Питание человека - один из факторов внешней среды, существенно влияющий на его здоровье и продолжительность жизни. Питание обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма, его рост, развитие, приспособляемость и активную деятельность человека. Все это осуществляется за счет питательных веществ, которые в отличие от других внешних факторов становятся собственными элементами организма, участвуя в обмене веществ и энергии.

По мнению советского ученого А. А. Покровского, термин "питание" в общебиологическом смысле слова характеризует всю сумму, биохимических процессов, связанных с поступлением и превращением пищевых веществ в организме для обеспечения энергией и структурными веществами любой физиологической функции.

Основные компоненты пищи, их источники и биологическая ценность

Продукты питания, которые использует человек, чрезвычайно разнообразны. Основная часть продуктов питания имеет биологическое происхождение (растительные и животные продукты) и меньшая часть небиологическое (вода и растворенные в ней минеральные соли). Поскольку в биологических объектах основная часть веществ находится в виде биополимеров, то основную массу пищи составляют высокомолекулярные компоненты, а не мономеры.

Исследование состава пищи позволило выделить в ней:

Макронутриенты класс главных пищевых веществ	Микронутриенты класс минорных пищевых веществ	Класс непищевых веществ
Класс был выделен исходя из большого количества этих компонентов, присутствующих в пище и являющихся основным источником энергии и структурных компонентов. Этот класс пищевых веществ стал предметом исследований диетологии – науки, занимающейся вопросами лечебно-профилактического и рационального питания.	Класс был выделен по тому принципу, что эти вещества могут оказывать выраженные биологические эффекты на различные функции организма, присутствуя в пище в минимальных концентрациях. Однако исследование в этой области заметно отставало. Особенно это касалось массового и относительно регулярного применения микронутриентов в каждодневной жизни здорового и больного человека в качестве пищевых добавок.	Класс веществ, выделенный из макронутриентов - полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, некоторые аминокислоты. Эти вещества нашли широкое применение в лечебной медицине в качестве фармакологических препаратов.

Микро- и макронутриенты - основные компоненты пищи, которые входят в понятие "питательные вещества". Питательные вещества обеспечивают энергетические и пластические потребности организма. К ним относятся шесть групп веществ: 1) белки; 2) углеводы; 3) липиды; 4) витамины (включая и витаминоподобные вещества); 5) минеральные вещества; 6) вода.

