6.2. Биологическая роль жиров
Жиры и жироподобные вещества (липиды) попадают в организм человека с различными пищевыми продуктами. Липиды широко представлены в природе. Они входят в состав тканей животных и растений. Вегетативные части растений накапливают не более 5 % липидов, семена – 50 % и более. В организме человека содержится в норме 10–20 % жира, но при некоторых нарушениях жирового обмена его количество может возрасти до 50 %.
Липидам свойственны разнообразные функции. Они являются источниками энергии; при окислении в организме 1 г жира выделяется 9 ккал. Количество воды, образующейся в организме при полной деградации жиров, относительно велико. Так, при окислении 100 г жира выделяется 107 г эндогенной воды, что имеет особое значение в экстремальных условиях, например при недостаточном поступлении воды извне.
Липиды выполняют структурно-пластическую роль, так как входят в состав клеточных и внеклеточных мембран всех тканей.
Жиры являются растворителями витаминов А, D, Е, К и способствуют их усвоению. С пищевыми жирами в организм поступает ряд биологически активных веществ: фосфатиды, полиненасыщенные жирные кислоты, стерины и др.
Липиды, входящие в состав нервных клеток и их отростков, обеспечивают направленность потоков нервных сигналов. Из липидов образуются некоторые гормоны (половые, коры надпочечников), а также витамин D. Липиды кожи и внутренних органов выполняют защитную роль. В организме человека и животных липиды предохраняют тело от переохлаждения, так как препятствуют отдаче тепла, а также от механического повреждения (например, почки). Липиды, выделяемые сальными железами, придают коже эластичность, предохраняют ее от высыхания.
В организме человека жир находится в двух видах: структурный (протоплазматический) и резервный (в жировых депо).
Структурный жир в клетках входит в состав особых включений или сложных относительно прочных соединений с белками, которые называются липопротеиновыми комплексами. Они содержатся в крови, участвуют в построении клеток. Количество липоплазматического жира поддерживается в органах и тканях на постоянном уровне, который не изменяется даже при голодании.
Резервный (запасной) жир накапливается в жировых депо: под кожей (подкожный жировой слой), в брюшной полости (сальник), около почек (околопочечный жир). Степень накопления резервного жира зависит от ряда причин: характера питания, уровня энергозатрат, возраста, пола, конституционных особенностей организма, деятельности желез внутренней секреции. Так, тяжелая физическая работа, некоторые заболевания, недостаточное питание способствуют уменьшению количества запасного жира.
Напротив, избыточное питание, гиподинамия, снижение функции половых желез, щитовидной железы приводят к увеличению количества резервного жира. В запасном жире постоянно происходят синтез и распад; он является источником обновления внутриклеточного структурного жира.
Энергетическая ценность жиров более чем вдвое превышает таковую белков и углеводов, в связи с чем липиды называют «концентратами энергии». По энергетической ценности 25 г жира соответствует 175 г мяса, 330 г молока, 100 г хлеба, 222 г картофеля.
Для выполнения энергетических затрат организма и построения его клеточных структур в дневном рационе взрослому человеку необходимо 80–100 г жира/сут. Эта норма включает не только сливочное и растительное масло, но и жиры мяса, рыбы, сыра, молока, кондитерских изделий (содержащиеся в них жиры называются невидимыми). В рационе должно содержаться 25–30 г непрогретого растительного масла и в таком же виде 30–35 г сливочного масла или соответствующие по содержанию жира количества сметаны, сливок; остальное количество (до суточной нормы) должны составлять кулинарные жиры. Потребность в липидах зависит от возраста, пола, уровня суточных энергозатрат. В пище за счет жира следует обеспечить 33 % суточной энергетической ценности рациона. Этот показатель изменяется в зависимости от климатических условий. В северной климатической зоне жиры должны обеспечить 38–40 % общей энергетической ценности рациона, в средней – 33 %, в южной – 27–28 %.
6.3. Биологическая роль углеводов
Углеводам принадлежит исключительно важная роль в питании. Для человека они являются основным источником энергии (притом легко утилизируемой), необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. При окислении одного грамма углеводов в организме образуется 4 ккал.
