В човешкото тяло до 60% от енергията се задоволява от въглехидрати. В резултат на това енергийният обмен на мозъка се извършва почти изключително от глюкоза. Въглехидратите изпълняват и пластична функция. Те са част от сложни клетъчни структури (гликопептиди, гликопротеини, гликолипиди, липополизахариди и др.). Въглехидратите се делят на прости и сложни. Последните, когато се разграждат в храносмилателния тракт, образуват прости монозахариди, които след това влизат в кръвта от червата. Въглехидратите постъпват в тялото предимно от растителни храни (хляб, зеленчуци, зърнени храни, плодове) и се съхраняват главно като гликоген в черния дроб и мускулите. Количеството гликоген в тялото на възрастен човек е около 400 g, но тези запаси лесно се изчерпват и се използват главно за спешни енергийни нужди.
Процесът на образуване и натрупване на гликоген се регулира от панкреатичния хормон инсулин. Процесът на разграждане на гликогена в глюкоза протича под въздействието на друг хормон на панкреаса - глюкагон.
Съдържанието на глюкоза в кръвта, както и запасите от гликоген, също се регулират от централната нервна система. Нервният ефект от центровете на въглехидратната обмяна достига до органите чрез вегетативната нервна система. По-специално, импулсите, идващи от центровете по протежение на симпатиковите нерви, директно засилват разграждането на гликогена в черния дроб и мускулите, както и освобождаването на адреналин от надбъбречните жлези. Последният спомага за превръщането на гликогена в глюкоза и засилва окислителните процеси в клетките. Хормоните на надбъбречната кора, средния дял на хипофизата и щитовидната жлеза също участват в регулирането на въглехидратния метаболизъм.
Оптималното количество въглехидрати на ден е около 500 g, но тази стойност може да варира значително в зависимост от енергийните нужди на организма. Необходимо е да се има предвид, че в организма метаболитните процеси на въглехидрати, мазнини и протеини са взаимосвързани и техните трансформации са възможни в определени граници. Факт е, че интерстициалният метаболизъм на въглехидрати, протеини и мазнини образува общи междинни вещества за всички метаболизми. Основният продукт на метаболизма на протеини, мазнини и въглехидрати е ацетил коензим А. С негова помощ метаболизмът на протеини, мазнини и въглехидрати се свежда до цикъла на трикарбоксилните киселини, в който около 70% от общата енергия на трансформациите е отделя се в резултат на окисление.
Крайните продукти на метаболизма се състоят от малко количество прости съединения. Азотът се отделя под формата на азотсъдържащи съединения (главно урея и амоняк), въглеродът - под формата на CO2, водородът - под формата на H2O.
Една от основните задачи на културистите и просто физически активните хора е правилният подбор на продукти и спортни добавки. Известно е, че едни и същи спортни добавки са предназначени да изпълняват различни функции за различните спортисти. Например, бодибилдърите гледат на аминокиселините с разклонена верига от гледна точка на подобряване на мускулния растеж и устойчив синтез на мускулен протеин. Но важен момент в обучението е периодът на умора по време на интензивно обучение. В такива ситуации спортистите имат нужда от издръжливост, а един от компонентите, които могат да я повишат, е цитрулин малатът. Ето защо много бодибилдъри го включват в своите предтренировъчни процедури.
Цитрулинът е аминокиселина, получена от комбинацията от аминокиселината орнитин и карбамоил фосфат. В тялото това се случва по време на уринарния цикъл, като по този начин тялото се отървава от азотните отпадъци. Излишъкът от цитрулин от добавките позволява на уринарния цикъл да отстрани амоняка, произведен от работещите мускули, преди да има ефект на умора.
Цитрулинът играе важна роля в метаболитните процеси в организма. В допълнение, цитрулинът е страничен продукт, който се получава, когато тялото преработва аминокиселината аргинин в азотен оксид. Проучванията показват, че излишъкът от цитрулин повишава количеството на аргинин в кръвта, което води до повишено производство на азотен оксид. От своя страна, голямото количество азот има положителен ефект върху притока на кръв към мускулите по време на тренировка, което позволява на мускулната тъкан да остане под натоварване по-дълго и да се изпомпва по-добре с кръв.
Малатът или ябълчената киселина е солно съединение, което често се използва като хранителен консервант и придава на някои плодове, като ябълки, кисел вкус. Друго положително свойство на малата е, че той насърчава рециклирането на млечна киселина, което помага в борбата с умората. Заедно с цитрулина, малатът позволява на тялото да издържа по-дълго на различни натоварвания.