Поступление веществ из среды в организм

Белки Биологическая ценность белков животного и растительного происхождения определяется составом аминокислот. Аминокислоты, входящие в состав белков, можно разделить на следующие группы: 1. Незаменимые Валин Лейцин Изолейцин Треонин Метионин Фенилаланин Триптофан Лизин 2. Частично заменимые Гистидин Аргинин 3. Условно заменимые Цистеин Тирозин 4. Заменимые Аланин Аспарагиновая кислота Аспарагин Глутаминовая кислота Глутамин Пролин Глицин Серин Содержание незаменимых аминокислот определяет пищевую ценность того или иного белка. Пищевая ценность высока, если белок содержит все незаменимые аминокислоты в необходимых для человека пропорциях. Такие белки называются полноценными - это белки молока, яиц, мяса, рыбы. Растительные белки часто содержат недостаточное количество незаменимых аминокислот, обычно лизина, метионина и триптофана, что снижает их пищевую ценность. В табл. 12 приведены лишь некоторые наиболее богатые источники белка из продуктов животного и растительного происхождения. Таблица 12. Содержание белка в некоторых пищевых продуктах, г/100 г Продукт Содержание белка Продукт Содержание белка Мясо 16-24 Хлеб ржаной 7-8 Рыба 16-21 Горох 24-27 Сыры сычужные 20-35 Гречневая крупа 11-14 Яйца 11-14 Соя 32-37 Молоко 3,5 Картофель 1,5-2,0 Существует международный "условный образец" состава белка, отвечающего потребностям организма. В этом белке 31,4% составляют незаменимые аминокислоты; остальное - заменимые. Чтобы оценить состав любого пищевого белка, важно иметь эталон с необходимым содержанием незаменимых аминокислот и наиболее физиологичным соотношением каждой из незаменимых аминокислот. В качестве эталона был принят белок куриного яйца, наиболее отвечающий физиологическим потребностям организма. Любые пищевые белки сравниваются по составу аминокислот с эталонным. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме, незаменимые - поступают только с продуктами питания. Если в пище нет заменимой аминокислоты, клетки синтезируют ее из других веществ, и тем самым поддержат полный набор аминокислот, необходимый для синтеза белков. Если же отсутствует хотя бы одна из незаменимых аминокислот, то синтез белков прекратится. Это объясняется тем, что в состав подавляющего большинства белков входят все 20 аминокислот; следовательно, если нет хотя бы одной из них, синтез белков невозможен. Частично заменимые аминокислоты синтезируются в организме, однако скорость синтеза недостаточна для обеспечения всей потребности в этих аминокислотах, особенно у детей. Условно заменимые аминокислоты могут синтезироваться из незаменимых: цистеин - из метионина, тирозин - из фенилаланина. Иначе говоря, цистеин и тирозин - это заменимые аминокислоты при условии достаточного поступления с пищей метионина и фенилаланина. Наиболее важная проблема питания - удовлетворение потребностей человека в белке. Это объясняется многочисленностью и важностью функций, реализуемых белковыми молекулами в организме, а также социальными и экономическими факторами, вследствие которых ограничивается потребление белка отдельными группами населения, даже если этих пищевых продуктов достаточно. Таблица 13. Потребность в белках Возраст г/кг массы тела в день ± 20% Дети от 1 года до 3 0,88 от 4 до 6 лет 0,81 от 7 до 12 лет 0,77 Подростки (юноши и девушки) от 13 до 15 лет 0,72 от 16 до 19 лет 0,64 Взрослые 0,59 Таблица 14. Потребность в белках грудных детей Возраст, мес. г/кг массы тела 0-3 2,3 3-6 1,8 6-9 1,5 9-12 1,2 Потребность в белках Потребность в белке складывается из потребности в общем азоте и незаменимых аминокислотах. На потребности в белке сказываются климатические условия, характер трудовой деятельности, возраст, физиологическое состояние организма, наличие заболеваний, психологические стрессы. Резервами белка организм не обладает, поэтому для обеспечения нормальной жизнедеятельности требуется постоянное поступление белков с пищей. Белки входят в состав цитоплазмы, ядра клеток, гормонов, ферментов, многих специфических белков - гемоглобина, миозина и др. Ежедневно взрослый человек должен получать с пищей не менее 80-100 г белка, из них половина должна быть животного происхождения. Для растущего организма потребности в белке значительно выше. Недостаточное поступление белков ведет к задержке роста и общего развития у детей, к нарушениям ферментативных систем и т.д. Белки в пищевом рационе не могут быть заменены углеводами и жирами. В то же время излишки аминокислот, поступающие с пищей, могут превращаться в печени в жиры и углеводы. В табл. 13 приведены данные о потребности в белке [Доклад объединенной экспертной группы ФАО/ВОЗ, 1966]. При беременности во время II и III триместра дополнительно требуется 6 г белка в день на человека, во время лактации - 15 г. Уточним, что потребность выражена в эталонном белке, таком, который полностью усваивается. Верхний уровень отклонений можно рассматривать как практическую норму, за пределом нижнего - можно ожидать появления белковой недостаточности у здоровых людей. Потребности грудных детей в белке при питании грудным или коровьим молоком обеспечиваются при следующих условиях (табл. 14). Белковая ценность пищевых продуктов зависит от количества и качества белка. Количество белка, обеспечиваемого диетой, зависит от количества принимаемой пищи и концентрации белка в ней. Из этого следует, что и при низком содержании белка в пище можно обеспечить его достаточное поступление за счет увеличения количества пищи. Однако есть известные ограничения: энергетические траты должны обеспечиваться белком не менее чем на 5% (оптимально - на 18%). Пищевая ценность белков Важный критерий пищевой ценности белков - доступность аминокислот. Аминокислоты большинства животных белков полностью высвобождаются в процессе пищеварения и практически полностью всасываются. Исключение составляют некоторые белки опорных тканей (коллаген, эластин), которые не атакуются ферментами пищеварительных соков человека. При растительной диете организм может выделять до 20% и более аминокислот. Ограниченная всасываемость аминокислот растительной пищи связана с высоким содержанием в ней волокон, наличием специфических ингибиторов пищеварительных ферментов в некоторых продуктах (соя, горох), если эти ингибиторы не инактивируются горячей обработкой пищи. Белковая недостаточность В экономически слабо развитых странах основу питания составляют растительные продукты. Содержание белков в них, а главное, содержание незаменимых аминокислот в белках меньше, чем в мясных продуктах. В результате возникает белковая недостаточность, которая особенно тяжело проявляется в детском возрасте. Болезнь, вызванная белковой недостаточностью у детей, получила название квашиоркор. На языке одной из африканских народностей это означает "золотой (красный) мальчик": одним из признаков болезни является красный цвет кожи и волос у негритянских детей. При квашиоркоре наблюдаются задержка роста, малокровие, поражение печени и почек. Нарушается секреция пищеварительных соков, а следовательно, и переваривание белков, что усугубляет белковую недостаточность. Квашиоркор - одна из основных причин детской смертности в слаборазвитых районах мира. Чаще всего болезнь является следствием низкого содержания лизина в растительной пище. При своевременном переводе на мясное и молочное питание симптомы болезни исчезают.

