Физиология питания - кратко с точки зрения внутренних болезней
Адекватное питание является фундаментальным условием выживания индивидуума и человеческого рода. Стратегия обеспечения людей продовольствием сложна и является важнейшей задачей во время военных действий, при стихийных бедствиях и для мировой экономики в целом.
В последние десятилетия экономический рост сопровождался избытком продовольствия, с которым не встречались предшествующие поколения, что привело к пандемии ожирения и его негативных последствий для здоровья, однако во многих частях мира голод и недостаточное питание по-прежнему несут огромное бремя.
Качество, а также количество пищи влияют на здоровье, и рекомендации органов власти в отношении здорового питания направлены на максимальное увеличение потребления фруктов и овощей (рис. 1). Неправильное питание связано с развитием таких заболеваний, как ишемическая болезнь сердца и рак. Дефицит витаминов и минералов приводит к развитию состояний, которых можно избежать, например железодефицитной анемии и потере зрения вследствие выраженного дефицита витамина А. Таким образом, правильное понимание питания необходимо для удовлетворения потребностей отдельных пациентов и для планирования государственной политики.
Рисунок 1. Соотношение основных групп продуктов, рекомендуемое для здорового сбалансированного рациона
Питательные вещества в рационе можно разделить на макроэлементы, которые потребляются в относительно больших количествах для обеспечения организма энергией, и микроэлементы (например, витамины и минералы), которые не участвуют в энергетическом балансе, но требуются в небольших количествах, поскольку они не синтезируются в организме.
а) Энергетический баланс. Законы термодинамики говорят о том, что энергетический баланс достигается, когда соблюдается формула «потребление энергии = расход энергии» (рис. 2). Расход энергии включает несколько компонентов. Под основным обменом понимают минимальные энергетические затраты, необходимые для выполнения метаболических функций в тканях и, следовательно, для поддержания жизни. Он наиболее точно определяется безжировой массой (то есть общей массой тела за вычетом массы жировой ткани), которая ниже у женщин и у лиц пожилого возраста (рис. 2, C).
Рисунок 2. Детерминанты энергетического баланса. А — потребление энергии представлено в виде усредненных национальных показателей, подчеркивая различия в источниках энергии в разных странах (но без существенных региональных отличий). Цель — рекомендации в процентных долях исключительно от энергетической ценности потребляемых продуктов (источник: Департамент здравоохранения, 1991). Цели Всемирной организации здравоохранения — см. в табл. 4. В Великобритании считается, что 5% потребляемой энергии приходится на долю алкоголя. В — данные о нормах нормального основного обмена были получены от здоровых мужчин и женщин, проживающих в разных странах. Основной обмен замедляется, начиная со среднего возраста, и ниже у женщин, даже после поправки на размеры тела из-за различий в безжировой массе. С — энергия необходима для движения и различных видов активности. Уровень физической активности — это значение, кратное основному обмену, на которое увеличивается общий расход энергии в зависимости от уровня активности. D — энергия расходуется на переваривание пищи. ‘Активный отдых или занятия спортом увеличивают уровень физической активности примерно на 0,3 для каждых 30-60 мин умеренной нагрузки, выполняемой 4-5 раз в неделю. Медиана уровня физической активности для населения Великобритании составляет 1,6, при значении 1,5 — для менее активных и 1,8 — для более активных
Дополнительная энергия потребляется во время роста организма, в период беременности и грудного вскармливания, а также при лихорадке. Энергия также необходима для терморегуляции, и ее расход повышается при низкой и высокой температуре окружающей среды. Энергия, необходимая для переваривания пищи (пищевой термогенез; рис. 2, D), составляет примерно 10% общего расхода энергии, при этом на расщепление белков энергозатраты выше, чем на другие макроэлементы.
Другим компонентом расхода энергии является уровень мышечной активности, который может значительно отличаться в зависимости от профессиональной деятельности и образа жизни (рис. 2, C). Уровень физической активности обычно определяется как значение, кратное основному обмену.
Энергетическая ценность определяется содержанием макроэлементов в пище. Углеводы, жиры, белки и этанол обеспечивают топливо для окисления в митохондриях и выработки энергии [в виде аденозинтрифосфата (АТФ)]. Энергетическая ценность каждого из этих элементов отличается:
• углеводы — 16 кДж/г;
• жиры — 37 кДж/г;
• белки — 17 кДж/г;
• алкоголь — 29 кДж/г.
1. Регуляция энергетического баланса. Потребление и расход энергии строго регулируются (рис. 3). Связь с репродуктивной функцией обеспечивает наибольшую вероятность беременности в периоды адекватного питания, когда у матери и ребенка больше шансов на выживание. Считается, что улучшение питания является причиной все более раннего наступления половой зрелости во многих странах. С другой стороны, нервная анорексия и чрезмерные физические нагрузки могут привести к аменорее (см. отдельную статью на сайте - просим вас пользоваться формой поиска выше).
