Значение пищевых веществ в обеспечении жизнедеятельности организма

Химический состав пищи определяется набором питательных ве­ществ, включающим белки, жиры, углеводы, витамины, минераль­ные соли и воду. В зависимости от функционального назначения питательные вещества делятся на преимущественно энергетиче­ские (жиры, углеводы), преимущественно пластические (белки, ряд минеральных веществ, вода) и преимущественно каталити­ческие (витамины, микроэлементы). С учетом критерия обяза­тельности питательные вещества дифференцируются на замени­мые и незаменимые. К числу заменимых в организме пищевых веществ относятся углеводы и жиры, к незаменимым — 8—10 незаменимых аминокислот, 3—5 ПНЖК, все витамины и большинство минеральных элементов. Общее количество незаменимых веществ в сбалансированном питании превы­шает 50.

Белки. Белки являются обязательным и незаменимым ком­понентом питания, так как обеспечивают рост и развитие ор­ганизма. Белки выполняют прежде всего пластическую функ-

s. цию, являясь важнейшим компонентом клеток и внеклеточных жидкостей, обеспечивают структуру и каталитические функции ферментов и гормонов, пластические процессы, связанные с ростом, развитием и регенерацией клеток и тканей организма, выполняют защитные функции. При длительном недостатке уг­леводов и жиров в питании белки принимают участие в энер­гетическом обмене организма.

Длительный недостаток белков в питании обусловливает пре­жде всего нарушение ферментативных систем: снижаются ос­новной обмен и теплообразование, уменьшается количество белков в сыворотке крови, преимущественно альбуминов. Одним из наи­более ранних проявлений белковой недостаточности служит снижение защитных свойств организма. Одновременно нару­шается деятельность эндокринной системы (гипофиз, надпо­чечники, половые железы, печень).

Избыточное содержание белков в пище также оказывает отри­цательное влияние на организм. Как известно, белки используются в строго определенных количествах, соответствующих физиологи­ческим потребностям организма. Излишки белков включаются в энергетический обмен, увеличивают нагрузку на печень, в которой образуются конечные продукты их распада, и на почки, которые эти вещества выводят. Кроме того, при избытке белков наблюда­ются неблагоприятная реакция со стороны сердечно-сосудистой и нервной систем, развитие в кишечнике гнилостной микрофлоры. Та­ким образом, нарушения, возникающие в организме под влия­нием избыточного или недостаточного содержания белков в пище, носят разнообразный характер.

При определении необходимого количества белков в пище важно учитывать возраст, пол, характер и условия труда, со­стояние организма, качественный состав белков и других ком­понентов пищи, а также климатические условия и националь­ные особенности. В России приняты оптимальные физиологи­ческие нормы белков, предусматривающие обеспечение за их счет в среднем 11—13 % общей энергетической ценности пи­щевого рациона, причем 55 % белка должны быть животного происхождения.

Известно, что основными структурными компонентами белко­вой молекулы служат различные аминокислоты. В настоящее вре­мя идентифицировано свыше 80 аминокислот, однако в белках основных пищевых продуктов их находится около 20. Аминокис­лоты делятся на заменимые и незаменимые. Аминокислоты, син­тезируемые в организме, получили название заменимых. Это гли- кокол (глицин), глутаминовая кислота, серин, тирозин, цистин (цистеин), аланин, пролин, аргинин, аспарагиновая кислота.

Аминокислоты, синтез которых замедлен или невозможен, называются незаменимыми. К их числу относят 9 аминокислот: гистидин, лизин, метионин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин.

Исследованиями показано, что в ходе биохимических превра­щений различные пищевые ингредиенты оказывают взаимное влияние, что отражается прежде всего на их усвояемости в ор­ганизме. В частности, отмечено, что повышенное содержание в рационе некоторых аминокислот снижает усвояемость белка. Некоторые аминокислоты, введенные в организм по отдельно­сти, могут оказывать токсическое действие. Наряду с этим из­быточное содержание одних аминокислот затрудняет усвоение других. Например, избыток лейцина снижает усвоение изолей­цина, триптофана и валина.

Эксперты ФАО считают, что в 1 г пищевого белка должно со­держаться (в идеальном варианте) следующее количество неза­менимых аминокислот, в мг: изолейцин — 40; лейцин — 70; ли­зин — 55; метионин+цистин — 35; фенилаланин + тирозин — 60; триптофан — 10; треонин — 40; валин — 50.