Источником углеводов в питании служат растительные продукты, в них углеводы составляют 80–90 % сухой массы. Основным углеводом, имеющим питательную ценность для человека, является крахмал. Большим содержанием крахмала отличаются зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса, риса, кукурузы, а также клубни картофеля.
Содержание крахмала в пшеничной и рисовой муке, в крупах достигает 70–80 %, в картофеле его содержится от 14 до 25 % (чаще около 20 %). Следовательно, основным источником крахмала являются такие общеупотребляемые пищевые продукты, как хлеб, крупы и картофель. Сахарозу, глюкозу и фруктозу человек получает с пищевым сахаром и фруктами (плодами и ягодами) в сравнительно небольшом количестве.
Роль углеводов в организме человека не ограничивается их функцией источника энергии. Эта группа веществ и их производные входят в состав разнообразных тканей и жидкостей, то есть являются пластическими материалами. Так, соединительная ткань содержит мукополисахариды, в состав которых входят углеводы и их производные.
Разнообразна регуляторная функция углеводов. Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему.
Некоторые углеводы и их производные обладают биологической активностью, выполняя в организме специализированные функции. Например, гепарин предотвращает свертывание крови в сосудах. Велико значение углеводов и их производных в защитных реакциях организма, особенно протекающих в печени.
Из моносахаридов важное значение имеет фруктоза, особенно для больных сахарным диабетом, так как ее обмен в организме происходит с участием ферментов, активность которых не зависит от наличия инсулина. Преимущество потребления фруктозы по сравнению с глюкозой связано также с различной степенью сладости этих углеводов. Если принять сладость сахарозы (свекольный или тростниковый сахар) за 100, то этот показатель для фруктозы равен 173. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшее количество ее для придания вкуса продуктам и напиткам, что имеет особо важное значение для пищевых рационов ограниченной калорийности. В арбузе, дыне, яблоке, груше, черной смородине фруктоза преобладает над глюкозой. Источниками сахарозы являются свекла, мед, фрукты, ягоды, свекольный и тростниковый сахар.
К производным углеводов относятся сорбит и ксилит, содержащиеся в небольших количествах в тканях человека. Эти вещества имеют сладкий вкус и применяются в качестве заменителей сахара. Сладость сорбита почти в два раза ниже, чем сахара. При добавлении в чай этого заменителя ощущается некоторый посторонний привкус. Ксилит (примерно такой же сладкий, как сахар) обладает холодящими свойствами, напиткам и изделиям не придает постороннего вкуса. Сорбит получают в процессе производства аскорбиновой кислоты из глюкозы; ксилит – из початков кукурузы, хлопковой шелухи. Калорийность сорбита составляет 3,53 ккал/г, ксилита – 3,67 ккал/г, т. е. близка к энергетической ценности углеводов.
В организме ксилит и сорбит расщепляются до углекислого газа и воды, не вызывают повышения уровня глюкозы в крови, поэтому их используют в рационах больных сахарным диабетом.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат человека. Чем интенсивнее физическая нагрузка, тем большее количество углеводов необходимо организму. Средняя потребность в углеводах равна 400–500 г/сут, в том числе крахмала 350–400 г, моно– и дисахаридов 50–100 г (их следует разделить на 3–4 приема по 20–25 г за один раз), пищевых балластных веществ (целлюлоза и пектиновые вещества) – 25 г.
Неумеренное потребление сахара способствует развитию кариеса зубов, нарушению нормального соотношения между возбудительными и тормозными процессами в нервной системе детей, что проявляется в их неуравновешенном поведении. Излишек сахара поддерживает воспалительные процессы. Это нередко происходит при чрезмерном потреблении конфет, тогда в желудке развивается так называемая разжижающая секреция в ответ на большую концентрацию сахара. Потребление значительных количеств сахара способствует аллергизации организма, извращает нормальные реакции, например на холод: вместо расширения сосудов, обеспечивающего согревание кожи, происходит их сужение, вследствие чего наступает охлаждение со всеми вытекающими последствиями.
