Углеводный обмен

Особенности метаболизма по ГН

Однако даже продукты с высоким гликемическим индексом не способны нарушить обмен и функции углеводов так, как это делает гликемическая нагрузка. Она определяет, насколько сильно печень загрузится глюкозой при употреблении этого продукта. При достижении определенного порога ГН (порядка 80-100), все калории, поступающие сверх нормы, будут автоматически конвертироваться в триглицериды.

Примерная таблица гликемической нагрузки с общей калорийностью:

Нарушение переваривания и всасывания углеводов

Встречаются патологии, нарушающие адекватное переваривание углеводов в ЖКТ. Такие нарушения ведут к сдвигам в работе всех систем органов человека. Подобные нарушения могут возникать вследствие врожденных особенностей. Могут иметь как наследственный, так и приобретенный характер.

За качественное переваривание компонентов пищи отвечают ферменты, поэтому нарушения в работе лактазы, а-амилазы и других представителей ферментной группы вызывают нарушения физического развития.

Приобретение нарушений в процессе пищеварения возникают при заболеваниях органов желудочно-кишечного тракта – колитах, гастритах, энтеритах и после операций.

Врожденной патологией является дефицит лактазы. Недостаточное количество фермента делает невозможным переваривание молочных продуктов. У больного наблюдается диарея, спазмы, метеоризм и рвота при употреблении продукции, содержащей молоко.

Нарушение метаболизма углеводов и связанные с ним заболевания

­Расстройства углеводного обмена объединяют в несколько групп.

Хроническое снижение уровня сахара в крови ниже пороговых значений называется гипогликемией. Зачастую это заболевание связано с недостаточным потреблением углеводов. Также к гипогликемии склонны люди, страдающие от алкоголизма.

Диабет принято различать на 1 и 2 тип. За последние 18 лет в России выявлено 2,5 млн пациентов с этим диагнозом. На данный момент мире 454 млн страдают от инсулинорезистентности.

Заболевание напрямую связано с гормоном надпочечников – инсулином, который играет ключевую роль в транспортировке молекул глюкозы из крови к органам.

Диабет 1 типа чаще встречается у детей и провоцируется вирусными инфекциями. Уровень инсулина никогда не бывает повышенным, наблюдается абсолютный дефицит гормона. Больные нуждаются в лечении инсулином: обычно он вводится внутривенно.

Сахарный диабет 2 типа не так опасен и вызван зачастую образом жизни человека. Нарушается эффективность или выработка инсулина – относительный дефицит гормона. Встречается в 90-95% среди всех больных диабетом.

Таким образом, причинами нарушений метаболизма углеводов можно считать как наследственные дефекты, так и сбои в функционировании печени и поджелудочной железы. Причинами могут стать опухоли, неправильное питание и стресс.

Инсулиновая и глюкагоновая реакция

В ответ на переваривание углеводов в ЖКТ организм запускает 2 реакции. После любого приема пищи, зачастую даже не содержащего много углеводов, надпочечниками вырабатывается инсулин. Его задача: регулировать концентрацию глюкозы и вязкость крови.

В первую очередь, сахариды направляются в печень и скелетные мышцы для пополнения депо. Если депо заполнено, то энергия конвертируется в жировую ткань. Относится инсулин к анаболическим гормонам.

Глюкагон решает, нужно ли печени задействовать внутренние резервы. Он тоже вырабатывается поджелудочной железой и является пептидным гормоном.

Если инсулин запасает энергию, то глюкагон активирует расщепление жиров, резервов в печени и конвертирование жирных кислот в кетоны, которые также являются энергией.

Действие глюкагона подобно адреналину: высвобождается глюкоза для быстрой реакции организма, увеличивается частота и сила сердцебиения, а также повышается артериальное давление.

Регуляция углеводного обмена

Этот процесс осуществляется нервной системой, эндокринной системой (гормонами) и на внутриклеточном уровне. Задача регуляции – обеспечить стабильный уровень глюкозы в крови. Из гормонов, регулирующих процессы обмена углеводов, главными являются инсулин и глюкагон. Они вырабатываются в поджелудочной железе.

Основная задача инсулина в организме – снижение уровня глюкозы в крови. Добиться этого можно двумя путями: увеличив проникновение глюкозы из крови в клетки организма и усилив в них ее использование.