Аминокислотный состав любых пищевых продуктов можно сравнить с аминокислотным составом идеального белка путем определения аминокислотного химического скора. Одним из доступных способов расчета аминокислотного скора является расчет отношения количества каждой незаменимой аминокис­лоты в испытуемом белке к количеству этой же аминокислоты в гипотетическом белке с идеальной аминокислотной шкалой:

Аминокислотный скор = МГ.АК ^в 1 г исследуемого белка _{х 1(Ю %}

мг АК в 1 г идеального белка

где АК — любая незаменимая аминокислота.

В идеальном (стандартном) белке аминокислотный скор ка­ждой незаменимой кислоты принимается за 100 %. Лимити­рующей биологическую ценность аминокислотой считается та, скор которой имеет наименьшее значение. По этому показате­лю белки пищи животного происхождения имеют более высо­кую ценность по сравнению с растительными белками. Так, животные белки, т. е. белки мяса, молока, яиц, наиболее близ­ки по своему скору идеальному, растительные — дефицитны по отдельным аминокислотам; в частности, белок пшеницы содер­жит лишь около 50 % лизина, картофель и большинство бобо­вых — около 60 % метионина и цистина при сравнении с иде­альным белком.

Сбалансированность аминокислот в продуктах и готовых блюдах может нарушаться в процессе тепловой обработки. Это относится прежде всего к таким аминокислотам, как лизин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, которые в присутствии углеводов образуют трудноусвояемые комплексы типа гумино- вых соединений. Кроме того, следует учитывать, что усвоение белков в желудочно-кишечном тракте зависит от степени их пе- ревариваемости. Так, растительные белки перевариваются зна­чительно хуже, чем животные.

В последние годы интенсивно проводятся исследования с це­лью улучшения белковогб состава питания населения как в ка­чественном, так и в количественном отношении. Изыскивают­ся принципиально новые белковые ресурсы, в частности белки различных одноклеточных организмов — водорослей, дрожжей, непатогенных бактерий и мицелия микроскопических грибов.

Жиры. К основным веществам относятся жиры, которые явля­ются незаменимым компонентом в сбалансированном питании. Они являются структурным компонентом тела и важнейшим по­ставщиком энергии. Жиры, являясь растворителями витаминов A, D, Е, К способствуют их усвоению. Кроме того, некоторые компоненты жиров являются незаменимыми факторами питания и имеют большое значение для нормального развития организма: фосфатиды, ПНЖК, стерины и др. Они повышают вкусовые свойства пищи и способствуют более длительной насыщаемости.

При жировой недостаточности наблюдаются нарушение дея­тельности ЦНС, ослабление разистентности организма, а также изменения со стороны кожных покровов, почек, органов зре­ния и др.

По химическому составу жиры представляют собой сложные комплексы из глицерина и жирных кислот. Содержание глице­рина в составе жира около 10 %. Основная биологическая ак­тивность определяется жирными кислотами, которые делятся на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщен­ные). Наиболее активную роль в организме играют ПНЖК. Они входят в качестве структурных компонентов в состав кле­точных мембран, миелиновых оболочек, соединительной ткани и др. При дефиците в пище ПНЖК (линолевой, линоленовой, арахидоновой) наблюдаются сухость, экзематозное поражение кожи, нарушается эластичность сосудов и увеличивается содер­жание холестерина в крови. Кроме того, недостаток этих кислот способствует образованию язв желудка и двенадцатиперстной кишки, отмечается задержка роста, снижается устойчивость к воздействию факторов окружающей среды, угнетается репродук­тивная функция. Имеются данные о способности ПНЖК повы­шать резистентность организма к инфекционным заболевани­ям, возникновению злокачественных новообразований. ПНЖК играют большую роль в синтезе простагландинов — веществ высочайшей биологической активности. Установлена связь ПНЖК с обменом витаминов группы В (пиридоксин, тиамин), а также с обменом холина. ПНЖК относятся к незаменимым веществам, так как не синтезируются в организме.