Рекомендованная норма углеводов должна быть уменьшена при ряде заболеваний, особенно при сахарном диабете, ожирении, аллергиях, воспалительных процессах. В современных условиях нормы углеводов для лиц, не занимающихся физическим трудом, должны быть значительно снижены, особенно в пожилом возрасте. При этом важно ограничить потребление рафинированных так называемых «незащищенных» углеводов, которые подвергнуты различной степени очистки и максимально освобождены от составных частей продукта, в частности от целлюлозы, витаминов, минеральных соединений. Такие углеводы более доступны действию пищеварительных ферментов, чем содержащиеся в продуктах, не очищенных от балластных веществ. Источниками рафинированных углеводов – «пустых» калорий – являются: сахар, все виды кондитерских изделий, изделия из муки высших сортов.
В питании людей пожилого возраста и физически ненагруженных групп населения большая доля углеводов должна быть обеспечена «защищенными» углеводами. Они содержатся в растительных продуктах и представлены в основном крахмалом, которому сопутствует клетчатка в количестве не менее 0,1 %.
Соотношение между содержанием в рационе белков, жиров и углеводов зависит от возраста, состояния здоровья, характера выполняемой работы. Так, для людей, занятых работой, не требующей значительных физических усилий, оптимальным является соотношение 1: 1: 4. Для людей, занятых физическим трудом, доля углеводов в рационе возрастает и сбалансированность белков, жиров и углеводов выражается формулой 1: 1: 5.
При больших физических нагрузках (например, у спортсменов) нормы углеводов еще более повышены. Для лиц, занятых умственным трудом, наиболее рационально соотношение белков, жиров и углеводов 1: 0, 8: 3.
В виде гликогена углеводы накапливаются в печени и мышцах. Однако углеводные депо характеризуются относительно небольшой емкостью, и для удовлетворения организма эти нутриенты должны бесперебойно поступать с пищей. При больших физических нагрузках расход энергии не покрывается углеводами пищи и их запасами в организме; энергия образуется в результате окисления жира, мобилизующегося из жировых депо организма.
В пищевых рационах жителей экономически развитых стран превалируют рафинированные продукты, в значительной мере лишенные пищевых волокон (изделия из белой муки, манной крупы, риса, макарон, сахара). В результате ослабляется двигательная активность толстого кишечника. Застой шлаков приводит к развитию геморроя, изменению состава микрофлоры кишечника, ухудшению биосинтеза ряда витаминов (частично используемых организмом), увеличению образования токсических продуктов, в том числе канцерогенных, повышению их всасывания в кровь. Недостаток пищевых волокон в рационах способствует не только нарушениям функций толстого кишечника, но и преждевременному старению, развитию ожирения, сахарного диабета, заболеваний сердечно-сосудистой системы, холецистита и рака кишечника.
Избыток пищевых волокон также оказывает неблагоприятное действие на организм, так как при этом нарушаются процессы всасывания в кишечнике. Потребление большой дозы сахара за один раз или за сутки вызывает повышенное выделение инсулина, следовательно, способствует усилению деятельности поджелудочной железы, что может привести к ее истощению и развитию диабета. Избыток углеводов под влиянием инсулина переходит в жир.
Реальными путями снижения потребления «пустых калорий» являются следующие: использование для подслащивания напитков «вприкуску» варенья, повидла, протертых с сахаром ягод, фруктово-ягодного мармелада, восточных сладостей, пастилы, сухофруктов (курага, изюм); использование в качестве третьих блюд фруктово-ягодных соков, настоев трав; увеличение производства и расширение ассортимента кондитерских изделий, в которых сахар заменен ксилитом или сорбитом. Для изготовления кондитерских изделий следует преимущественно использовать белковые, фруктово-ягодные начинки и кремы.
Хорошая обеспеченность организма углеводами способствует увеличению использования энергии в условиях гипоксии, что особенно важно для спортивной деятельности (табл. 4).
Важнейшим принципом сбалансированного и рационального питания является определение правильного и обоснованного соотношения основных пищевых и биологически активных веществ – белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных элементов в зависимости от пола, возраста, характера трудовой деятельности и общего жизненного уклада. В действующих рекомендациях принято соотношение белков, жиров и углеводов у детей младшего возраста – 1: 1: 3, старшего – 1: 1: 4, у взрослых – 1: 0,9: 4,6.