Углеводы Источник углеводов в питании человека - преимущественно пища растительного происхождения. Мучные изделия, крупы и картофель поставляют крахмал, пищевой сахар и свекла - сахарозу, злаки, в частности ячмень, - мальтозу, фрукты и мед - фруктозу и глюкозу. Из продуктов животного происхождения заметный источник углеводов (лактозы) - молоко. Лактоза содержится также и в кондитерских изделиях, в вареньях, куда ее добавляют как средство, предупреждающее осахаривание. Углеводы в организме человека в среднем составляют около 1 % массы тела. В естественных пищевых продуктах углеводы представлены в виде моно-, ди- и полисахаридов. Углеводы служат основным источником энергии, хотя используются и в качестве пластического материала (построение оболочек соединительной ткани) и в синтезе многих веществ. Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет 400-500 г, из них около 400 г приходится на крахмал. Остальная часть - на дисахариды, в основном на сахарозу. Биологическую ценность среди углеводов пищи имеют полисахариды - крахмал и гликоген; дисахариды - сахароза, лактоза, трегалоза, мальтоза, изомальтоза. Лишь небольшая доля углеводов пищи приходится на моносахариды (глюкоза, фруктоза, пентозы и т. д.). Содержание моносахаридов в пище может возрасти после кулинарной или иной обработки пищевых продуктов. Основная функция углеводов - энергетическая, но они выполняют структурные и ряд других рассмотренных ранее функций, свойственных углеводам (см. "Углеводы"), Углеводы, имеющие β-гликозидные связи (целлюлоза, гемицеллюлозы и др.), не расщепляются, поэтому они играют вспомогательную роль в пищеварении, активируя механическую деятельность кишечника.