Цитрулин в спорта
В бодибилдинга и други спортове цитрулинът се използва доста често, тъй като тази добавка повишава ефективността на тренировките. Чрез ускоряване на освобождаването на амоняк, цитрулинът от спортното хранене ви позволява да забавите намаляването на водородната активност в мускулите, което се случва по време на интензивна физическа работа. Когато активността на водорода спадне, мускулите стават кисели и настъпва умора.
Тъй като аргининът се синтезира от цитрулин, той може да действа като донор на азот; той се абсорбира по-добре и не се разрушава в черния дроб след абсорбция от храносмилателния тракт, но този механизъм на действие не е основният. Също така цитрулинът инхибира ензимите, които разрушават азотния оксид. Предполага се, че цитрулинът може да увеличи производството на растежен хормон, секрецията на инсулин и производството на креатин, въпреки че тези ефекти не са доказани. Добавянето към положителните ефекти е, че това лекарство помага на спортистите да намалят мускулната болка след тренировка.
Как се приема и в какви дози
Препоръчително е цитрулин да се приема на празен стомах преди тренировка, 05-1,5 часа преди тренировка. Можете също да го приемате допълнително сутрин и преди лягане. Тъй като много от ефектите на цитрулина се дължат на повишаване на нивата на аргинин, спецификата на приложение също е същата.
Минималната ефективна доза цитрулин е 6 g на ден. Но проучванията показват, че ако приемате 18 грама на ден, резултатите ще бъдат значително по-добри.
Комбиниране на цитрулин с други добавки
За да увеличите ефективността на вашите тренировки, можете да комбинирате различни добавки с цитрулин.
Най-предпочитаното спортно хранене за комбинация:
Карнозин - спомага за повишаване на анаеробния праг чрез буфериране на млечна киселина, а също така предпазва мускулите от оксидативен стрес.
L-карнитин - увеличава производството на енергия чрез включване на мазнините в метаболизма. Позволява ви да подобрите физическото представяне и да защитите сърдечно-съдовата система.
Креатин - повишава силата и мускулния растеж.
Аргинин - подобрява храненето на мускулите чрез увеличаване на производството на азотен оксид. Увеличава производството на растежен хормон и инсулин. Осъществимостта на комбинацията не е достатъчно обоснована.
Витамините и минералите са елементи, които участват в почти всички метаболитни процеси. Цитрулинът се комбинира особено добре с витамини от група В и цинк.
Странични ефекти на цитрулин
Към днешна дата клиничните проучвания не са разкрили нито един страничен ефект на цитрулин. Също така няма съобщения за спортисти, използващи цитрулин.
Естествени източници на цитрулин
диня. Кората на динята е особено богата на цитрулин. В допълнение към цитрулина, динята съдържа и други имуностимулиращи антиоксиданти, които са полезни за сърдечно-съдовата система, включително ликопен. Цитрулинът присъства и в семената на динята.
Фъстък. Фъстъците са добър източник на цитрулин и имат относително високо съдържание на здравословни за сърцето мононенаситени мазнини. Фъстъците също са с високо съдържание на антиоксиданти и фибри, важни компоненти на здравословната диета.
Соеви зърна. За разлика от много други растителни храни, соята съдържа пълния спектър незаменими аминокиселини. Това ги прави много привлекателна храна за вегетарианците. Соевите зърна съдържат цитрулин, желязо, мед и омега-3 мастни киселини. Желязото е необходимо за образуването на червените кръвни клетки, медта за метаболизма, а мастните киселини за активната мозъчна дейност и безпроблемната работа на сърцето.
Цитрулинът се намира и в други храни като риба, мляко, яйца, месо, както и в лук и чесън.
Витамините са високоактивни биологични вещества, които отговарят за определени жизнени процеси. Когато попаднат в тялото ни, те допринасят за активирането на различни процеси. Различните витамини могат да помогнат за укрепване на имунната система, намаляване на умората, подобряване на възстановяването по време на физическа активност, подобряване на цялостното функционално състояние на организма и неутрализиране на вредните фактори на околната среда.
