Учебник_физиология_питания

91

скольку он объединяет вещества различной химической природы. Пищевые волокна - это компоненты растительной пищи, неперевариваемые в желудочно-кишечном тракте и включающие в себя различные химические компоненты. Такими свойствами обладаю разнообразные пищевые углеводы, особенно устойчив крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин и неусваиваемые олигосахариды.

Камеди (гумми), некоторые пектины и гемицеллюлоза ферментируются в толстом кишечнике. Значительное количество пищевых волокон этого типа содержат овес, ячмень, горох, некоторые овощи, например, картофель.

Неусваиваемые олигосахариды (НО) являются теми компонентами пищи, пребиотическое действие которых было доказано. НО представляют собой олигомерные углеводы, причем пространственная структура связей внутри молекул делает их устойчивыми к гидролизу под действием пищеварительных ферментов. Согласно опубликованным данным к НО, обладающим свойствами пребиотиков относят:

фруктаны инулинового типа (фруктоолигосахари-

ды);

олигосахариды сои; (раффиноза и стахиоза);

галактоолигосахариды или трансгалактоолигосаха-

риды;

галактозилсахароза;

изомальтоолигосахариды;

палатиноза (изомальтулоза);

ксилоолигосахариды.

Лидирующую позицию среди НО занимают соединения фруктозы. Фруктоолигосахаридами называют все плохо всасываемые олигосахариды, в составе которых преобладает фруктоза. Строго с точки зрения номенклатуры эти молекулы следует называть «фруктанами инулинового типа» - это линейные бета-(2-1)-фруктаны, отличающиеся от «леванов», разветвленных бета-(2-6)-фруктанов. Кроме пребиотического эффекта фруктаны инулинового типа улучшают биологиче-

92

скую доступность кальция.

Фруктаны инулинового типа являются на текущий момент времени наиболее изученными и лидируют на рынке пребиотиков. Они встречаются в чесноке, луке, спарже, артишоках, бананах и пшенице. Среднее потребление фруктанов инулинового типа варьируется в пределах от 1 до 12 г/сутки в зависимости от рациона.

Потенциально важной группой пребиотиков являются галактоолигосахариды или трансгалактоолигосахариды, которые в промышленности получают трансгликозилированием лактозы. Они представляют собой галактозильные производные лактозы с бета-1-3- и бета-1-6- связями.

Предполагаемая пребиотическая функция фруктоолигосахаридов и галактоолигосахаридов объясняется, по крайней мере частично, специфичностью бетафруктозидазы и бетагалактозидазы из Bifidobacterium к типу расщепляемой связи. Эти ферменты являются клеточноассоциированными.

Мальтоолигосахариды и ксилоолигосахариды, имеющие в своем составе глюкозные звенья, являются кандидатами в пребиотики.

Вне зависимости от их пребиотического действия НО относятся к комплексу пищевых волокон из-за плохого всасывания и ферментации в толстой кишке. В частности было показано, что фруктаны инулинового типа оказывают приблизительно такой же эффект на формирование фекальной массы, как и растворимые волокна типа пектина, значительно снижают ожирение печени и уровень триглицеридов в крови.

При маркировке продуктов питания инулин и олигофруктозу классифицируют как пищевые волокна.

Кроме биополимеров, определяющих непосредственно термин «пищевые волокна» (лигнин, целлюлоза, пектин, гемицеллюлозы), в них входят сопутствующие вещества: крахмал, липиды, белковые, минеральные, дубильные веще-

93

ства и др.

Пищевые волокна присутствуют только в растительной пище - фруктах, овощах, злаковых, бобовых.

Минеральные вещества в питании так же незаменимы, как белки, жиры и витамины. Они составляют значительную часть человеческого тела.

Накапливаемые клетками в определенных соотношениях или выбрасываемые из клеток в окружающую среду, ионы металлов играют роль необходимых компонентов ферментных систем, участвуют в важнейших обменных процессах организма – водно – солевом, кислотнощелочном, поддерживают осмотическое давление в клетках, влияют на иммунитет, кроветворении, свертываемости крови.