Количество ПНЖК в перерасчете на линолевую кислоту должно обеспечивать около 4 % общей энергетической ценно­сти рациона. Оптимальное соотношение в рациональном пита­нии жирных кислот следующее: 10 % ПНЖК, 30 % насыщен­ных и 60 % мононенасыщенных жирных кислот. В рационе должны быть представлены жиры как растительного, так и жи­вотного происхождения, причем в физиологически полноцен­ном рационе растительные жиры должны составлять 30 % об­щего количества жиров.

Среди сопутствующих веществ важную роль играют фосфо­липиды. Они входят в структуры клеточных мембран, участву­ют в транспорте жира в организме. В наибольшем количестве эти вещества содержатся в нервной ткани и в тканях мозга, сердца, печени и др.

Потребность в фосфатидах составляет 10 г в день. Фосфатида- ми богаты желток яйца (10 %), сырое нерафинированное расти­тельное масло (от 1,5 до 4 %), сливочное масло (до 0,4 %), заро­дыши семян пшеницы и ржи (0,6—0,7 %). Средняя потребность взрослого человека в жире составляет 80—100 г/сут, в том числе растительного масла 25—30 г, ПНЖК 3—6 г, холестерина 1 г, фосфолипидов 5 г. Поставщиками жира в рационе являются различные виды масел, животные жиры, мясо, рыба и др.

Углеводы. Углеводы составляют наибольшую часть суточного пищевого рациона. К ним относятся моно-, ди- и полисахариды. За счет углеводов обеспечивается 50—60 % потребности организ­ма в энергии. При физической работе углеводы расходуются в первую очередь, и только после истощения их запасов расход энергии восполняется за счет имеющегося в организме жира.

Избыток углеводов в пищевом рационе влечет за собой по­вышенное жирообразование и приводит к ожирению. Кроме того, по мнению ряда исследователей, излишки углеводов в пи­ще способствуют развитию патологических нарушений со сто­роны печени, почек, желудочно-кишечного тракта и других ор­ганов. В свою очередь недостаточное содержание углеводов в пищевом рационе может привести к развитию гипогликемии, сопровождающейся общей слабостью, сонливостью, снижени­ем памяти, головными болями и др. Углеводное голодание обу­словливает накопление в крови и появление в моче кетоновых соединений — продуктов неполного окисления жиров и белков, вследствие чего развивается ацидоз. Суточная потребность в уг­леводах составляет 400—500 г. Основными их поставщиками являются продукты растительного происхождения, в которых углеводы составляют не менее 75 % сухого вещества. Важный источник углеводов — сахар.

Около 60 % углеводов в организм поступает с зерновыми продуктами, от 14 до 26 % — с сахаром и кондитерскими изде­лиями, 5—7 % с овощами и фруктами и около 10 % с корне­плодами и клубнями.

Углеводы подразделяются на усвояемые и неусвояемые. К ус­вояемым углеводам относятся глюкоза, сахароза, лактоза, фруктоза, мальтоза и альфа-глюконовые полисахариды — гли­коген, декстрины и крахмал.

К неусвояемым углеводам относят пектиновые вещества, лигнин, целлюлозу, гемицеллюлозу и др. Они не расщепляются в желудочно-кишечном тракте, но играют важную биологиче­скую роль, оказывая влияние на интенсивность абсорбции и метаболизма углеводов, жиров и белков. Пищевые волокна пре­дотвращают всасывание и способствуют выведению из кишеч­ника желчных кислот — источника образования холестерина. В этом отношении пищевые волокна рассматриваются как один из существенных факторов в профилактике атеросклероза. Под влиянием клетчатки снижается абсорбция магния, кальция, ме­ди, цинка, железа, а также ряда ксенобиотиков. В наибольшем количестве пищевые волокна содержаться в зерновых продук­тах, овощах, фруктах, орехах.

Необходимо отметить, что потребление углеводов должно быть сбалансировано с потреблением белков и жиров. В среднем физиологически наиболее приемлемо соотношение белков, жи­ров и углеводов 1:2,8:4,2. При больших физических нагрузках это соотношение должно равняться 1:1:5.

Углеводы рациона взрослого человека должны обеспечивать 58 % энергетической потребности организма. Оптимальным соотношением углеводов считается: крахмал — 75 %, сахара — 20 %, пектиновые вещества — 3 %, клетчатка — 2 %.

