Сахар (глюкоза) компонент внутренний среды, как позвоночных, так и беспозвоночных. Наиболее постоянен уровень сахара в крови натощак у человека и высших позвоночных животных. Напомним, что кровь человека содержит 70-120 мг% сахара. Птицы отличаются очень высоким уровнем сахара крови (150–200 мг%), что обусловлено их очень высоким метаболизмом. Но самым высоким содержанием сахара в организме отличаются пчелы (до 3000 (!) мг%). Не зря они приносят нам мед. Такого содержания в организме сахара (глюкоза+фруктоза) нет более ни у одного живого существа.
В последние годы был обнаружен очень интересный феномен. Оказалось, что включение глюкозы во внутриклеточный обмен прямо пропорционально скорости ее проникновения внутрь клетки. Все факторы, ускоряющие транспорт глюкозы (фосфорилирование и др.) будут приводить к ускорению углеводного метаболизма.
Интенсивная аэробная нагрузка, приводящая к развитию выраженного энергетического дефицита в мозге, мышцах, сердце, печени и др. работающих органах может в 2–2,5 раза ускорить как скорость проникновения глюкозы внутрь клетки, так и ее включение в обмен.
С жировой тканью ситуация совершенно иная. В условиях больших аэробных нагрузок проникновение глюкозы в жировые клетки начисто тормозится. Если учесть, что 90 % жира синтезируется из углеводов (глюкозы), можно понять, почему все бегуны на длинные дистанции такие тощие-претощие.
Пробовали выяснить, что больше влияет на включение глюкозы в метаболизм: скорость транспорта или фосфорилирование? Для этого ткани насыщались большими концентрациями глюкозы (400–500 мг%) и, в конце концов, торжественно объявили, что лимитирующим фактором является все-таки фосфорилирование. При дальнейшем нарастании концентрации глюкозы только от фосфорилирования зависела скорость ее включения в обмен. Вот мы опять вернулись к фосфорилированным углеводам. И видит око, да зуб неймет.
В каких органах самая высокая скорость транспорта глюкозы? В эритроцитах и в печени она на порядок (!) выше, чем в других тканях и здесь эта скорость определяется фосфорилированием.
Все мы знаем, что животные жиры вредны, а растительные полезны. Хотя злые языки давно уже поговаривают о том, что свободнорадикальное окисление растительных жиров намного сильнее, чем животных (акад. Дильман В.М и др.). Но кто бы мог подумать, что растительные жиры принимают самое активное участие в переносе углеводов через клеточные мембраны. Что зависит от скорости такого переноса, мы уже знаем. Оказывается, самое обычное увеличение в рационе дозы растительных масел значительно активизирует инсулин и изменяет жидкостные свойства клеточных мембран, делая их более проницательными для глюкозы (Mukherjec L.P. etal 1980 г.).
Во всех каталогах, расхваливающих аминокислотные смеси написано, что прием аминокислот стимулирует выброс в кровь соматроиина и инсулина, которые являются естественными "анаболиками" организма. Инсулин при этом по логике вещей должен стимулировать утилизацию глюкозы тканями. Я-то давно подозревал, что это не так. С чего бы это вдруг аминокислотам стимулировать выброс инсулина? С них и соматотропина вполне достаточно. И ведь верно! Относительно недавние исследования показали, что введение в организм чистых аминокислот не только не стимулирует, но даже тормозит выброс инсулина. Ведь соматотропин является "крнтринсулярным гормоном". Введение в организм аминокисют снижает содержание глюкозы на 62 мг% (!). Вот вам и решение спора о том, что лучше делать на ночь для сжигания жира: ужинать или принимать чистые аминокисюты. Получается, лучше принимать аминокислоты.
Циклический аденозинмонофосфат (ц-АМФ) является общепризнанным лидером среди внутриклеточных посредников возбуждающего и мобилизирующего медиаторного (гормонального) сигнала. И здесь все оказывается не так просто. В малых, физиологических концентрациях ц-АМФ усиливает утилизацию и снижение содержания глюкозы в крови, а в больших фармакологических концентрациях тормозит. Кто бы мог подумать! Классические допинги типа фенамина и первитина способны при превышении минимальных дозировок вместо энергизирующего эффекта давать обратный, тормозной. Ведь именно ц-АМФ является посредником возбуждающего сигнала всех стимуляторов.
А ведь много раз спортивные врачи замечали, что высокие дозы стимуляторов способны вместо прироста результатов дать их падение. Только объяснения все это не находило. Разглагольствовали о каком-то там запредельном торможении в нервных клетках, а разгадка оказалась проста: избыток стимулятора тормозит обмен глюкозы и все тут.