При оценке полноценности питания с позиции достаточности поступления химических элементов стоит иметь ввиду, что минеральные вещества представляют интерес только как «будущие биоэлементы», т.е. химические элементы которые находятся и функционируют в составе живого организма.

Наибольшую практическую ценность представляют две характеристики биоэлементов – их количественное содержание в организме и реакция организма на дефицит или избыток этих элементов.

Биоэлементы в зависимости от количественного содержания в организме, разделяют на:

биоэлементы - органогены (их содержание в организме измеряется кг);

биоэлементы - макроэлементы (их содержание измеряется в г);

биоэлементы - микроэлементы (их содержание в организме измеряется в долях г).

Биоэлементыорганогены - это кислород, азот, углерод и водород. На их долю в организме приходится более 96% массы тела. Они образуют молекулы основных компонентов пищи – макронутриентов (белков, жиров, углеводов).

94

В группу биоэлементымакроэлементы входит: фосфор, калий, натрий, магний, кальций и хлор и относятся к числу незаменимых микронутриентов.

Физиологическая потребность для взрослых составля-

ет для:

фосфора – 800 мг/сутки;

калия – 2500 мг/сутки;

натрия – 1300 мг/сутки;

хлора – 2300 мг/сутки;

магния – 400 мг/сутки;

кальция – 1000 мг/сутки.

Фосфор в форме фосфатов принимает участие во многих физиологических процессах, включая энергетический обмен в виде высокоэнергетического АТФ), регуляции кислотно – щелочного баланса, входит в состав фосфолипидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, участвует в клеточной регуляции путем фосфорилирования ферментов, необходим для минерализации зубов и костей. Дефицит приводит к анорексии, анемии, рахиту. Оптимальное соотношение фосфора к кальцию составляет 1:1.

Кальций необходимый элемент минерального матрикса кости, выступает регулятором нервной системы, участвует в мышечном сокращении. Дефицит приводит к деминерализации позвоночника, костей таза и нижних конечностей, повышает риск развития остеопороза.

Магний является кофактором многих ферментов, в том числе энергетического метаболизма, участвует в синтезе белков, нуклеиновых кислот, обладает стабилизирующим действием для мембран, необходим для поддержания гомеостаза кальция, калия и натрия. Недостаток магния приводит к гипомагниемии, повышению риска развития гипертонии, болезней сердца.

Калий является основным внутриклеточным ионом, принимающим участие в регуляции водного, кислотного и электролитного баланса, участвует в процессах проведения

95

нервных импульсов, регуляции давления.

Натрий внеклеточный ион, принимающий участие в переносе воды, глюкозы крови, генерации и передаче электрических нервных сигналов, мышечном сокращении.

Хлор необходим для образования и секреции соляной кислоты в организме

Биоэлементымикроэлементы включают в свой состав: железо, цинк, йод, медь, марганец, селен, хром, молибден, фтор.

Физиологическая потребность для взрослых составля-

ет для:

Железа – 10 мг/сутки для мужчин и 18 мг/сутки для женщин;

Цинка – 12 мг/сутки;

Йода – 150 мг/сутки;

Медьи – 1,0 мг/сутки;

Марганеца – 5 мг/сутки;

Селена – 55 мкг/сутки для женщин и 70 мкг/сутки для мужчин;

Хрома – 50 мкг/сутки;

Молибдена – 70 мкг/сутки;

Фтора – 4 мг/сутки.

Железо входит в состав различных по своей функции белков, в том числе ферментов. Участвует в транспорте электронов, кислорода, обеспечивает протекание окислительно – восстановительных реакций и активацию перекисного окисления.

Цинк входит в состав более 300 ферментов, участвует в процессах синтеза и распада углеводов, белка, жиров, нуклеиновых кислот и регуляции экспрессии ряда генов. Исследованиями последних лет выявлена способность высоких доз цинка нарушать усвоение меди, и тем способствовать развитию анемии.

Йод участвует в функционировании щитовидной железы, обеспечивая образования гормонов (тироксина и трий-

96

одтиронина). Он необходим для роста и дифференцировки клеток всех тканей организма человека, митохондриального дыхания, регуляции трансмембранного транспорта натрия и гормонов. Потребление йода с пищей варьируется в различных геохимических регионах.