Липиды Как и углеводы, липиды поступают в организм с пищей животного и растительного происхождения. Биологическую ценность для организма человека представляют в основном триацилглицерины, составляющие главную (по массе) часть липидов пищи. Они определяют энергетическое значение пищевых липидов, которые составляют от 1/3 до 1/2 энергетической ценности пищи. Триацилглицериды содержатся в большом количестве в пищевых жирах - сале, сливочном и растительных маслах, где на их долю приходится от 80 до 98 % от общей массы. Источник триацилглицеридов также мясо. Содержание жиров в нем составляет от 3 (курица) до 40% (свинина). Богатый источник жиров - куриное яйцо, особенно желток (до 31 %). Различные виды фосфолипидов, холестерин и его эфиры определяющие пластическую функцию липидов пищи также поступают в организм преимущественно с продуктами животного происхождения. Фосфатидами и холестеролом богаты желток куриного яйца, икра, печень, мозги. Количество жира в организме человека в среднем составляет около 10-20 %. В состав жиров входят насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Последние не синтезируются в организме и должны обязательно поступать с пищей. Ненасыщенные жирные кислоты содержатся в растительных маслах. Взрослому человеку необходимо принимать до 80-100 г жиров в сутки. Синтез жиров может осуществляться и в самом организме из поступающих в избытке белков и углеводов. Жиры в организме служат источником энергии и по этой способности превосходят все другие питательные вещества более чем в 2 раза. Они участвуют в образовании клеточных мембран и входят в состав цитоплазмы, ядра, являются источниками биологически активных веществ, растворителями ряда витаминов. Вместе с жирами в пищеварительный тракт поступают жирорастворимые витамины А, Е, Д и витаминоподобные соединения, а также незаменимые жирные кислоты (высоконенасыщенные, объединенные названием витамин F). Излишки жиров откладываются в так называемых жировых депо (сальник, подкожная клетчатка). Производные жирных кислот - простагландины выполняют регуляторные функции. Потребность в жирах изменяется от 50 до 100 г в зависимости от характера питания и рода деятельности, из них не менее 20-25 г должно поступать растительных липидов, содержащих ненасыщенные жирные кислоты. Оптимальное потребление - 50-60 г/сут. Незаменимые жирные кислоты Большинство жирных кислот, необходимых человеку, может синтезироваться в организме из углеводов. К числу незаменимых пищевых факторов относится линолевая кислота: СН3- (СН2)4 - СН = СН - СН2 - СН = СН - (СН2)7 - СООН Эта непредельная жирная кислота в организме человека служит предшественником арахидоновой кислоты, которая в свою очередь необходима для синтеза простагландинов - группы гормонов местного действия. Возможно, незаменимой является и линоленовая кислота. Основными пищевыми источниками полиненасыщенных жирных кислот, в том числе линолевой, являются растительные масла.