Повышение температуры тела, как, оказалось, ускоряет утилизацию глюкозы тканями. Отсюда есть повод лишний раз подумать: зачем организму повышать температуру тела во время интенсивных физических упражнений.
В организме животных и человека хром служит незаменимым микроэлементом углеводного и липидного обмена и его потребление с пищей значительно усиливает утилизацию глюкозы.
Оказывается, АТФ, которая образуется в результате, расщепления гликогена, совсем не может быть заменена той АТФ, которая образуется в результате окисления глюкозы. Это две совершенно разные вещи.
Помимо глюкозы все остальные сахара фосфорилируются и окисляются в цикле Кребса, только вот перед тем как окислиться в цикле Кребса они превращаются в глюкозу (глюконеогенез). Получается, что нет никаких биохимических обоснований для предпочтительного использования фруктозы или галактозы при диабете по сравнению с глюкозой.
В процессе пентозофосфатного цикла глюкоза не расходуется на продукцию энергии, но она служит исходным материалом для сип- теза РНК и ДНК. Анаболические стероиды, равно как и инсулин, вводимый извне, резко активизируют работу пентозофосфатного цикла.
При голодании основным источником глюкозы служит аланин-аминокислота, которая из мышц направляется в печень, где специальные ферменты превращают аланин в глюкозу, столь необходимую для окисления жиров. По мере адаптации организма к голоданию, развивается синтез глюкозы прямо из жирных кислот, а использование аминокислоты аланина, сопряженное с распадом мышечной ткани замедляется.
Считается, что синтез в организме незаменимых аминокислот невозможен, однако, как оказалось, для этого правила существует свое исключение. При аминокислотном дефиците 95 % задержанной мозгом глюкозы трансформируются в аминокислоты, особенно незаменимые. Даже когда человек умирает от истощения, вес его головного мозга остается неизменным, т. е. при голодании мозг погибает в последнюю очередь. 90 % жировой ткани образуется из глюкозы и лишь 10 % - из липидов. Отсюда становится понятным, чего на сам деле стоят, все эти "нейтрализаторы жиров в кишечнике" и т. д. Единственным реальным способом уменьшить количество жировой ткани является ограничение в рационе углеводов. Это хорошо известно тем, кто хоть раз испытал на себе все "прелести" предсоревновательной "сушки".
В принципе, не вызывает удивление тот факт, что чем выше физическая активность, тем меньше глюкозы включается в жировую ткань. При очень высокой физической нагрузке, эта величина может уменьшаться с 90 до 0,5 %. Основное количество глюкозы из жира образуется в печени. В организме человека в спокойном состоянии 50 % всей глюкозы потребляется головным мозгом, 20 % эритроцитами и почками, 20 % мышцами и только какие-то жалкие 10 % глюкозы остается на другие ткани. При интенсивной мышечной работе потребление мышцами глюкозы может возрасти до 50 % от общего уровня за счет чего угодно, но только не за счет головного мозга.
Чем выше уровень тренированности, тем больше мышцы используют в качестве энергии жирные кислоты и тем меньше глюкозу. В организме высококвалифицированных спортсменов 60–70 % энергетического обеспечения мышц достигается за счет использования жирных кислот и лишь 30–40 % за счет использования глюкозы.
В период восстановления после физической работы только 15 % молочной кислоты окисляется, а 75 % вновь превращается в гликоген. 10 % идут на другие реакции.
Аминокислота аланин, используемая для синтеза глюкозы в процессе гликонеогенеза из глюкозы, оказывается, вновь может превратиться в аланин. Аминогруппы для этого дают аминокислоты с разветвленными боковыми цепями (валин, лейцин, изолейцин). Таким образом, аминокислоты с разветвленными боковыми цепями могут тормозить распад мышечной ткани до глюкозы во время интенсивной физической работы и в этом их ценность.
В количественном отношении физическая нагрузка увеличивает потребление глюкозы в работающих мышцах в 10 раз. Примерно в такой же степени инсулин повышает утилизацию глюкозы в покоящейся мышце. Однако сочетание инсулина и физической работы значительно превышает их суммарный эффект - в данном случае, утилизация глюкозы возрастает в 34(!) раза по сравнению с исходным уровнем. Проблема заключается лишь в том, чтобы обеспечить организм адекватным количеством глюкозы, иначе такой рост потребления без соответствующего обеспечения вызовет тяжелую гипогликемию - снижение содержания глюкозы в крови вплоть до смерти головного мозга от банального недостатка энергии.
