Глава 4. Физиологическая роль основных компонентов пищи

С физиологической точки зрения питание – это сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения пищи, необходимый для восполнения затрат энергии, регуляции функций, построения и восстановления внутриклеточных структур, клеток, тканей и жидких сред организма.

Большая часть физиологических звеньев процесса питания и пищеварения, как и другие витальные вегетативные потребности человека, являются саморегулирующимися, т. е. протекают автоматически на уровне подсознания. Осознанно человек воспринимает либо чувство аппетита (в крайнем проявлении – чувство голода), либо же чувство насыщения (в крайнем проявлении – ощущение переедания). Эти состояния могут носить разную эмоциональную окраску, усиливаться или ослабляться под влиянием психических и эмоциональных факторов и разного рода заболеваний вплоть до необузданного чувства голода (булемия) или, наоборот, полного отсутствия аппетита (анорексия).

Специальные лекарственные препараты и наркотические средства могут вмешиваться в эти процессы, нарушая нормальную авторегуляцию питания.

С наибольшим автоматизмом и весьма адекватно регулируются качественный и количественный составы рациона и режим питания у ребенка в раннем возрасте. По мере взросления усиливается влияние социальных факторов, которые могут иметь как положительное, так и отрицательное значения.

В зрелом возрасте состав рациона и режим питания регулируются человеком сознательно под влиянием социального окружения в силу привычек, экономических возможностей, доступности продуктов, сложившихся традиций в семье и обществе и множества других трудноучитываемых факторов.

В пищу традиционно употребляются продукты животного и растительного происхождений в нативном, т. е. естественном, натуральном, или же в обработанном или переработанном виде. К пищевым продуктам растительного происхождения относятся растения, их части, плоды, выделенные из них вещества (сахар, крахмал, масла, белковые вещества) и др. К пищевым продуктам животного происхождения относятся тушки птиц, рыб, мясо и отдельные органы животных, а также продукты их жизнедеятельности – молоко, яйца, мед и т. п.

Пищевая, биологическая и энергетическая ценность продуктов определяется содержанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных элементов, витаминов, органических кислот, вкусовых и ароматических веществ. Биологическая ценность пищевых продуктов отражает количество белковых компонентов продукта и зависит от перевариваемости белка и его аминокислотного состава. Энергетическая ценность, или калорийность, характеризуется количеством энергии, которая высвобождается в процессе биологического окисления пищевых веществ и используется для обеспечения физиологических функций организма. Пищевая и биологическая ценность продуктов обусловливается соответствием их химического состава формуле сбалансированного питания.

При определении соотношения отдельных веществ в рационах особое внимание уделяется незаменимым компонентам пищи, которые должны ежедневно поступать в готовом виде с продуктами питания. Это незаменимые аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, витамины, минеральные соли, вода.

Белки

Белки – это высокомолекулярные азотистые органические соединения, состоящие из аминокислот. Это незаменимые вещества, без которых невозможны жизнь, рост и развитие организма. В состав белка входит около 20 аминокислот, которые в разных белках сочетаются по-разному. Установлено, что лучшее усвоение белков пищи достигается при соответствии ее аминокислотного состава идеальным аминокислотным шкалам, в качестве которых рекомендованы шкалы аминокислотного состава белков куриных яиц и женского молока. Наименьшей биологической ценностью обладают белки ряда злаковых, особенно пшеницы (50 %; лимитирующие аминокислоты – лизин и треонин); гороха (60 %; лимитирующие аминокислоты – метионин и цистин).

По своему химическому составу и строению белки делят на:

1) простые (протеины), состоящие из одних аминокислот (например, альбумины и глобулины яиц и молока);

2) сложные (протеиды), являющиеся соединением простых белков с жирами (липопротеиды), гликогеном (гликопротеиды), пигментами (хромопротеиды), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), неорганическими элементами (Zn,Fe, Со, Са; [—(Р0₄)^3-] и т. д.). Примерами сложных белков могут служить гемоглобин, инсулин, казеин молока.

В организме человека надолго белков приходится 15–21 % от массы тела. Обмен белков лежит в основе всех физиологических процессов.

Белки пищи – это основной источник структурного, строительного, пластического материала для всех клеток и тканей организма, восстановления разрушенных компонентов клеток, поэтому они являются определяющей частью любого рациона и их нельзя заменить никаким другим пищевым веществом.

Белки, частично окисляясь, могут использоваться в качестве источника энергии при недостаточной калорийности рациона в качестве исходного материала для синтеза углеводов и жиров. Источниками белка в рационе служат продукты животного (молоко и молочные продукты, яйца, мясо, птица, рыба, продукты моря и изделия из них – колбасные и пр.) и растительного происхождений (крупы, хлеб, бобовые, хлебобулочные, макаронные изделия, орехи).

Белки продуктов неравноценны по химическому составу, усвояемости и полноценности. Часть аминокислот, необходимых организму, синтезируется в клетках и тканях – это заменимые аминокислоты, часть должна поступать в организм в составе белков пищи в готовом виде.