Витамины. Витаминами принято называть низкомолекуляр­ные соединения органической природы, не синтезируемые в организме человека, поступающие извне в составе пищи, не об­ладающие энергетическими и пластическими свойствами, про­являющие биологическое действие (коферменты и др.) в малых дозах.

Среди веществ, относящихся к витаминам, различают истин­ные витамины, витаминоподобные вещества — витамино-гормо- ны и прогормоны (каротины и ПНЖК). По растворимости в воде и жире витамины подразделяются на водорастворимые (Bj, В2, ВJ, В$, В]2, В_с, Н, N, С, РР, Р) и жирорастворимые (A, D, Е, К). К витаминоподобным веществам, по современной классификации, относят витамин B_!S (пангамовая кислота), парааминобензой- ную кислоту (Hj), холин (В4), инозит (Bg), карнитин (В_Т), ПНЖК (F), витамин U, оротовую кислоту (В;^).

Витамины участвуют во многих биохимических процессах. Они необходимы для поддержания устойчивости организма к воздейст­вию неблагоприятных факторов внешней среды (жара, холод, ин­фекции, интоксикации и др.), повышения умственной и физической работоспособности, обеспечения функции желез внутренней секре­ции и их гормональной активности. Избыточное или недостаточ­ное содержание витаминов в пище обусловливает такие патоло­гические состояния, как авитаминоз, гипо- и гипервитаминоз.

Авитаминозы представляют собой наиболее выраженную тя­желую форму витаминной недостаточности, развивающуюся при полном отсутствии или резкой недостаточности того или иного витамина в пище. Они характеризуются определенной клинической картиной с соответствующим комплексом сим­птомов, свойственных каждому авитаминозу. Наиболее извест­ны С-авитаминоз (скорбут, цинга), Вj-авитаминоз (алиментар­ный полиневрит, бери-бери), РР-авитаминоз (пеллагра), D-ави- таминоз (рахит, остеопороз), А-авитаминоз (гемералопия, ксерофтальмия) и др. В настоящее время авитаминозы встреча­ются редко; значительно чаще наблюдаются гиповитаминозы.

Эта форма патологического состояния характеризуется сни­жением иммунологической реактивности, работоспособности, памяти, расстройством сна, плохим самочувствием и др. При­чинами развития гипо- и авитаминозных состояний могут быть угнетение энтерогенного синтеза витаминов ввиду отсутствия исходных ингредиентов в пище, повышенное потребление ви­таминов обитателями кишечника (широкий лентец, некоторые бактерии и др.), несбалансированное соотношение витаминов в пище, усиленный расход витаминов при воздействии экстре­мальных факторов, повышенная потребность витаминов при некоторых физиологических состояниях (усиленный рост, бе­ременность, лактация и др.).

При избыточном потреблении витаминов могут развиваться гипервитаминозы. Эта патология чаще всего возникает в ре­зультате использования витаминов в лечебных целях. Приме­ром гипервитаминоза могут служить случаи смерти людей, от­равившихся печенью полярных животных (белого медведя, тю­леней, моржей и др.), содержащей значительное количество витамина А.

Нормы потребления витаминов зависят от пола, возраста, массы тела, степени тяжести труда, сбалансированности пище­вых рационов, физиологического состояния (беременность, лакта­ция), состояния здоровья, климатических условий и других фак­торов (см. табл. 6.3). Потребность в витаминах возрастает при недостаточной инсоляции, напряженной умственной работе, тя­желом физическом труде, воздействии низких температур.

Поступление витаминов в организм должно обеспечиваться за счет продуктов питания. При этом следует помнить, что со­держание витаминов во фруктах и овощах в значительной сте­пени зависит от условий произрастания, способов хранения, режима кулинарной обработки и др. Применение витаминных препаратов целесообразно в зимне-весенний период и в особых случаях, когда в пище содержится мало витаминов (питание больных, находящихся на строгой диете, питание в крайних климатических зонах и т. д.).

Основные источники витаминов в питании человека пред­ставлены в табл. 6.4.

Минеральные вещества. Минеральные вещества относятся к незаменимым компонентам питания. Они участвуют во всех биохимических процессах, протекающих в организме, выпол­няют пластическую функцию, составляя основу скелета, под­держивают коллоидное состояние протоплазмы, осмотическое

Таблица 6.4. Основные источники витаминов в питании человека (по В. А. Тутельяну, Б. П. Суханову и др., 1999)