Витамины и витаминоподобные вещества Витамины - важнейшая группа незаменимых пищевых факторов. Они поступают в организм с растительными и животными продуктами, некоторые синтезируются в организме кишечными бактериями (энтерогенные витамины). Однако их доля значительно меньше пищевых. Являются абсолютно незаменимые компоненты пищи, поскольку они используются для синтеза в клетках организма коферментов, являющихся обязательной частью сложных ферментов. Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики (от нескольких микрограммов до десятков и сотен миллиграммов), но при недостаточном поступлении витаминов в организм наступают характерные и опасные патологические изменения. Впервые наличие витаминов в пище было обнаружено русским врачом Н.И.Луниным (1880). В дальнейшем витамины были открыты при изучении таких заболеваний, как бери-бери, цинга и другие, о которых теперь известно, что они возникают вследствие недостачности витаминов. По выражению академика В. А. Энгельгардта, витамины обнаружили себя не своим присутствием в организме, а своим отсутствием. Недостаточность витамина B12 Разберем такой пример. Больной В., 50 лет, поступил в клинику с жалобами на потерю аппетита, потерю веса, слабость, боли в области желудка. При лабораторном исследовании обнаружены следующие отклонения от нормы: эритроцитов в крови 1,7-1012/л (норма 5-1012/л); желудочная секреция 0,4 л за сутки (норма 2,5 л за сутки); pH желудочного сока 7,0 (норма 1,5). Эритроциты больного имели необычную форму и большие размеры: диаметр 12-14 мкм (норма 7-8 мкм). Поставлен диагноз - болезнь Аддисона-Бирмера. Болезнь Аддисона - Бирмера (злокачественная анемия, пернициозная анемия) описана более 100 лет назад и долго считалась неизлечимой. Первые случаи выздоровления отмечены в 1926 г., когда для лечения применили сырую печень. Сразу же начались поиски вещества, содержащегося в печени и оказывающего лечебное действие. В 1948 г. это вещество - витамин В12 - было выделено. Его содержание в печени оказалось очень небольшим - около 1 мкг в 1 г печени, т. е. 1/1 000000 часть веса печени. Семь лет спустя было выяснено строение витамина В12 (кобаламина) (рис. 62). Введение витамина В12 быстро излечивает злокачественную анемию. Однако при этом выяснилось, что имеет значение способ введения: внутримышечные инъекции излечивают анемию, а прием витамина через рот не излечивает. Если же витамин В12 принимать перорально вместе с желудочным соком, тоже наступает излечение. Отсюда следует, что в желудочном соке содержится какое-то вещество, необходимое для усвоения витамина В12 при его введении через рот. Это вещество (внутренний фактор, фактор Касла) сейчас выделено: им оказался гликопротеин, который у здоровых людей синтезируется в клетках желудка и секретируется в желудочный сок. Внутренний фактор избирательно связывает витамин В12 (одна молекула витамина на одну молекулу белка); затем, уже в кишечнике, этот комплекс присоединяется к специфическим рецепторам мембраны энтероцитов, и происходит перенос витамина через их мембрану, т. е. всасывание. Злокачественная анемия обычно развивается как осложнение гастрита, причем таких его форм, при которых резко снижается образование желудочного сока. Отсюда такие симптомы, как боли в области желудка, отсутствие аппетита. В желудке при этом нет внутреннего фактора и, следовательно, невозможно всасывание витамина В12: витамин, содержащийся в пище, выводится с калом. Развитие анемии - это уже следствие недостатка витамина B12 в тканях. Витамин В12 выполняет коферментные функции. В организме человека есть две коферментные формы витамина В12 (кобаламина): метилкобаламин - в цитоплазме дезоксиаденозилкобаламин - в митохондриях. В метилкобаламине вместо аденозильной группы, связанной с атомом кобальта (см. рис. 62), имеется метильная группа. В развитии анемии основная роль принадлежит дефициту метилкобаламина, который служит коферментом в реакциях трансметилирования. Реакции трансметилирования происходят, в частности, при синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Поэтому при недостатке метилкобаламина синтез нуклеиновых кислот нарушается. Это проявляется прежде всего в тканях с интенсивной клеточной пролиферацией. К их числу относится и кроветворная ткань. Деление и созревание клеток эритроцитарного ряда нарушаются, размеры клеток превышают нормальные, значительная часть клеток - предшественников эритроцитов - разрушается еще в костном мозге, в циркулирующей крови количество эритроцитов резко уменьшено, размеры их увеличены. При отсутствии лечения наступают изменения и в других тканях, и болезнь заканчивается гибелью больного. Введение 100-200 мкг витамина В12 ежедневно в течение примерно двух недель излечивает болезнь. Другая коферментная форма витамина В12 - дезоксиаденозилкобаламин - участвует в метаболизме метилмалоновой кислоты, которая получается в организме из жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, а также из аминокислот с разветвленной углеродной цепью. При дефиците витамина В12 метил малоновая кислота накапливается в организме и в больших количествах выводится с мочой; ее определение в моче используется для диагностики злокачественной анемии. Метилмалоновая кислота токсична для нервной ткани, и при отсутствии лечения вызывает дегенерацию заднебоковых столбов спинного мозга. Единственным источником витамина B12 в природе являются микроорганизмы, синтезирующие его из других веществ; через почву он попадает в растения, а с растениями в организмы животных. Для человека основным источником витамина В12 служит животная пища. Наиболее богата витамином печень - около 100 мкг на 100 г печени; в говяжьем мясе содержится около 5 мкг витамина на 100 г мяса. Суточная потребность человека в этом витамине составляет 2,5-5 мкг. Общая характеристика витаминов Витамины принято обозначать буквами латинского алфавита по химическому строению или эффекту действия. В основу современной классификации витаминов положена их способность растворяться в воде и жире. Различают жирорастворимые (A, D, Е) и водорастворимые (B1, В2, В6, В12, С и др.) витамины. Характеристика основных витаминов приведена в таб. 12.4. Таблица 12.4. Характеристики основных витаминов Название Потребность в сутки Источники содержания Влияние Признаки недостаточности Жирорастворимые витамины Витамин А (ретинол) 1,5-2,5 мг Животные жиры, мясо, рыба, яйца Зрение, рост, размножение Нарушение сумеречного зрения, сухость кожи, поражение роговицы глаз (ксерофтальмия) Витамин Д (кальциферол) 2,5 мкг Печень, рыба, икра, яйца Обмен кальция и фосфора Нарушение образования костей (рахит) Витамин Е (токоферол) 10-20 мг Зеленые овощи, семена злаков, яйца, растительные масла Размножение, обмен веществ Атрофия скелетных мышц, бесплодие Водорастворимые витамины Витамин К (филлохинон) 0,2-0,3 мг Шпинат, салат, томаты, печень, синтезируются микрофлорой кишечника Свертывание крови витамины Кровоточивость, кровоизлияния Витамин