Витаминно-минералният комплекс (мултивитамини) е добавка, чиято цел е да осигури на организма витамини, минерали и други важни вещества. Мултивитамините могат да бъдат намерени в различни форми, те идват под формата на таблетки, капсули, таблетки за смучене, прах, течност и инжекционни разтвори. Днес витаминно-минералните комплекси се произвеждат, като се вземат предвид различни фактори като възраст, пол и човешка дейност. Например, има такива мултивитамини: за бременни жени, деца, възрастни хора, за спортисти, за мъже и жени. Мултивитамините не съдържат хормонални или вредни вещества, не са опасни за здравето и спомагат за укрепването му, както и активират метаболитните процеси.
Качеството на витаминно-минералните комплекси.
Днес пазарът на спортно хранене има различни видове витаминни и минерални комплекси, които се различават по своята цена и качество. Но съставът на всички мултивитамини е много подобен.
Целият смисъл е във взаимодействието на отделните компоненти на комплекса. Евтините витаминно-минерални комплекси често се различават от скъпите с нарушена абсорбция на определени витамини и минерали, което естествено допринася за влошаване на баланса на микроелементите, които влизат в тялото, като по този начин намалява ефективността на приема на този комплекс. В скъпите лекарства, напротив, има елементи, които насърчават усвояването на определени елементи, а също така спомагат за постигане на синергичен ефект, когато елементите взаимно подобряват свойствата си. Естествено, такива компоненти носят много повече ползи за човешкото тяло.
Витамини и минерали в бодибилдинга.
Практиката показва, че както в силовите спортове, като бодибилдинг, пауърлифтинг, така и в други спортове, като фитнес, е много трудно да се постигнат желаните резултати без използването на витаминно-минерални комплекси. Дори ако човек приема достатъчно протеини и въглехидрати и редовно спортува, той може да има проблеми с тренировъчното плато. Причината за това може да е недостатъчен прием на витамини и минерали.
Бодибилдърите трябва да ядат големи количества висококалорични храни с ниско съдържание на минерали и витамини. Те не винаги могат да добавят достатъчно плодове и други източници на витамини в менюто си, тъй като това ще доведе до храносмилателни разстройства. Но от друга страна, такива спортисти имат много по-високи нужди на тялото от минерали и витамини, отколкото обикновените хора. Затова витаминно-минералните комплекси са просто незаменими за тях.
След като научиха за този проблем, начинаещите културисти се сблъскват със следния проблем: кой комплекс да изберат за себе си? В магазините можете да закупите много мултивитамини, които според описанието на производителя са най-добрите, но в действителност няма много добри комплекси. Както беше отбелязано по-рано, качеството на витаминно-минералния комплекс се определя от неговите матрици, които позволяват освобождаването на вещества с определена скорост и в определени комбинации, които дават най-добър ефект на усвояване. Освен това при спортуване, особено бодибилдинг, нуждите на тялото се променят значително: някои витамини са необходими с 30% повече, други дори повече. Ето защо на щангистите се препоръчва закупуването на специализирани витаминни и минерални комплекси, които са разработени, като се вземат предвид специфичните нужди на тялото в тренировъчни условия. В допълнение, спортните витаминно-минерални комплекси са разделени по пол: за мъже и жени и отчитат физиологичните характеристики на двата пола.
Отделно трябва да се отбележи, че витаминно-минералните комплекси трябва да се приемат както при натрупване на мускулна маса и увеличаване на показателите за сила, така и при работа върху релефа и при отслабване.
Режим на приемане.
Трябва да се спазват препоръките на производителите. Обикновено мултивитамините се приемат 1-2 месеца, след което се прави почивка от поне един месец. Експертите не препоръчват продължителна употреба, тъй като с течение на времето тялото губи способността си да абсорбира труднодостъпните минерали от храната и синтезът на витамини в тялото намалява.
Въглехидратите играят важна роля. Хората, които се грижат за собственото си здраве, знаят, че сложните въглехидрати са за предпочитане пред простите. И че е по-добре да се яде храна за по-дълго храносмилане и захранване с енергия през целия ден. Но защо точно? Как се различават процесите на усвояване на бавни и бързи въглехидрати? Защо трябва да ядете сладко само за да затворите протеиновия прозорец и защо е по-добре да ядете мед само през нощта? За да отговорим на тези въпроси, ще разгледаме подробно метаболизма на въглехидратите в човешкото тяло.
За какво са въглехидратите?
В допълнение към поддържането на оптимално тегло, въглехидратите в човешкото тяло извършват огромен набор от дейности, чийто неуспех води не само до затлъстяване, но и до куп други проблеми.