Определенное количество аминокислот, образующихся в организме при распаде собственных тканей, вновь используется для синтеза белка.

Для детского организма в возрасте до 1 года к незаменимым аминокислотам относится также гистидин. В последнее время в группу незаменимых аминокислот предложено включить цистин и тирозин. Наиболее важными и чаще всего дефицитными в рационах являются лизин, триптофан и метионин. Недостаток этих аминокислот в рационе может приводить к серьезным нарушениям обмена веществ и заболеваниям.

Вообще, необходимо учитывать, что аминокислотный состав «идеального» белка для грудных детей заметно отличается от аминокислотного состава «идеального» белка для детей в возрасте 10–12 лет и взрослых, для которых он тоже меняется в зависимости от возраста.

В частности, недостаток лизина приводит к нарушению формирования костной ткани и развитию кариеса. Источником лизина в рационе могут служить сыр, творог, мясо, горох. В злаковых культурах лизина недостаточно.

Триптофан необходим организму человека для синтеза белков крови (гемоглобин, сывороточные белки) и витамина РР (никотиновая кислота). Основными его источниками в питании являются творог, сыр, яйца, мясо, рыба, морские беспозвоночные.

Метионин требуется организму как источник подвижных метильных групп (—СН₃), необходимых для синтеза креатина, адреналина, обезвреживания в печени различных токсических продуктов обмена, синтеза холина, который защищает клетки печени от жирового перерождения и предупреждает нарушения жирового обмена и развитие атеросклероза. Основными источниками метионина для человека являются творог, сыры, кисломолочные продукты, яйца, треска, бобовые. Метионин относится к радиопротекторам, т. е. веществам, защищающим организм от действия ионизирующей радиации и способствующим выведению из организма радиоактивных изотопов – Cz¹³⁷, Sr⁹⁰ и др.

Пищевые продукты, включающие в себя в сбалансированном соотношении все необходимые аминокислоты, относятся к полноценным.

В том случае, когда в составе продукта нет или содержится недостаточное количество хотя бы одной незаменимой аминокислоты, он считается неполноценным, а эта аминокислота становится лимитирующим фактором. Необходимо подчеркнуть, что как недостаток, так и избыток в рационе любой из незаменимых аминокислот приводит к нарушению белкового обмена. Большинство продуктов животного происхождения принято считать полноценными. По аминокислотному составу к ним приближаются белки бобовых. Белки злаковых культур не являются полноценными. Строго говоря, ни один пищевой продукт не является идеальным по аминокислотному составу, но сочетание различных продуктов – источников полноценного белка – позволяет обеспечить организм полноценным питанием. Например, близким к идеальному по белковому составу для детей первого года жизни является материнское молоко, а для детей более старшего возраста – белки коровьего молока и куриных яиц. Если принять белки молока (в нем имеются все незаменимые аминокислоты) за 100, то биологическую ценность мяса и рыбы можно выразить числом 95, картофеля – 85, хлеба – 75, риса – 58, гороха – 55, пшеницы – 50.

При организации полноценного питания необходимо учитывать, что умеренная щадящая тепловая кулинарная обработка продуктов улучшает усвояемость белка пищи, а чрезмерное и неоправданно длительное нагревание может привести к химической реакции части белков с углеводами с образованием меланоидинов, которые не усваиваются организмом. Наиболее легко в реакцию меланоидинообразования вступает лизин, а серосодержащие аминокислоты – метионин, цистин и цистеин – весьма чувствительны к тепловой обработке, после которой их усвояемость может снизиться в несколько раз.

Жиры

Жиры (точнее липиды и липоиды) – сложные органические соединения. Часть из них представлена эфирами трехатомного спирта глицерина (9 %) и различными жирными кислотами (липидами), часть – сложными эфирами аминоспиртов, фосфорной кислоты, а также зоо– и фитостеринами, фосфатидами и т. д. (липоиды).

Жиры почти так же, как и белки, обладают важной пластической функцией – входят в состав внутриклеточных и клеточных мембран (оболочек). Значительная часть жира в организме откладывается в виде резервного и защитного жира под кожей, вокруг почек, в брюшной полости (сальник). В организме человека жиры составляют от 10 % у мужчин, до 20 % у женщин от массы тела, но при ожирении массовая доля жиров может возрастать до 50 % и более. В экстремальных условиях этот жир используется как мощный источник энергии. Некоторые незаменимые биологически активные вещества (жирорастворимые витамины, каротиноиды) поступают в организм и/или всасываются из желудочно-кишечного тракта только при наличии жира в пище.

Энергетическая ценность жиров в 2,25 раза выше, чем у белков и углеводов, поэтому жиры «оберегают» белки от окисления и служат резервным источником энергии. При окислении 100 г жира в организме образуется 107 г воды. Жир в рационе обеспечивает чувство насыщения, имеет вкусовое и кулинарное значения.