1. Инсулин обеспечивает проникновение глюкозы в клетки определенных тканей – мышечной и жировой. Их называют инсулинзависимыми. В мозг, лимфатическую ткань, эритроциты глюкоза попадает без участия инсулина.
2. Инсулин усиливает использование глюкозы клетками путем:

• Активации ферментов гликолиза (глюкокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа).
• Активации синтеза гликогена (за счет усиления превращения глюкозы в глюкозо-6-фосфат и стимуляции гликогенсинтазы).
• Торможения ферментов глюконеогенеза (пируваткарбоксилаза, глюкозо-6-фосфатаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа).
• Усиления включения глюкозы в пентозофосфатный цикл.

Все остальные гормоны, регулирующие углеводный обмен – это глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, тироксин, гормон роста, АКТГ. Они увеличивают содержание глюкозы в крови. Глюкагон активирует распад гликогена в печени и синтез глюкозы из неуглеводистых предшественников. Адреналин активирует распад гликогена в печени и мышцах.

Нарушения углеводного обмена у детей

Особенности метаболизма и питания новорожденных приводит к тому, что в их организмах гликолиз протекает на 30 % интенсивнее, чем у взрослого человека

Поэтому важно определить причины появления нарушений углеводного обмена у малыша. Ведь первые дни человека наполнены событиями, требующими массы энергии: рождение, стресс, возросшая физическая активность, потребление пищи, дыхание кислородом

Нормализуется уровень гликогена только через несколько дней.

Помимо наследственных заболеваний, связанных с обменом веществ, которые могут проявиться с первых дней жизни, ребенок подвержен самым разным состояниям, способным привести к глютеновой болезни. Например, расстройство желудка или тонкого кишечника.

Для того чтобы не допустить развития глютеновой болезни, уровень глюкозы в крови малыша подвергается изучению еще в период внутриутробного развития. Именно поэтому будущая мать должна во время беременности сдавать все назначаемые врачом анализы и проходить инструментальные обследования.

Природный источник энергии

Глюкоза – универсальный источник энергии для всех клеток организма. Энергия необходима для построения собственных молекул, сокращения мышц, выработки тепла. Последовательность реакций превращения глюкозы, приводящих к выделению энергии, называют гликолизом. Реакции гликолиза могут идти в присутствии кислорода, тогда говорят об аэробном гликолизе, или в бескислородных условиях, тогда процесс является анаэробным.

В ходе анаэробного процесса одна молекула глюкозы превращается в две молекулы молочной кислоты (лактата) и выделяется энергия. Анаэробный гликолиз дает мало энергии: из одной молекулы глюкозы получается две молекулы АТФ – вещества, химические связи которого аккумулируют энергию. Этот способ получения энергии используется для кратковременной работы скелетных мышц – от 5 секунд до 15 минут, то есть в то время, пока механизмы снабжения мышц кислородом не успевают включиться.

В ходе реакций аэробного гликолиза одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата). Процесс с учетом трат энергии на собственные реакции дает 8 молекул АТФ. Пируват вступает в дальнейшие реакции окисления — окислительное декарбоксилирование и цитратный цикл (цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот). В результате этих превращений на молекулу глюкозы выделится 30 молекул АТФ.

Этапы расщепления углеводов

Переработка пищи, основной составляющей которой, является углеводный компонент, происходит в разных частях пищеварительного тракта.

— начало расщепления происходит еще в ротовой полости. Во время акта жевания пища обрабатывается ферментом слюны питалином (амилазой), который синтезируется околоушными железами. Он помогает огромной молекуле крахмала распасться до более мелких полимеров.

— так как пища находится в ротовой полости непродолжительное время, она требует последующей переработки в желудке. Попадая в полость желудка углеводные продукты смешиваются с секретом поджелудочной железы, а именно панкреатической амилазой, которая является более эффективной, чем амилаза ротовой полсти, а потому уже через 15-30 минут, когда химус (полужидкое не до конца переваренное содержимое желудка) из желудка достигает двенадцатиперстной кишки почти все углеводы оказываются уже окисленными до очень мелких полимеров и мальтозы (дисахарид, две соединенные молекулы глюкозы).

— из двенадцатиперстной кишки смесь полисахаридов и мальтозы продолжает свой удивительный путь в верхние отделы кишечника, где их окончательной переработкой занимаются так называемы ферменты кишечного эпителия. Энтероциты (клетки, которые выстилают микроворсинки тонкого кишечника) содержат ферменты лактазу, мальтазу, сахаразу и декстриназу, которые осуществляют конечную переработку дисахаридов и мелких полисахаридов до моносахаридов (это уже одна молекула, но еще не глюкоза). Лактоза распадается на галактозу и глюкозу, сахароза – на фруктозу и глюкозу, мальтоза, как и другие небольшие полимеры – на молекулы глюкозы, а она мгновенно попадает в кровяное русло.