Медь входит в состав ферментов, обладающих окислительно - восстановительной активностью и участвующих в метаболизме железа, стимулирует усвоение белков и углеводов. Участвует в процессах обеспечения тканей организма человека кислородом.

Марганец участвует в образовании костной и соединительной ткани, входит в состав ферментов, включающихся

вметаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов, необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов.

Селен – эссенциальный элемент антиоксидантной системы защиты организма человека, обладает иммуномодулирующим действием, участвует в регуляции действия тиреоидных гормонов.

Хром участвует в регуляции уровня глюкозы крови, усиливая действие инсулина. Дефицит приводит к снижению толерантности к глюкозе.

Молибден является кофактором многих ферментов, обеспечивающих метаболизм серусодержащих аминокислот, пуринов и пиримидинов. Фтор инициирует минерализацию костей. Недостаточное потребление фтора приводит к кариесу, преждевременному истиранию эмали зубов.

Для нормальной жизнедеятельности абсолютно необходимо не только регулярное получение макро- и микроэлементов, а также правильное их соотношение и адекватный уровень среднесуточного поступления.

Микронутриентыпищевые вещества (витамины, минеральные вещества и микроэлементы), которые содержаться

впище в очень малом количествах – миллиграммах или микрограммах. Они не являются источниками энергии, но участвуют в усвоении пищи, регуляции функций, осуществлении

97

процессов роста, адаптации и развитии организма. Витамины – группа эссенциальных микронутриентов,

участвующих в регуляции и ферментативном обеспечении большинства метаболических процессов. Поступают в организм с пищевыми продуктами, в которых находятся в свободном или связанном виде, а также в виде провитаминов. Витамины также синтезируются в организме человека, преимущественно в кишечнике, с участием нормальной кишечной микрофлорой.

Провитамины (греч. pro— перед, раньше, вместо)— биохимические предшественники витаминов. Провитаминами принято называть природные вещества, которые в организме животных и человека превращаются в витамины. Так, бета-каротин является провитамином А, эргостерин и 7- дегидрохолестерин – провитаминами D.

Отдельные витамины представляют собой группу близких по химической структуре соединений. Эти варианты одного и того же витамина называются витамерами. Они обладают сходными специфическими, но отличающимся по силе биологическим эффектом на организм.

Впервые вывод о существовании неизвестных веществ, абсолютно необходимых для жизни, сделал Николай Лунин в 1880 г. В своей диссертационной (по современным меркам – дипломной) работе, выполненной в Дерптском (ныне Тартуском) университете, он обнаружил, что мыши не могут выжить, питаясь искусственной смесью из белка, жира, сахара и минеральных солей. Вывод Лунина не получил признания, даже его руководитель Г.Бунге отнесся к этой идее скептически. И его можно понять. Еще в XIV в. английский философ Уильям Оккам провозгласил: "Сущности не следует умножать без необходимости". И этот принцип, известный как "бритва Оккама", ученые взяли на вооружение. И все-таки Лунин оказался прав! Его работа не была забыта, напротив, она стимулировала дальнейшие исследования в этом направлении. Потребовалось 30 лет для того, чтобы

98

убедиться, что неудачи в кормлении животных искусственными смесями не связаны с отсутствием в пище ни нуклеиновых кислот, ни фосфолипидов, ни холестерина, ни незаменимых аминокислот, ни органических комплексов железа. И вывод о том, что в продуктах питания содержатся в очень малых количествах вещества, абсолютно необходимые для жизни, становился все более очевидным.

К 1910 г. был накоплен достаточный материал для открытия витаминов. И в 1911–1913 гг. произошел прорыв в этом направлении. За очень короткое время появилось большое число работ, заложивших основы учения о витаминах.

В 20-е гг. с разработкой способов получения экспериментальных авитаминозов и совершенствованием методов очистки витаминов постепенно становилось ясно, что витаминов не два и не три, а гораздо больше.

