хитозан и т.д.