— из кровяного русла глюкоза попадает в печень и, впоследствии, из нее синтезируется гликоген (полисахарид животного происхождения, выполняет запасающую функцию, просто необходим организму, когда нужно быстро получить большое количество энергии).

Значение и функции углеводов

Углеводы – это превалирующая часть рациона человека. Они поддерживают, по сути, всё жизнеобеспечение тела, предоставляют более 50% дневной энергетической ценности еды и именно потому их доставляется в 2 раза больше, чем иных веществ. Следует отметить, что по мере возрастания нагрузки на мышцы, увеличивается и количество потребляемых углеводов.

Тем не менее они нужны не только как восполнители энергетических затрат. Наряду с белками и жирами, они являются «строительным материалом» для клеток, из-за их присутствия становится возможным продуцирование аминокислот и нуклеиновых кислот, а также они обеспечивают нужное количество гликогена и глюкозы. Так что их значение велико.

Важно знать, что углеводы являются составляющей частью всех живых организмов, обуславливая специфику их построения. Они включают объединения, имеющие различные и порою существенно отличные функции

Если же говорить про функции самих углеводов, то они сводятся к таким:

• основной источник энергии;
• контролирует обмен белков и липидов;
• обеспечивает работу мозга;
• выполняют функции продуцирования молекул АТФ, ДНК и РНК;
• совместно с белками осуществляют синтез некоторых гормонов, ферменты, секретов;
• нерастворимые волокна углеводов способствуют улучшению работы ЖКТ;
• также клетчатка выводит токсические вещества, а пектин активизирует пищеварение.

Хотя углеводы сложно назвать незаменимыми, тем не менее их дефицит приводит к уменьшению резерва гликогена в печени и к жировым отложениям в её клетках. Подобные процессы не только влияют на функционирование печени, но и способны вызвать её жировое перерождение.

Но это далеко не все патологии, которые наблюдаются при недостаче углеводов. Так что они являются обязательными элементами рациона, поскольку не только обеспечивают энергетические затраты организма, но и принимают участие в клеточном метаболизме.

Депо гликогена

Одни из депо гликогена является печень, но печень – не единственное место, где накапливается гликоген. Так же его довольно много в скелетных мышцах, при сокращении которых активируется фермент фосфорилаза, что приводит к интенсивному расщеплению гликогена. Согласитесь, в современном мире организм любого человека могут подстерегать непредвиденные обстоятельства, который, скорее всего потребуют колоссальных энергозатрат, а потому, чем гликогена больше, тем лучше

Можно сказать даже больше – гликоген настолько важен, что синтезируется даже из неуглеводных продуктов, которые содержат молочную, пировиноградную кислоту, гликогенные аминокислоты (аминокислоты — основные составляющие белков, гликогенные — значит, что в ходе биохимических процессов из них могут получатся углеводы), глицерол и многие другие. Конечно, в этом случае гликоген будет синтезироваться с большими затратами энергии и в небольших количествах.

Как уже отмечалось выше, уменьшение количества глюкозы в крови вызывает у организма достаточно серьезную реакцию. А потому печень целенаправленно регулирует количество глюкозы в крови и при необходимости прибегает к гликогенолизу. Гликогенолиз (мобилизация, распад гликогена) осуществляется при недостаточном количестве глюкозы в крови, которое может быть вызвано голоданием, тяжелой физической работой или сильными стрессами. Он начинается с того что печень, при помощи фермента фосфоглюкомутазы расщепляет гликоген до глюкозо-6-фосфатов. Далее фермент глюкозо-6-фосфатаза окисляет и их. Свободная глюкоза легко проникает через мембраны гепатоцитов (клеток печени) в кровяное русло, таким образом, ее количество в крови увеличивается. Ответной реакцией на скачок уровня глюкозы, является высвобождение инсулина поджелудочной железой. Если при высвобождении инсулина уровень глюкозы не упал, поджелудочная будет секретировать его до тех пор, пока это не произойдет.

И, напоследок, немного о фактов о самом инсулине (потому как нельзя говорить об углеводном обмене, не затронув эту тему):

— инсулин переносит глюкозу через мембраны клеток, так называемых инсулинзависимых тканей (жировой, мышечной и мембраны клеток печени)

— инсулин является стимулятором синтеза гликогена в печени и мышцах, жиров — печени и жировых тканях, белков — в мышцах и других органах.

— недостаточная секреция инсулина клетками островковой ткани поджелудочной железы может привести к гипергликемии с последующей гликозурией (сахарным диабетом);

— гормонами — антагонистами инсулина являются глюкагон, адреналин, норадреналин, кортизол и прочие кортикостероиды.