B1 (тиамин) 1,3-2,6 мг Крупы, молочные продукты, яйца, фрукты Обмен веществ, функции желудка, сердца Поражение нервной системы (болезнь бери-бери) Витамин В2 (рибофлавин) 2-3 мг Крупы, дрожжи, овощи, молоко, мясо Обмен веществ, зрение, кроветворение Нарушение роста, поражение кожи Витамин В12 (цианкобаламин) 2-3 мкг Печень, почки, рыба, яйца, вырабатывается микроорганизмами Обмен веществ, кроветворение Малокровие (анемия) Витамин С (аскорбиновая кислота) 60-100 мг Свежие фрукты, ягоды Обмен веществ, окислительно-восстановительные процессы Уменьшение прочности капилляров (кровоточивость, цинга) В3, РР (никотиновая кислота) 15-25 мг Мясо, печень, хлеб грубого помола Обмен веществ в коже Пеллагра Большинство витаминов входит в состав коферментов и именно по этой причине они необходимы организму. Витамин А служит кофактором белка неферментной природы - родопсина, или зрительного пурпура; этот белок сетчатки глаза участвует в восприятии света. Витамин D (точнее, его производное - кальцитриол) регулирует обмен кальция; по механизму действия он скорее сходен с гормонами - регуляторами обмена и функций организма. Как участвует в обмене веществ витамин Е (токоферол), остается не вполне ясным. Подробнее функции каждого из витаминов рассматриваются в других разделах. Витаминоподобные вещества Существует группа веществ, в строгом смысле не относящихся к витаминам (по механизму их участия в обмене веществ), но сходных с витаминами в том отношении, что при определенных условиях возникает их недостаточность: это так называемые витаминоподобные вещества. К ним относят пангамовую кислоту (витамин В15), S-метилметионин (витамин U), инозит, холин и некоторые другие соединения. Потребность в пангамовой кислоте и S-метилметионине возникает, вероятно, лишь при недостаточном содержании в пище незаменимой аминокислоты метионина. Оба эти вещества, как и метионин, содержат метальные группы, которые используются для синтеза ряда других соединений. S-Метилметионин применяется как эффективное лекарство при лечении язвенной болезни желудка. Инозит и холин входят в состав сложных липидов; холин, кроме того, может также служить источником метальных групп при синтезе других соединений. Оба вещества в организме здорового человека синтезируются из глюкозы (инозит) или серина и метионина (холин) в необходимых количествах. Гиповитаминозы. Состояния, при которых снижена концентрация витаминов в тканях организма, называют гиповитаминозами. Они возникают вследствие недостатка витаминов в пище или нарушения их всасывания в желудочно-кишечном тракте. Гиповитаминозы клинически могут проявляться весьма характерным образом: при недостатке витамина В12 развивается злокачественная анемия, витамина D - рахит, витамина С - цинга, витамина В1 - бери-бери и т. д. Лечение гиповитаминозов сводится к введению витаминов (в состав пищи или лекарственных препаратов). При отсутствии лечения углубляющийся гиповитаминоз неизбежно приводит к летальному исходу. Наиболее часто возникают легкие формы гиповитаминозов, не проявляющиеся как ясно выраженная болезнь. Их причиной обычно бывает общее нарушение питания, при этом возникает нехватка сразу многих витаминов. Такого рода гиповитаминозы нередки у городских жителей в конце зимы, вследствие недостаточного потребления овощей и сниженного количества витаминов в долго хранившихся продуктах. Многие витамины синтезируются микроорганизмами, населяющими кишечник человека, и за счет этого источника удовлетворяется часть потребности организма человека в витаминах. При лечении антибиотиками, сульфаниламидами и другими лекарствами, угнетающими кишечную флору, может возникать гиповитаминоз. Поэтому при таком лечении одновременно назначают и витамины. Бывают и наследcтвенные формы гиповитаминозов. Как уже отмечено, большинство витаминов входит в состав коферментов. Синтез коферментов осуществляется при участии ферментов, как и все химические превращения в организме. Если имеется наследственный дефект фермента, участвующего в превращении какого-либо витамина в кофермент, то возникает недостаточность этого кофермента. Она проявляется как недостаточность соответствующего витамина (гиповитаминоз), хотя концентрация витамина в тканях при этом может быть и высокой. Гипервитаминозы. Избыточное потребление витаминов приводит к нарушениям обмена и функций организма, которые отчасти связаны со специфической ролью витамина в обмене веществ, отчасти носят характер неспецифического отравления. Гипервитаминозы возникают сравнительно редко, поскольку существуют механизмы устранения избытка витаминов из тканей, и лишь потребление больших количеств витамина может оказаться опасным. Более других витаминов токсичны жирорастворимые витамины, особенно А и D. Известен, например, гипервитаминоз у новичков в Арктике, которые по неведению употребляют в пищу печень белого медведя (местные жители ее не едят): после небольшой порции возникают головная боль, рвота, расстройство зрения и даже может наступить смерть. Это связано с высоким содержанием витамина А в печени белого медведя: несколько граммов печени могут удовлетворить годовую потребность человека в этом витамине. Происхождение витаминов. В растениях синтезируются все органические вещества, составляющие их ткани, в том числе витамины (за исключением витамина В12), а также и все аминокислоты (незаменимых аминокислот для них не существует). Многие микроорганизмы тaкже не нуждаются во внешних источниках этих веществ. Из организмы животных витамины и незаменимые аминокислоты поступают главным образом из растений, у травоядных - непосредственно, у хищников - в результате питания травоядными. Витамин В12 синтезируется только микроорганизмами. Особенно активно образуют витамин В12 микроорганизмы, населяющие рубец жвачных животных и размножающиеся также и в навозе: в сточных водах скотных дворов концентрация витамина В12 может быть в 1000 раз больше, чем в печени животных. При эволюции гетеротрофных организмов, пища которых содержала готовые витамины и аминокислоты, отпала необходимость образовывать собственные ферменты для синтеза многих из этих веществ, и соответствующие гены были утрачены. При этом достигаются упрощение метаболической системы и экономия ресурсов клетки. Одновременно возникает зависимость организма от внешних источников этих веществ, которые становятся незаменимыми пищевыми факторами. Набор незаменимых пищевых факторов для разных видов животных различен. Например, аскорбиновая кислота (витамин С) является витамином для человека, обезьян, морской свинки, а собаки, крысы и многие другие животные не нуждаются в ней: аскорбиновая кислота синтезируется в их организме из глюкозы. Cинтез витамина РР происходит почти у всех организмов, начиная от растений и до человека; его предшественником служит триптофан. Однако у человека скорость синтеза недостаточна, чтобы удовлетворить полностью потребность организма в этом витамине. У кошек витамин РР совсем не синтезируется.