Вначале выяснили, что «витамин А» на самом деле является смесью двух соединений, одно из которых предотвращает ксерофтальмию, а другое – рахит. За первым сохранилась буква А, а второе назвали «витамин D». Затем был открыт витамин Е, предотвращавший бесплодие у крыс, растущих на искусственной диете. Тогда же стало ясно, что и «витамин В» состоит как минимум из двух витаминов. Вот тут и начинается первая путаница: одни исследователи обозначили новый витамин, предотвращавший пеллагру у крыс и стимулировавший рост животных, буквой G, другие предпочли называть этот фактор «витамином В2», а фактор, предотвращавший бери-бери, – «витамином В1».

Термины В1 и В2 прижились. Фактор роста сохранил название В2, а фактор, предотвращающий пеллагру крыс, стал В6. Почему же использовали индекс 6? Разумеется, потому, что за это время появились В3, В4 и В5. Куда же они потом делись? Название В3 получило в 1928 г. новое вещество, найденное в дрожжах и предотвращавшее дерматит у цыплят. Об этом веществе долгое время не было известно практически ничего, а десять лет спустя, выяснилось, что оно

99

идентично пантотеновой кислоте, которая изучалась как фактор роста дрожжей. В результате для этого витамина осталось название «пантотеновая кислота».

В1929 г. в дрожжах был обнаружен фактор, который

поспешили назвать «витамином В4». Вскоре выяснилось, что этот фактор – не витамин, а смесь трех аминокислот (аргинина, глицина и цистина).

В1930 г. появился термин «витамин В5»: такое название было предложено для фактора, который впоследствии оказался смесью двух витаминов. Один из них – никотиновая кислота, которую изредка продолжают называть «витамин

В5», другой – витамин В6.

И в последующие годы продолжался тот же процесс: время от времени появлялись сообщения об открытиях новых факторов, и к букве «В» добавлялся новый индекс. Но повезло только индексу 12. Соединения с другими индексами либо оказались не витаминами или уже известными витаминами, либо их действие не получило подтверждения, либо название не получило широкого распространения.

А вскоре буквенная классификация витаминов утратила свое значение.

В 1976 г. Международный союз нутриционистов (от англ. nutrition – питание) рекомендовал сохранять буквенные обозначения в группе В только для витаминов В6 и В12 (повидимому, из-за того, что эти витамины имеют несколько форм). Для остальных рекомендованы тривиальные названия веществ: тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, биотин

– или обобщающие термины: ниацин, фолацин.

Главные общебиологические свойства витаминов:

биосинтез витаминов осуществляется вне организма, лишь некоторое количество витаминов образуется благодаря деятельности кишечной микрофлоры. Поэтому основная часть витаминов должна поступать в организм человека извне, с пищевыми продуктами;

витамины не являются пластическим материалом

100

для построения тканей или источником энергии. Однако витамины необходимы для всех жизненно важных процессов и эффективны уже в очень малых количествах;

недостаточное содержание витаминов в пище, снижение их усвоения, нарушения состава и функций кишечной микрофлоры ведет к развитию патологических процессов – гиповитаминозов (авитаминозов);

избыточное накопление в организме некоторых витаминов (А, Д) также может сопровождаться развитием патологических проявлений (гипервитаминозы);

для предотвращения развития гиповитаминозов эффективно профилактическое применение соответствующих витаминов;

для лечения гипо- и авитаминозов необходимо применять повышенные дозы витаминов.

Потребность человека в отдельных витаминах зависит от возраста, состояния здоровья, характера деятельности, времени года, полноценности питания. Физическое напряжение и интенсивная умственная деятельность сопровождается повышенным расходованием ряда витаминов. Поэтому величина необходимой совокупности алиментарных факторов для поддержания динамического равновесия между человеком, как сформировавшимся в процессе эволюции биологическим видом, и окружающей средой, и направленная на обеспечение жизнедеятельности, сохранения и воспроизводства вида и поддержания адаптационного потенциала значительно варьируется.

Водорастворимые витамины.

Витамин С (формы и метаболиты аскорбиновой кислоты) – участвует в окислительно – восстановительных реакциях, функционировании иммунной системы, способствует усвоению железа. Уточненная физиологическая потребность для взрослых – 90 мг/сутки.

Витамин В1 – тиамин в форме образующегося из него тиаминдифосфата входит в состав важнейших ферментов уг-