Что происходит

И начинается он с первой секунды, как только пища попала в ротовую полость. Она пережёвывается и смачивается слюной, а содержащийся в слюне фермент амилаза начинает расщепление крахмала

Поэтому очень важно тщательно пережёвывать пищу и не торопиться за обедом

Основное расщепление углеводов происходит в кишечнике — в его тонком отделе. Там сложные соединения (полисахариды) расщепляются до простых (моносахариды) и доставляются кровотоком к нуждающимся органам и тканям.

Часть моносахаридов (глюкоза) откладывается в печеночных клетках запасом гликогена. Скорость проникновения глюкозы зависит от проницаемости клеточных оболочек. Например, клетки печени её очень легко воспринимают, а у мышц во время работы, проницаемость клеточных мембран увеличивается. Но когда мышцы остаются в покое глюкоза проникает в них с трудом, с затратой дополнительной энергии.

Гликоген в мышцах, как и в печени, является своеобразным неприкосновенным запасом на случай голода или усиленной работы. При работе мышц, с помощью фермента фосфорилазы, запасы гликогена расщепляются и освобождают энергию для мышечного сокращения.

Процесс этот может происходить при недостаточном количестве кислорода (анаэробно), тогда он называется гликолиз. При этой реакции одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы АТФ и две молекулы молочной кислоты (которая может накапливаться в мышцах, а при большом её скоплении — вызывать болезненные ощущения). При хорошем снабжении кислородом молочная кислота не образуется, конечные продукты реакции, помимо АТФ становятся Н₂О и СО₂.

Конечно, если рассматривать эти реакции с точки зрения профессиональной медицины, всё гораздо сложнее, но мы не будем заглубляться и приводить здесь сложнейшие биохимические схемы.

Как усваиваются углеводы

Углеводный обмен в организме человека заключается в его преобразовании в энергию, необходимую для жизни. Это происходит в несколько этапов:

1. На первом этапе углеводы, попавшие в организм человека, начинают расщепляться на простые сахариды. Происходит это уже во рту под воздействием слюны.
2. В желудке на нераспавшиеся во рту сложные сахариды начинает воздействовать желудочный сок. Он расщепляет даже лактозу до состояния галатозы, которая впоследствии преобразуется в необходимую глюкозу.
3. В кровь глюкоза всасывается через стенки тонкого кишечника. Часть ее, даже минуя этап накопления в печени, сразу преображается в энергию для жизни.
4. Далее процессы переходят на клеточный уровень. Глюкоза заменяет собой молекулы кислорода в крови. Это становится сигналом для поджелудочной железы о начале выработки и выброса в кровь инсулина – вещества, необходимого для доставки гликогена, в который преобразовалась глюкоза, внутрь клеток. То есть гормон помогает организму усваивать глюкозу на молекулярном уровне.
5. Гликоген синтезируется в печени, именно она перерабатывает углеводы в необходимое вещество и даже способна делать небольшой запас гликогена.
6. Если глюкозы слишком много, печень превращает их в простые жиры, связав их в цепочку нужными кислотами. Такие цепочки при первой необходимости расходуются организмом для превращения в энергию. Если они остаются невостребованными, то переводятся под кожу в виде жировых тканей.
7. Доставленный инсулином в клетки мышечных тканей гликоген при необходимости, а именно при дефиците кислорода, означающего физическую нагрузку, вырабатывает энергию для мышц.

«Обмен веществ»

Обмен веществ — совокупность реакций пластического и энергетического обменов.

Пластический и энергетический обмен, их взаимосвязь.

Пластический обмен (ассимиляция) — совокупность реакций синтеза сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот) из более простых. Энергетический обмен (диссимиляция) — совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, в ходе которых происходит расщепление и окисление сложных органических веществ.

 Этапы обмена веществ:

• поступление веществ в организм;
• изменение веществ в ходе ассимиляции и диссимиляции;
• выведение конечных продуктов обмена.

Водно-минеральный обмен в организме.

Суточная потребность организма в воде в среднем составляет 2-2,5 л. Вода поступает в организм при питье (около 1 л), с пищей (около 1 л), небольшое количество (300— 350 мл) ее образуется в результате окисления органических веществ. Вода всасывается в кишечнике (тонком и толстом), ротовой полости и желудке. Из организма вода выводится с мочой (1,2-1,5 л), с потом (500-700 мл), выдыхаемым воздухом (350-800 мл), калом (100-150 мл).