Основните задачи на въглехидратите са да изпълняват следните функции:
- Енергия – приблизително 70% от калориите идват от въглехидрати. За да се осъществи процесът на окисляване на 1 g въглехидрати, тялото се нуждае от 4,1 kcal енергия.
- Конструкция - участва в изграждането на клетъчни компоненти.
- Резерв - създават депо в мускулите и черния дроб под формата на гликоген.
- Регулаторни - някои хормони са гликопротеини по природа. Например хормоните на щитовидната и хипофизната жлеза - едната структурна част на такива вещества е протеин, а другата е въглехидрат.
- Защитни - хетерополизахаридите участват в синтеза на слуз, който покрива лигавиците на дихателните пътища, храносмилателните органи и пикочно-половия тракт.
- Участвайте в разпознаването на клетките.
- Те са част от мембраните на червените кръвни клетки.
- Те са един от регулаторите на кръвосъсирването, тъй като влизат в състава на протромбин и фибриноген, хепарин (- учебник “Биологична химия”, Северин).
За нас основните източници на въглехидрати са тези молекули, които получаваме от храната: нишесте, захароза и лактоза.
@Евгения
adobe.stock.com
Етапи на разграждане на захариди
Преди да разгледаме характеристиките на биохимичните реакции в организма и влиянието на въглехидратния метаболизъм върху спортните постижения, ще проучим процеса на разграждане на захариди с по-нататъшното им превръщане в същата захар, която спортистите толкова отчаяно извличат и изразходват по време на подготовката за състезания.
Етап 1 - предварително храносмилане със слюнка
За разлика от протеините и мазнините, въглехидратите започват да се разграждат почти веднага след като попаднат в устната кухина. Факт е, че повечето от продуктите, влизащи в тялото, съдържат сложни нишестени въглехидрати, които под въздействието на слюнката, а именно ензима амилаза, включен в състава му, и механичния фактор се разграждат до прости захариди.
Етап 2 - влияние на стомашната киселина върху по-нататъшното разграждане
Тук стомашната киселина влиза в действие. Той разгражда сложните захариди, които не са изложени на слюнката.По-специално, под действието на ензими, лактозата се разгражда до галактоза, която впоследствие се превръща в глюкоза.
Етап 3 - абсорбция на глюкоза в кръвта
На този етап почти цялата ферментирала бърза глюкоза се абсорбира директно в кръвта, заобикаляйки процесите на ферментация в черния дроб. Енергийните нива се повишават драстично и кръвта става по-наситена.
Етап 4 - ситост и инсулинов отговор
Под въздействието на глюкозата кръвта се сгъстява, което затруднява движението и преноса на кислород. Глюкозата замества кислорода, което предизвиква защитна реакция - намаляване на количеството въглехидрати в кръвта.
Инсулинът и глюкагонът влизат в плазмата от панкреаса.
Първият отваря транспортни клетки за движение на захар в тях, което възстановява загубения баланс на веществата. Глюкагонът от своя страна намалява синтеза на глюкоза от гликоген (консумация на вътрешни енергийни източници), а инсулинът „изтича“ от основните клетки на тялото и поставя там глюкозата под формата на гликоген или липиди.
Етап 5 - Въглехидратен метаболизъм в черния дроб
По пътя към пълното си храносмилане въглехидратите се сблъскват с главния защитник на организма – чернодробните клетки. Именно в тези клетки въглехидратите под въздействието на специални киселини се свързват в най-простите вериги - гликоген.
Етап 6 - Гликоген или мазнини
Черният дроб може да преработи само определено количество монозахариди в кръвта. Нарастващото ниво на инсулин я принуждава да направи това възможно най-скоро.Ако черният дроб няма време да преобразува глюкозата в гликоген, настъпва липидна реакция: цялата свободна глюкоза се превръща в прости мазнини чрез свързване с киселини. Тялото прави това, за да остави резерв, но поради постоянното ни хранене „забравя“ да смила и глюкозните вериги, превръщайки се в пластична мастна тъкан, се транспортират под кожата.
Етап 7 - вторично разцепване
Ако черният дроб се е справил със захарното натоварване и е успял да превърне всички въглехидрати в гликоген, последният под въздействието на хормона инсулин успява да се складира в мускулите. Освен това, при условия на липса на кислород, той се разгражда обратно до най-простата глюкоза, не се връща в общия кръвен поток, а остава в мускулите. По този начин, заобикаляйки черния дроб, гликогенът доставя енергия за специфични мускулни контракции, като същевременно увеличава издръжливостта (- Wikipedia).