Мы все знаем, что знаем, что главная роль гликогена печени состоит в поддержании постоянного физиологического уровня глюкозы в крови в условиях дефицита экзогенных углеводов. Но мало кто знает, что если бы мышечный гликоген не обладал способностью к регенерации за счет глюкозы из печеночного гликогена, то весь запас мышечного гликогена при физической работе расходовался бы за 20 сек., при анаэробном окислении (белые мышцы) и за 3,5 мин в аэробных условиях (красные мышцы).
Синтез гликогена, как в мышцах, так и в печени идет принципиально одинаковым путем, однако в печени гликоген может синтезироваться за счет глюконеогенеза (из жира и белка), а в мышцах нет.
Мозг, почки и эритроциты (частично и печень) утилизируют глюкозу внеинсулиновым путем. Если учесть, что мозг утилизирует 50 %, а почки и эритроциты - 20 % всей глюкозы, то основной метаболический фонд глюкозы организма оказывается, не зависит от инсулина. Такой процесс, независимости закрепился в процессе эволюции и сделал энергетический обмен более "гибким" и совершенным. Фруктоза усиливает окисление жирных кислот, а глюкоза нет.
В мозговом слое почек, эритроцитах, семенниках утилизация глюкозы идет только бескислородным путем. Так важные для организма органы защитили себя от возможного дефицита кислорода и "подстраховали" себя от гибели.
О глюкозе можно говорить бесконечно. Она навсегда останется для нас знакомой, и в то же время совсем незнакомой и далекой от полного понимания ее обмена.
Закончим на этом наш рассказ. Оставим немного на потом.
Молоко и его продукты
По химической и биологической ценности молоко и молочные продукты превосходят все другие продукты, встречающиеся в природе. В молоке содержится более 100 (!) различных веществ, в т. ч. более 25 аминокислот, 40 жирных кислот, 25 минералов, 20 витаминов, десятки ферментов, несколько видов молочного сахара и т. д.
Специалисты по вопросам питания считают, что молоко и молочные продукты должны давать 1/3 калорийности суточного рациона. К настоящему времени молоко является исходным сырьем для создания огромного количества пищевых продуктов повышенной биологической ценности. Физиологической действие некоторых из них приближается к действию лекарственных препаратов. Из молока получают не только разнообразные продукты питания для обычных людей, но также и высокоспециализированные продукты спортивного питания, такие как кристаллические аминокислоты, аминокислоты с пептидами, протеины и т. д. Различные компоненты молока входят в сложные композиции спортивного и диетического питания, служат исходным сырьем для получения лекарственных препаратов и даже высококачественного клея.
Мы привыкли по большей части к коровьему молоку, но ведь молоко бывает разное. Задолго до нашей эры египтяне в лечебных целях принимали молоко ослиц. Гиппократ - величайший врач, живший незадолго до начала нашей эры, разработал показания и противопоказания для лечения различных болезней различными видами молока. Молоку различных животных он приписывал различные лечебные свойства. В средние века приобретает популярность лечебное и профилактическое применения кумыса, "мода" на который пришла из Средней Азии, а также кефиром, который "пришел" к нам из стран Закавказья. С молоком связано открытие витаминов. В 1880 г. Н.И. Лунин в своей диссертации показал, что синтетическая диета, равноценная по химическому составу молоку, в противоположность сухому молоку не способна предупредить гибель мышей. Откуда был сделан вывод, что в молоке кроме казеина, жира, молочного сахара и солей должны содержаться еще другие вещества, которые совершенно необходимы для питания. Позднее эти "вещества" получили название витаминов.
Более поздними исследованиями было показано, что молоко и молочные продукты относятся к необходимым продуктам питания человека, т. к. в них в сбалансированном состоянии содержатся все необходимые для организма пищевые и биологически активные вещества. Пищевая и биологическая ценность молока заключается в том, что:
1. Его компоненты хорошо сбалансированы.
2. Они очень легко усваиваются.
3. Компоненты молока используются, в основном, для синтетических и "строительных" (пластических) целей.