К питательным веществам, обеспечивающим необходимые энергетические, пластические потребности организма и регуляторные функции, также относят:

1. минеральные вещества [показать]

   Водный обмен тесно связан с минеральным (солевым) обменом.

   Обмен минеральных солей.

   Минеральные вещества, содержащиеся в пище в форме минеральных солей или ионов, также относится к незаменимым пищевым веществам. Частично они поступают в организм с водой, пищевыми продуктами животного и растительного происхождения.

   Минеральные вещества используются как пластический материал, необходимый организму для построения клеток и синтеза различных физиологически активных веществ - белков, ферментов, гормонов (например, кальций, фосфор и др.) и как кофакторы ферментов.

   Минеральные вещества обусловливают необходимую величину осмотического давления в крови и тканевых жидкостях, участвуют в таких физиологических процессах, как нервное возбуждение, мышечное сокращение, свертывание крови и т.д. Общее количество минеральных солей в организме человека составляет около 4% его массы. Кроме того, организм нуждается в регулярном поступлении электролитов с пищей и водой, так как они постоянно выводятся почками, кожей, кишечником и легкими. Смешанная пища содержит достаточное количество солей, кроме хлорида натрия, который необходимо добавлять в пищу при кулинарной обработке. Потребность человека в различных минеральных веществах неодинакова: одни, называемые макроэлементами (Na, К, Са, Mg, Cl, Р), необходимы организму в большом количестве (в граммах и десятых долях грамма в сутки), другие - микроэлементы Fe, Си, J, Zn - в малых количествах (в микрограммах). Кобальт поступает в организм человека не в форме минеральных солей, а в составе готового витамина B₁₂.