Този процес често се нарича "втори вятър". Когато спортистът има големи запаси от гликоген и прости висцерални мазнини, те ще се превърнат в чиста енергия само при липса на кислород. От своя страна алкохолите, съдържащи се в мастните киселини, ще стимулират допълнителна вазодилатация, което ще доведе до по-добра възприемчивост на клетките към кислород в условията на неговия дефицит.
Характеристики на метаболизма според GI
Важно е да разберете защо въглехидратите се делят на прости и сложни. Всичко е за тях, което определя скоростта на разпадане. Това от своя страна задейства регулацията на въглехидратния метаболизъм. Колкото по-прост е въглехидратът, толкова по-бързо достига до черния дроб и толкова по-голяма е вероятността да се превърне в мазнини.
Приблизителна таблица на гликемичния индекс с общия състав на въглехидратите в продукта:
Характеристики на метаболизма според GN
Въпреки това, дори храни с висок гликемичен индекс не са в състояние да нарушат метаболизма и функциите на въглехидратите по начина, по който го прави. Той определя колко силно ще бъде натоварен черният дроб с глюкоза при консумация на този продукт.Когато се достигне определен праг на GL (около 80-100), всички консумирани калории над нормата ще бъдат автоматично преобразувани в триглицериди.
Приблизителна таблица на гликемичния товар с общи калории:
Отговор на инсулин и глюкагон
В процеса на консумация на всеки въглехидрат, независимо дали е захар или сложно нишесте, тялото предизвиква две реакции наведнъж, чиято интензивност ще зависи от обсъдените по-рано фактори и на първо място от освобождаването на инсулин.
Важно е да се разбере, че инсулинът винаги се освобождава в кръвта импулсно. Това означава, че една сладка баница е толкова опасна за организма, колкото 5 сладки пайчета. Инсулинът регулира плътността на кръвта. Това е необходимо, за да могат всички клетки да получават достатъчно енергия, без да работят в хипер- или хипо-режим. Но най-важното е, че скоростта на неговото движение, натоварването на сърдечния мускул и способността за транспортиране на кислород зависят от дебелината на кръвта.
Освобождаването на инсулин е естествена реакция. Инсулинът прави дупки във всички клетки в тялото, които могат да възприемат допълнителна енергия и я заключва в тях.Ако черният дроб се справи с натоварването, гликогенът се поставя в клетките; ако черният дроб не може да се справи, тогава мастните киселини влизат в същите клетки.
По този начин регулирането на въглехидратния метаболизъм се извършва единствено поради емисиите на инсулин. Ако няма достатъчно (не хронично, а еднократно), човек може да изпита захарен махмурлук - състояние, при което тялото се нуждае от допълнителна течност, за да увеличи обема на кръвта и да я разреди с всички налични средства.
Последващо разпределение на енергията
Последващото разпределение на въглехидратната енергия се извършва в зависимост от вида на конструкцията и фитнеса на тялото:
- При нетрениран човек с бавен метаболизъм.Когато нивата на глюкагон намаляват, гликогенните клетки се връщат в черния дроб, където се преработват в триглицериди.
- При спортиста.Гликогенните клетки под въздействието на инсулина се заключват масово в мускулите, осигурявайки резерв от енергия за следващото упражнение.
- Неспортуващ с бърз метаболизъм.Гликогенът се връща в черния дроб, транспортиран обратно до нивата на глюкозата, след което насища кръвта до граничното ниво. По този начин провокира състояние на изтощение, тъй като въпреки достатъчното хранене с енергийни ресурси клетките нямат необходимото количество кислород.
Долен ред
Енергийният метаболизъм е процес, в който участват въглехидратите. Важно е да се разбере, че дори при липса на директни захари, тялото все още ще разгражда тъканите до проста глюкоза, което ще доведе до намаляване на мускулната тъкан или мазнините (в зависимост от вида на стресовата ситуация).
Въглехидратите или глюкозите, както и мазнините и протеините са основните органични съединения на нашето тяло. Ето защо, ако искате да проучите въпроса за метаболизма на въглехидратите в човешкото тяло, препоръчваме ви първо да се запознаете с химията на органичните съединения. Ако искате да знаете какво представлява метаболизмът на въглехидратите и как протича в човешкото тяло, без да навлизате в подробности, тогава нашата статия е за вас. Ще се опитаме да говорим за въглехидратния метаболизъм в нашето тяло в по-проста форма.