Таблица 4. Минимальная потребность в углеводах при различной длительности спортивных нагрузок
6.4. Физиологическое значение витаминов
Витамины – это вещества высокобиологического действия, которые принимают участие во всех жизненно важных биохимических процессах.
Витамины синтезируются главным образом в растениях. Человек получает витамины непосредственно с растительной пищей или косвенно – через продукты животного происхождения, в которых витамины могут накапливаться из растительных материалов в течение жизни животного. В образовании некоторых витаминов (например, группы В) играет роль микрофлора пищевого канала человека и жвачных животных. Кальциферолы могут синтезироваться в организме при воздействии ультрафиолетовых лучей на содержащийся в кожном сале провитамин (7,8-дегидрохолестерин).
Витамины выполняют в организме каталитические функции. Вместе с белками они образуют ферменты и являются необходимыми компонентами тех или иных ферментных реакций. Этим объясняется огромная роль ничтожных количеств витаминов в обмене веществ.
Достаточное количество витаминов в пище повышает созидательные процессы в организме, способствует росту и восстановлению тканей, благоприятствует оптимальному течению обменных процессов и поддерживает их на таком уровне, когда защитные свойства организма против неблагоприятных факторов внешней среды сильно возрастают. Поэтому большое практическое значение имеет предупреждение витаминной недостаточности и обеспечение организма оптимальным количеством витаминов.
Потребность в витаминах возрастает при физической нагрузке и нервно-психическом напряжении, при работе в условиях повышенных или пониженных температур, а также при приеме некоторых лекарственных препаратов. Антибиотики, угнетая кишечную микрофлору, отрицательно влияют на витаминный обмен.
Хотя потребность организма в витаминах невелика и исчисляется миллиграммами, удовлетворить ее нелегко.
Поступление витаминов в организм в нашей стране подвержено сезонным колебаниям. Это связано с ограничением потребления овощей, фруктов и ягод в зимние и весенние месяцы, а также со снижением содержания витаминов при длительном хранении продуктов.
При нерациональном производстве и кулинарной обработке пищевых продуктов имеют место значительные потери и разрушение витаминов. Наиболее стойкими являются рибофлавин, пиридоксин, кальциферолы, токоферолы. Быстрее других разрушается аскорбиновая кислота.
Содержание витаминов в пищевых продуктах весьма изменчиво. В растительных продуктах оно зависит от сорта и условий произрастания, в продуктах животного происхождения – от условий содержания и вскармливания.
Известны 13 незаменимых пищевых веществ, которые считаются витаминами. Их принято делить на водорастворимые и жирорастворимые: водорастворимые – это витамин С и витамины группы В, а также Н и РР; к жирорастворимым относятся витамины А, Е, D и К.
Витамин С (аскорбиновая кислота) относится к группе водорастворимых витаминов. Это основной витамин овощей и плодов; в животных продуктах он отсутствует. Организм человека, в отличие от животного, в процессе эволюции потерял способность вырабатывать аскорбиновую кислоту, поэтому должен получать ее с продуктами питания или в виде препаратов.
Влияние на организм: аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных процессах, уплотняет стенки капилляров, хрящевую и костную ткань, нормализует проницаемость сосудистой стенки, ее прочность и эластичность, повышает сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям. Витамин С стимулирует деятельность центральной нервной системы и эндокринных желез, улучшает работу печени. Он способствует усвоению железа и кроветворению, повышает сопротивляемость организма к различным интоксикациям, перегреванию, охлаждению, кислородному голоданию.
Проявления недостаточности в питании. При частичном недостатке аскорбиновой кислоты в рационе развиваются скрытые формы С-витаминной недостаточности (С-гиповитаминозное состояние). Для начальных стадий С-гиповитаминоза характерны неспецифические симптомы: снижение умственной и физической работоспособности, вялость, слабость, снижение сопротивляемости инфекциям. Далее при С-гиповитаминозе наблюдается повышенная чувствительность к холоду, беспричинная зябкость, очень быстрая утомляемость, подавленность или раздражительность, снижение аппетита, слабость в ногах. Иногда отмечаются боли в ногах и пояснице, сердцебиение при небольшой физической нагрузке.