Минеральные соли в организме могут быть в твердом состоянии в виде кристаллов — Са₃(Р0₄)₂ и СаСО₃ в костной ткани; в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов. Анионы создают фосфатную буферную систему, поддерживающую внутри клеток слабокислую среду (pH 6,9), и бикарбонатную буферную систему, поддерживающую слабощелочную реакцию внеклеточной среды (pH 7,4). Общее количество минеральных солей около 4,5%. Потребности организма в них удовлетворяются продуктами питания. Железа много в яблоках, йода — в морской капусте, кальция — в молочных продуктах. Человеку необходимо постоянное поступление натрия и хлора (до 10 г поваренной соли в сутки). Всасывание солей происходит вместе с водой в толстом кишечнике. Попавшие в кровь минеральные соли доставляются клеткам. Излишки минеральных солей выводятся с мочой, потом и калом.

Обмен белков.

Суточная потребность организма в белках составляет 72-92 г. Источником белков являются преимущественно продукты животного происхождения. По содержанию аминокислоты белки делятся на полноценные (белки молока, мяса, рыбы и др.) и неполноценные, которые не содержат ни одной из незаменимых аминокислот. Особенно важны десять незаменимых аминокислот, не синтезируемых в организме (лизин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин, гистидин).

Протеолитические ферменты расщепляют белки до полипептидов и аминокислот. Аминокислоты всасываются в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и разносятся кровью по организму. В клетках из них образуются белки, свойственные организму. При избытке белки преобразуются в углеводы и жиры. Часть аминокислот, не использованных в синтезе белка, окисляется с освобождением энергии (17,6 кДж на 1 г вещества) и образованием воды, диоксида углерода, аммиака и др. Аммиак в печени превращается в мочевину. Продукты диссимиляции белков выводятся с мочой, потом и частично с выдыхаемым воздухом.

Обмен жиров.

Суточная потребность организма в жирах составляет 81-110 г. Животные жиры поступают в организм в виде сливочного масла, сыра, сметаны, свиного сала; растительные — в виде растительного масла. Липолитические ферменты расщепляют жиры до глицерола и жирных кислот. Жиры всасываются в лимфу, затем поступают в кровь и разносятся по всем клеткам. Часть жира, попавшего в клетки, является строительным материалом. Большая же его часть откладывается в подкожной клетчатке. При окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Жиры могут синтезироваться из углеводов и белков. Конечные продукты окисления жиров — диоксид углерода и вода, удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом.

Обмен углеводов.

В сутки человек должен получать 358—484 г углеводов. Основной их источник — продукты растительного происхождения (картофель, хлеб). Углеводы в организме могут образовываться из белков и жиров. Амилолитические ферменты расщепляют углеводы до дисахаридов и моносахаридов. Моносахариды всасываются в кровеносные капилляры ворсинок кишечника и разносятся кровью по организму. Избыток глюкозы превращается в печени в гликоген. При чрезмерном поступлении углеводов они превращаются в жиры. В клетках глюкоза окисляется до диоксида углерода и воды, которые удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом, при этом выделяется энергия (17,6 кДж на 1 г глюкозы).

Это конспект по биологии в 8 классе по теме «Обмен веществ». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: Витамины и их роль в обмене веществ.
• Вернуться к списку конспектов по Биологии.
• Проверить знания по Биологии.

Углеводы и диеты

Время расщепления полисахаридов в пищеварительном тракте отличается, что зависит от их способности растворяться в воде. Одни полисахариды расщепляются в кишечнике быстро. Тогда глюкоза, полученная при их распаде, быстро попадает в кровь. Такие полисахариды называют «быстрыми». Другие хуже растворяются в водной среде кишечника, поэтому медленнее расщепляются, а глюкоза медленнее поступает в кровь. Такие полисахариды называют «медленными». Некоторые из этих элементов вообще не расщепляются в кишечнике. Их называют нерастворимыми пищевыми волокнами.

Обычно под названием «медленные или быстрые углеводы» имеются в виду не сами полисахариды, а продукты, которые их содержат в большом количестве.

Список углеводов – быстрых и медленных, представлен в таблице.

При выборе продуктов для составления рациона диетолог всегда опирается на список быстрых углеводов и медленных. Быстрые в сочетании с жирами в одном продукте или приеме пищи приводят к отложению жира. Почему? Быстрое повышение содержания глюкозы в крови стимулирует выработку инсулина, который обеспечивает запас глюкозы в организме, включая и путь образования из нее жира. В результате при поедании пирожных, мороженого, жареной картошки вес набирается очень быстро.