Рисунок 3. Регуляция энергетического баланса и его связь с фертильностью. + — факторы, которые стимулируются приемом пищи и вызывают чувство насыщения; - — факторы, которые подавляются приемом пищи и препятствуют развитию насыщения
Регуляция энергетического баланса координируется в гипоталамусе, который получает афферентные сигналы о пищевом статусе в краткосрочной (например, уровень желудочного гормона грелина снижается сразу после еды, а затем постепенно повышается, подавляя чувство насыщения и сигнализируя о том, что пришло время для следующего приема пищи) и долгосрочной (так, уровень гормона жировой ткани лептина повышается с увеличением жировой массы и также может обусловливать объем жировой ткани с репродуктивной функцией) перспективе.
Гипоталамус реагирует изменениями многих локальных нейротрансмиттеров, которые регулируют активность в ряде путей, влияющих на энергетический баланс (см. рис. 3), включая гормоны, действующие на гипофиз, и нервные цепи, которые регулируют взаимосвязь между корой головного мозга и вегетативной нервной системой.
2. Реакция организма на недостаточное и избыточное питание. Наличие сложных регуляторных механизмов позволяет адаптироваться к изменениям в питании. В ответ на голод подавляется репродуктивная функция, уменьшается основной обмен и изменяется психика, при этом за счет малоподвижности происходит сохранение энергии. Эти меры помогают поддерживать массу тела в определенных пределах. Однако в состоянии голодания с низким уровнем инсулина источники энергии высвобождаются из запасов вначале в виде гликогена (в печени и мышцах), затем в виде триглицеридов (липолиз в жировой ткани с избыточным поступлением СЖК в печень, что ведет к развитию кетоза) и, наконец, в виде белков (протеолиз в мышцах). У людей с высокой потребностью в глюкозе (новорожденные, а также беременные или кормящие женщины) голодание может привести к кетоацидозу в сочетании с нормальным или низким уровнем глюкозы в крови.
В ответ на избыточное питание основной обмен увеличивается и дополнительная энергия расходуется на увеличение запасов жировой ткани, поэтому масса тела снова поддерживается в определенных пределах. При избыточном питании и высоком уровне инсулина избыточная энергия трансформируется в жирные кислоты и сохраняется в виде триглицеридов; они откладываются главным образом в жировой ткани, но также могут накапливаться в печени (неалкогольный жировой гепатоз) и скелетных мышцах. При нарушении функции гипоталамуса (например, у больных с краниофарингиомой) или у пациентов с редко встречающимися мутациями в соответствующих генах (например, в генах рецептора лептина или меланокортина-4) потеря ответа на сигналы о насыщении наряду с утратой адаптивных изменений в расходе энергии приводит к прогрессирующему увеличению массы тела.
в) Макронутриенты (питательные вещества):
1. Углеводы. Виды углеводов и их пищевые источники перечислены в табл. 1. Доступные углеводы (крахмалы и сахара) расщепляются на моносахариды перед всасыванием из кишечника и обеспечивают более половины энергетической ценности нормального, хорошо сбалансированного рациона (см. рис. 2, А). Углеводы не являются необходимыми питательными веществами, так как они могут синтезироваться в организме из глицерина или белка. Однако, если потребление углеводов с пищей составляет менее 100 г/сут, усиление липолиза приводит к развитию кетоза.
Рекомендации по питанию не ограничивают потребление естественных сахаров, содержащихся во фруктах и овощах, и молочного сахара. Тем не менее потребление естественных сахаров, отличных от лактозы (сахарозы, мальтозы, фруктозы), которые увеличивают риск кариеса и сахарного диабета, должно быть ограничено. Лицам, у которых не вырабатывается лактаза (непереносимость лактозы), рекомендуется избегать или ограничивать потребление молочных продуктов и продуктов с добавлением лактозы. Крахмал, содержащийся в зерновых, корнеплодах и бобовых продуктах, является основным источником энергии в большинстве рационов во всем мире.
Все виды крахмала представляют собой полимеры глюкозы, связанные одинаковыми 1,4-гликозидными связями. Некоторые виды крахмала начинают незамедлительно перевариваться амилазой слюны, а затем панкреатической амилазой, что приводит к быстрому поступлению глюкозы в кровь. Другие виды крахмала перевариваются медленнее, так как они защищены структурой пищи, вследствие своей кристаллической структуры или благодаря неразветвленным молекулам (амилоза). Эти различия лежат в основе гликемического индекса пищевых продуктов — площади под кривой роста концентрации глюкозы в крови через 2 ч после приема 50 г углеводов, выраженной в процентах от реакции на 50 г безводной глюкозы.
Имеются данные, указывающие на взаимосвязь между потреблением продуктов с высоким гликемическим индексом, особенно содержащих большое количество таких сахаров, как глюкоза, сахароза или фруктоза (например, в безалкогольных напитках), и развитием ожирения и сахарного диабета 2-го типа. Сахарные спирты (например, сорбит), которые не всасываются из кишечника и используются в качестве сахарозаменителей, могут вызывать диарею при их потреблении в большом количестве.