   Минеральные вещества относятся к незаменимым факторам пищи. Хотя возможна относительная взаимозаменяемость некоторых минеральных элементов в биологических процессах, но невозможность их взаимопревращения в организме является причиной незаменимости этих веществ. Кофакторная часть пищевых минеральных веществ сродни витаминам.

   Недостаток минеральных веществ приводит к различным нарушениям обмена веществ, а у детей сказывается на их росте и развитии (табл. 12.3).

   Таблица 12.3. Необходимые минеральные вещества и их функции
   Суточная потребность организма в элементах	Физиологические функции	Последствия недостаточного поступления
   Натрий, 4-6 г	Участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия и объема воды, механизме возбуждения нервов и мышц	Слабость
   Калий, 3-5 г	Участвует в ферментативных процессах в скелете и функциональной деятельности нервов и мышц	Слабость
   Кальций, 0,7-0,8 г	Входит в состав костей и зубов, участвует в свертывании крови, мышечном сокращении, реакциях нервной системы	Мышечные судороги
   Магний, 0,4 г	Входит в состав костей и зубов, участвует в белковом и углеводном обмене	Отсутствие аппетита, тошнота
   Хлор, 6,0-9,0 г	Поддерживает объем воды и кислотно-щелочное равновесие	Нарушения не установлены
   Фосфор, 1,2-1,5 г	Входит в состав костей, зубов, участвует в энергетическом обмене	Диминерализация костей
   Железо, 10 - 18 мг	Входит в состав гемоглобина	Анемия
   Медь, 2-5 мг	Входит в состав ферментов	Анемия
   Иод, 0,2 мг	Участвует в синтезе гормонов щитовидной железы	Зоб
   Фтор, 1 мг	Участвует в процессе развития зубов, формировании дентина и зубной эмали, костеобразования	Кариес

2. вода [показать]

   Обмен воды. Вода относится к незаменимым компонентам пищи, хотя небольшие количества воды образуются из белков, липидов и углеводов при обмене их в тканях. Вода составляет значительную часть организма человека (в среднем 60% массы тела). Ее содержание в организме зависит от возраста, пола и упитанности. В детском организме воды значительно больше, чем у взрослых. В различных органах и тканях содержится неодинаковое количество воды: больше в печени, селезенке, мышцах (до 80 % массы) и значительно меньше в костной ткани (до 20 %).

   Вода необходима для нормального течения физиологических процессов. Она растворяет органические и неорганические вещества, активно участвует в химических реакциях и регуляции температуры тела. Вода поступает с продуктами биологического и небиологического происхождения. В нормальных условиях человек в течение суток потребляет около 2,5 л воды: 1,2 л - в виде различных жидкостей, 1 л - с пищей, 0,3 л образуется в организме в процессе окисления пищевых веществ. Из организма вода выделяется почками, кишечником, легкими и кожей. В среднем за сутки выводится 2,5 л воды. В результате общее количество воды в организме поддерживается на постоянном уровне.

   Поступление воды в организм регулируется потребностью в ней, которая зависит от пищи и температуры окружающей среды. Углеводная и жирная пища снижают эту способность, соленая пища и высокая температура повышают. Минимальные потребности человека в воде составляют около 1,5 л в сутки. При избыточном потреблении воды может развиться водная интоксикация, характеризующаяся увеличением количества внутриклеточной воды. Недостаточное поступление воды сопровождается нарушением кровообращения, а полное лишение воды приводит к гибели организма.

Полимерные пищевые вещества в желудочно-кишечном тракте гидролизуются при участии ферментов класса гидролаз на мономеры: в этом заключается суть пищеварения. В процессе пищеварения происходит уменьшение разнообразия веществ: из бесчисленного количества белков разного строения, полисахаридов, жиров получается 20 разных аминокислот, небольшое число моносахаридов (главным образом глюкоза, фруктоза, галактоза), глицерин, жирные кислоты (главным образом олеиновая, стеариновая, пальмитиновая). Мономеры как низкомолекулярные вещества значительно легче проникают через клеточные мембраны кишечного эпителия (полимеры практически не всасываются). С кровью мономеры транспортируются во все органы и ткани и используются клетками.

Продолжение: Биохимия пищеварения (переваривание питательных веществ)