Въглехидратите са голяма група вещества, които се състоят главно от водород, кислород и въглерод. Някои сложни въглехидрати също съдържат сяра и азот.
Всички живи организми на нашата планета са съставени от въглехидрати. Растенията се състоят от почти 80% от тях, животните и хората съдържат много по-малко въглехидрати. Въглехидратите се намират главно в черния дроб (5-10%), мускулите (1-3%) и мозъка (по-малко от 0,2%).
Имаме нужда от въглехидрати като източник на енергия. С окисляването само на 1 грам въглехидрати получаваме 4,1 kcal енергия. В допълнение, някои сложни въглехидрати са хранителни вещества за съхранение, а фибрите, хитинът и хиалуроновата киселина придават здравина на тъканите. Въглехидратите също са един от строителните материали на по-сложни молекули, като нуклеинова киселина, гликолипиди и др. Без участието на въглехидрати окисляването на протеини и мазнини е невъзможно.
Видове въглехидрати
В зависимост от степента, до която даден въглехидрат може да бъде разграден до по-прости въглехидрати чрез хидролиза (т.е. разграждане с вода), те се класифицират на монозахариди, олигозахариди и полизахариди. Монозахаридите не се хидролизират и се считат за прости въглехидрати, състоящи се от 1 захарна частица. Това е например глюкоза или фруктоза. Олигозахаридите се хидролизират до образуване на малък брой монозахариди, а полизахаридите се хидролизират до много (стотици, хиляди) монозахариди.
Глюкозата не се усвоява и се абсорбира непроменена в кръвта от червата.
От класа на олигозахаридите се разграничават дизахариди - например захар от тръстика или цвекло (захароза), млечна захар (лактоза).
Полизахаридите включват въглехидрати, които се състоят от много монозахариди. Това са например нишесте, гликоген, фибри. За разлика от моно и дизахаридите, които се абсорбират в червата почти веднага, полизахаридите се усвояват дълго време, поради което се наричат тежки или сложни. Тяхното разграждане отнема много време, което ви позволява да поддържате нивата на кръвната захар в стабилно положение, без инсулинови скокове, причинени от прости въглехидрати.
Основното храносмилане на въглехидратите се извършва в сока на тънките черва.
Резервът от въглехидрати под формата на гликоген в мускулите е много малък - около 0,1% от теглото на самия мускул. И тъй като мускулите не могат да работят без въглехидрати, те се нуждаят от редовното им доставяне чрез кръвта. В кръвта въглехидратите са под формата на глюкоза, чието съдържание варира от 0,07 до 0,1%. Основните запаси от въглехидрати под формата на гликоген се съдържат в черния дроб. Човек с тегло 70 кг има около 200 грама (!) въглехидрати в черния дроб. И когато мускулите „изядат“ цялата глюкоза от кръвта, глюкозата от черния дроб отново влиза в него (гликогенът в черния дроб първо се разгражда до глюкоза). Резервите в черния дроб не са вечни, затова е необходимо да се попълват с храна. Ако въглехидратите не се доставят с храната, черният дроб образува гликоген от мазнини и протеини.
Когато човек се занимава с физическа работа, мускулите изчерпват всички запаси от глюкоза и възниква състояние, наречено хипогликемия - в резултат на това се нарушава работата както на самите мускули, така и на нервните клетки. Ето защо е важно да спазвате подходяща диета, особено преди и след тренировка.
Регулиране на въглехидратния метаболизъм в организма
Както следва от горното, целият въглехидратен метаболизъм се свежда до нивата на кръвната захар. Нивата на кръвната захар зависят от това колко глюкоза навлиза в кръвта и колко глюкоза се отстранява от кръвта. Целият въглехидратен метаболизъм зависи от това съотношение. Захарта навлиза в кръвта от черния дроб и червата. Черният дроб разгражда гликогена до глюкоза само когато нивата на кръвната захар спаднат. Тези процеси се регулират от хормони.
Намаляването на нивата на кръвната захар е придружено от освобождаването на хормона адреналин - той активира чернодробните ензими, които са отговорни за притока на глюкоза в кръвта.