- Пищевые волокна. Пищевые волокна — это растительная пища, которая не переваривается ферментами человека в желудочно-кишечном тракте. Большинство пищевых волокон известны как некрахмалистые полисахариды (см. табл. 1). Небольшой процент резистентного крахмала также может перемещаться в толстую кишку в неизмененном состоянии. Пищевые волокна могут разрушаться резидентными бактериями в толстой кишке с образованием короткоцепочечных жирных кислот. Это важный источник энергии для энтероцитов, способствующий поддержанию кишечника в здоровом состоянии. Степень газообразования зависит от самой пищи.
Некоторые типы некрахмалистых полисахаридов, особенно гемицеллюлоза пшеничных отрубей, увеличивают влагоудерживающую способность содержимого толстой кишки и объем каловых масс. Они устраняют запоры, предотвращают развитие дивертикулеза и могут снизить риск возникновения рака толстой кишки. Другие вязкие, неусвояемые полисахариды, такие как пектин и гуаровая камедь, играют важную роль в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, где они замедляют опорожнение желудка, способствуют насыщению, уменьшают всасывание солей желчных кислот и, следовательно, концентрацию холестерина в плазме крови.
2. Жиры. Жиры имеют самую высокую энергетическую плотность среди макронутриентов (37 кДж/г), а чрезмерное потребление жиров может послужить причиной постепенного развития ожирения (см. рис. 2, А). СЖК абсорбируются и транспортируются в составе хиломикронов, посредством которых сложные молекулы попадают в кровоток. Структура жирных кислот представлена на рис. 4. Основной полиненасыщенной жирной кислотой в растительных маслах является линолевая кислота (18:2 ω-6). Линолевая и α-линоленовая кислоты (18:3 ω-3) представляют собой незаменимые жирные кислоты, которые не могут синтезироваться в организме человека.
Рисунок 4. Осложнения ожирения
Они подвергаются дальнейшей десатурации и удлинению с образованием, к примеру, γ-линоленовой (18:3 ω-6) и арахидоновой (20:4 ω-6) кислот. Они являются предшественниками простагландинов и эйкозаноидов и образуют часть структуры липидных мембран клеток организма. Рыбий жир богат (о-3-полиненасыщенными жирными кислотами [например, эйкозапентаеновой (20:5 ω-3) и докозагексаеновой (22:6 ω-3), которые стимулируют противовоспалительный каскад продукции простагландинов] и входит в состав липидов головного мозга и сетчатки глаза. Они ингибируют тромбоз путем конкурентного антагонизма образованию тромбоксана A2.
Замена в рационе питания насыщенных жиров (например, животных жиров, содержащихся в масле, топленом масле и сале) на полиненасыщенные жирные кислоты может снизить концентрацию липопротеинов низкой плотности и помочь предотвратить развитие ишемической болезни сердца. Потребление большого количества трансизомеров жирных кислот (природных цис-изомеров жирных кислот) происходит за счет использования масел, которые были частично гидрогенизированы в пищевой промышленности. Рекомендуется ограничивать потребление трансизомеров жирных кислот менее чем до 2% жиров в рационе, так как они связаны с риском развития сердечно-сосудистых заболеваний. Изменения, внесенные в производство в Великобритании и США, привели к тому, что потребление трансизомеров жирных кислот в настоящее время составляет менее 1%, а остаточные их количества содержатся в молоке травоядных сельскохозяйственных животных.
Холестерин также всасывается непосредственно из пищи и попадает в хиломикроны, являясь важным субстратом для синтеза стероидов и стеролов, но не относится к значимым источникам энергии.
3. Белки. Белки состоят из 20 различных аминокислот, среди которых девять являются незаменимыми (табл. 2), то есть они не могут синтезироваться в организме человека, но необходимы для синтеза важных белков. Другая группа из пяти аминокислот называется условно незаменимой — это означает, что они могут быть синтезированы из других аминокислот при условии достаточного поступления с пищей. Оставшиеся аминокислоты способны синтезироваться в организме путем трансаминирования при условии достаточного поступления аминогрупп.
Пищевая, или биологическая, ценность различных белков зависит от относительного соотношения в них незаменимых аминокислот. Белки животного происхождения, особенно из яиц, молока и мяса, как правило, имеют большую биологическую ценность, чем белки растительного происхождения, в которых содержится только одна или несколько незаменимых аминокислот. Однако при потреблении одновременно двух разных растительных белков (например, зерновые и бобовые) содержание в них аминокислот оказывается комплементарным и обеспечивает адекватную смесь, что является важным принципом вегетарианских диет.
4. Рекомендации по потреблению макронутриентов. Рекомендации по энергетической ценности пищи (табл. 3) и соотношениям макронутриентов (табл. 4) были рассчитаны для обеспечения баланса необходимых питательных веществ и минимизации рисков чрезмерного потребления рафинированного сахара (кариес, высокий гликемический индекс/сахарный диабет), насыщенных жиров или трансжиров (ожирение, ишемическая болезнь сердца). Рекомендуемое потребление пищевых волокон основано на предотвращении риска заболевания толстой кишки. Обычное рекомендуемое потребление белков для здорового человека, выполняющего легкую работу, — 65—100 г/сут. Минимальная потребность составляет около 40 г белка с высокой долей незаменимых аминокислот или высокой биологической ценностью.
Видео польза и вред вегетарианства - отказа от мяса