Аминокислоты молока настолько хорошо сбалансированы, что его белки усваиваются на 98 %. По своей усвояемости белки молока уступают (и то только на 2 %) усвояемости белков яйца, аминокислотный баланс которого принят Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ) за эталон (100 %). Комбинации белков молока с другими белковыми продуктами позволяют значительно улучшить общую сбалансированность аминокислот белков всего пищевого рациона. Жиры молока содержат дефицитную арахидоновую кислоту и встречающийся только в молоке биологически активный белково- лецитиновый комплекс. Оба эти компонента препятствуют развитию атеросклеротических процессов в организме. Углеводы молока представлены своеобразным сахаром - лактозой, ни в каких других продуктах не встречающейся. Особое значение имеет кальций молока, который можно рассматривать как самый легкоусвояемый кальций, существующий в природе. Кальций, содержащийся, скажем, в растительных продуктах, усваивается крайне плохо. Поэтому кальций молочных продуктов имеет исключительно важное значение для организма. В молоке представлены исключительно благоприятно сбалансированный комплекс витаминов, особенно витаминов А и В2, витамина D3 и каротина, холина и токоферолов тиамина и аскорбиновой кислоты. Общая сбалансированность всех веществ, входящих в состав молока, характеризуется антисклеротической направленность, которая оказывает нормализующие влияния на уровень холестерина сыворотки крови.
По сравнению с другими видами пищи молоко мало возбуждает активность пищеварительных желез. Это связано с легким перевариванием и легким усвоением молока. Поскольку молоко является таким "щадящим" продуктом, оно (равно как и молочные продукты) широко используется почти во всех диетах современного лечебного питания.
В питании человека используется молоко различных лактирующих животных - коров, коз, овец, лошадей и др. Считается, что особо высокими пищевыми и энергетическими свойствами обладает буйволиное и овечье молоко. По характеру белков молока различных животных можно подразделить на казеиновое (казеина 75 % и более) и альбуминовое (казеина 50 % и менее, остальной белок представлен, в основном альбуминами).
К казеиновому молоку относится молоко большинства лактирующих сельскохозяйственных животных, в т. ч. и коровье. Коровье молоко - основной вид молока, используемого в большинстве стран в качестве продукта питания.
Альбуминовое молоко по своим свойствам в наибольшей степени приближается к женскому молоку и является наилучшим его заменителем. Особенностями альбуминового молока является более высокая - по сравнению с казеиновым биологическая и пищевая ценность, обусловленная лучшей сбалансированностью аминокислот, высоким содержанием сахара и способностью при скисании образовывать более нежные хлопья, что обуславливает его более высокую усвояемость. К альбуминовому молоку относят кобылье и ослиное.
Казеин - основной белок коровьего молока. В желудке человека молоко створаживается под действием соляной кислоты и образует некоторое подобие кефира. Лишь после этого оно подвергается пищеварению. Казеин при створаживании образует относительно крупные и грубые частицы. Альбумин, которые содержится в женском молоке, и альбумин новых видов молока при створаживании образует частицы, размер которых приблизительно в 10 раз меньше створоженных казеиновых частиц. Поэтому они значительно легче усваиваются.
Белки молока характеризуются высокой биологической ценностью и оригинальной, присущей только молоку, сбалансированностью аминокислот. В молоке, в основном, представлены три вида белка:
1. Казеин (казеиноген).
2. Лактоальбумин.
3. Лактоглобулин.
Кроме того, в нем содержится небольшое количество белка оболочек жировых шариков.
Основной белок молока - это казеин, содержание которого в молоке 2,7 % (81,9 % от общего количества белков молока). Лактоальбумин содержится в молоке в количестве 0,4 % (12,1 % от общего количества белков молока). Лактоглобулин в количестве 0,2 % (6 % от общего количества белков молока).
Белки молока отличаются от других белков тем, что связаны в едином комплексе с фосфором и кальцием, а также особенностями коллоидной структуры.
Казеин - (казеиноген) - это фосфопротеин, в молекуле которого фосфор и виде фосфорной кислоты связан с аминокислотами, образуя сложный эфир с серином, треонином и др. Кроме того, казеин связан с кальцием молока и образует при этом активный казеин - фосфаткальциевый комплекс. Казеин, находящийся в молоке в виде кальциевой соли, называется казеинатом кальция. В процессе выпадения сгустка при скисании или створаживании молока казеинат кальция взаимодействует с молочной кислотой, распадается на молочнокислый кальций и казеин, выпадающий в виде осадка (значительная часть молочнокислого кальция при этом остается в жидкой части, в сыворотке).
Сочетание кальция и фосфора в едином белковом комплексе является в высшей степени благоприятным. Для усвоения кальция необходим фосфор и, наоборот, для усвоения фосфора необходим кальций. Оптимальное соотношение этих двух важнейших микроэлементов происходит в пропорции 1:1,3 (кальций/фосфор). Без такого соотношения невозможно нормальное построение кожной ткани, зубов, суставно-связочного аппарата и т. д.