Жирные кислоты, входящие в состав жиров, делятся на насыщенные (предельные) и ненасыщенные, которые содержат в углеводородной части молекулы одну и несколько двойных связей (—СН = СН—). Наличие и количество двойных связей и количество углеродных атомов в молекулах жирных кислот определяют физико-химические и физиологические свойства и биологическую значимость жиров. Так, полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) являются незаменимыми пищевыми веществами. ПНЖК входят в качестве структурных элементов в состав внутриклеточных и клеточных мембран, образуют оболочки нервов, служат предшественниками для образования «местных» гормонов – простагландинов, повышают эластичность и прочность кожи и кровеносных сосудов, регулируют обмен холестерина, т. е. оказывают антисклеротическое действие. Наиболее значимыми являются такие ПНЖК, как линолевая и линоленовая. Ими богаты растительные жиры – подсолнечное, кукурузное, конопляное, соевое, хлопковое, льняное и пальмовое масла. Значительно меньше их содержится в животных жирах. Исключение составляют рыбий жир, куриный жир и жир яичного желтка. Самой биологически активной ПНЖК является арахидоновая кислота, которая может синтезироваться в организме из линолевой в присутствии витамина В₆. Активность арахидоновой кислоты в 2–3 раза выше линолевой. Реальным источником арахидоновой кислоты в рационе могут стать жир печени трески, мозга и печени убойных животных.

Важным биологически активным компонентом жиров (зоостеринов) является высокомолекулярный полициклический спирт холестерин, который является структурным элементом нервной ткани, сыворотки крови, желчи, мембран клеток и внутриклеточных элементов, служит предшественником в синтезе гормонов коры надпочечников, половых гормонов, витамина D. Около 0,5 г в сутки холестерина поступает в организм с пищей (жир печени морских рыб – палтуса, трески; мозги, печень, почки убойных животных, яичный желток, зернистая икра), а 1,5–2,5 г в сутки синтезируется организмом из продуктов окисления жиров и углеводов.

Фосфатиды (фосфолипиды) – высокоактивные соединения, входящие в структурные элементы клеток и тканей. Наибольшее их содержание в организме человека концентрируется в нервной ткани, сердце, печени, половых железах. Особую роль в организме человека выполняет фосфатид лецитин. Он является структурным элементов оболочек и ядер клеток, нормализует жировой обмен. Источником лецитина в рационе служат яичные желтки, рыбная икра, печень, почки, сердце, сметана и сливки, дрожжи, а из растительных продуктов – сухой горох, соевая мука, гречневая крупа.

Важной особенностью жиров является их легкая окисляемость, которая усиливается под действием солнечного света, высокой температуры, длительного и неправильного хранения жиров и жиросодержащих продуктов. Продукты термической деструкции и окисления жиров – трансизомеры, органические перекиси, полимеры – ядовиты, поэтому их содержание в пище не должно превышать 1 %. Легче всего окисляются жиры некоторых видов рыб и свиное сало. Продукты окисления жира имеют неприятные серо-желтый цвет, прогорклый запах и кисловатый привкус.

В организме человека жиры могут образовываться и чрезмерно накапливаться не только при избытке их в рационе и недостаточной физической нагрузке, но и при избытке в рационе углеводов и белков, что приводит к нарушению всех видов обмена.

Углеводы

Углеводы составляют основную массу пищевых продуктов в рационе человека (около 56 % по энергетической ценности) как потенциальный источник энергии. Вместе с тем углеводы выполняют определенную пластическую функцию, составляя примерно 5 % массы организма. В виде сложных белков – гликопротеидов – углеводы входят в состав соединительной ткани и клеточных мембран, а в виде животного крахмала – гликогена – они содержатся в мышцах, нервной ткани и печени, где обеспечивают ее барьерную, обезвреживающую (детоксицирующую) функцию. Кроме этого, углеводы могут повышать чувствительность организма к чужеродным веществам (аллергенам) и усиливать аллергические реакции. Избыток углеводов в рационе рафинированных (сахара), приводит, особенно у подростков, к избыточному жироотложению, при этом каждые 25 г углеводов преобразуются в 10 г жира.

Углеводы могут образовываться в организме из жира и белков, однако при дефиците в пище углеводов в тканях накапливаются продукты неполного окисления жиров, а для удовлетворения потребности в энергоресурсах расходуются ценные, структурные белки организма. В рационе практически единственным источником углеводов являются продукты растительного происхождения (исключением является пчелиный мед, молоко и молочные продукты).

Углеводы делятся на олигосахариды: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза) и полисахариды: усвояемые (крахмал, гликоген, декстрины) и неусвояемые (пектины, клетчатка).

Глюкоза и фруктоза легко растворяются в воде, через 10–15 мин после приема усваиваются организмом, обеспечивая постоянный уровень сахара в крови (4,4–6,6 ммоль/л). Глюкоза и фруктоза содержатся главным образом во фруктах, ягодах и пчелином меде.

Фруктоза в отличие от глюкозы быстро и почти полностью удаляется из крови, превращаясь в лактат и гликоген без участия инсулина, не способствует образованию жира, слаще сахарозы в 1,73 раза.

Сахароза занимает видное место в питании человека. В процессе пищеварения она расщепляется на глюкозу и фруктозу. Основными ее источниками являются сахар, овощи, фрукты.

Лактоза