Въглехидратната обмяна също се регулира от два хормона на панкреаса - инсулин и глюкагон. Инсулинът е отговорен за транспортирането на глюкозата от кръвта до тъканите. А глюкагонът е отговорен за разграждането на глюкагона в черния дроб до глюкоза. Тези. глюкагонът повишава кръвната захар, а инсулинът я понижава. Действията им са взаимосвързани.
Разбира се, ако нивото на кръвната захар е твърде високо и черният дроб и мускулите са наситени с гликоген, тогава инсулинът изпраща „ненужния“ материал в мастното депо - т.е. съхранява глюкозата като мазнина.
Въглехидратен метаболизъм- набор от процеси на трансформация на монозахариди и техните производни, както и хомополизахариди, хетерополизахариди и различни биополимери, съдържащи въглехидрати (гликоконюгати) в тялото на хората и животните. В резултат на това U. o. тялото се снабдява с енергия (вж. Метаболизъм и енергия ), извършват се процеси на пренос на биологична информация и междумолекулни взаимодействия, осигуряват се резервни, структурни, защитни и други функции на въглехидратите. Въглехидратните компоненти на много вещества, напр. хормони, ензими, транспортните гликопротеини са маркери на тези вещества, благодарение на които те се „разпознават“ от специфични рецептори на плазмата и вътреклетъчните мембрани.
Синтез и трансформация на глюкоза в организма. Един от най-важните въглехидрати е глюкоза - е не само основният източник на енергия, но и предшественик на пентози, уронови киселини и фосфорни естери на хексози. Глюкозата се образува от гликоген и хранителни въглехидрати - захароза, лактоза, нишесте, декстрини. В допълнение, глюкозата се синтезира в тялото от различни невъглехидратни прекурсори ( ориз. 1 ). Този процес се нарича глюконеогенеза и играе важна роля в поддържането хомеостаза. Процесът на глюконеогенеза включва много ензими и ензимни системи, локализирани в различни клетъчни органели. Глюконеогенезата се осъществява главно в черния дроб и бъбреците.
Има два начина за разграждане на глюкозата в тялото: гликолиза (фосфоролитичен път, път на Embden-Meyerhof-Parnas) и пентозофосфатен път (пентозен път, хексозомонофосфатен шунт). Схематично пътя на пентозофосфата изглежда така: глюкозо-6-фосфат ® 6-фосфат глюконолактон ® рибулоза-5-фосфат ® рибоза-5-фосфат. По време на пътя на пентозофосфата един по един въглероден атом се отстранява от въглеродната верига на захарта под формата на CO 2 . Докато гликолизата играе важна роля не само в енергийния метаболизъм, но и в образуването на междинни синтезни продукти липиди, пентозофосфатният път води до образуването на рибоза и дезоксирибоза, необходими за синтеза нуклеинова киселина (ред коензими.
Синтез и разграждане на гликоген. Синтезът на гликоген, основният резервен полизахарид на хората и висшите животни, включва два ензима: гликоген синтетаза (уридин дифосфат (UDP) глюкоза: гликоген-4а-глюкозилтрансфераза), който катализира образуването на полизахаридни вериги, и разклоняващ се ензим, който образува така наречените разклонени връзки в молекулите на гликогена. Синтезът на гликоген изисква така наречените праймери. Тяхната роля може да се изпълнява или от глюкозиди с различна степен на полимеризация, или от протеинови прекурсори, към които се добавят глюкозни остатъци от уридиндифосфат глюкоза (UDP-глюкоза) с участието на специален ензим глюкопротеин синтетаза.
Разграждането на гликогена се извършва по фосфоролитичен (гликогенолиза) или хидролитичен път. Гликогенолизата е каскаден процес, в който участват редица ензими от фосфорилазната система - протеин киназа, фосфорилаза b киназа, фосфорилаза b, фосфорилаза a, амило-1,6-глюкозидаза, глюкозо-6-фосфатаза. В черния дроб, в резултат на гликогенолиза, глюкозата се образува от глюкозо-6-фосфат поради действието на глюкозо-6-фосфатаза върху него, която отсъства в мускулите, където трансформацията на глюкозо-6-фосфат води до образуване на млечна киселина (лактат). Хидролитично (амилолитично) разграждане на гликоген ( ориз. 2 ) се причинява от действието на редица ензими, наречени амилази (а-глюкозидази). Известни са A-, b- и g-амилази. а-глюкозидазите в зависимост от местоположението им в клетката се разделят на киселинни (лизозомни) и неутрални.
Синтез и разграждане на въглехидрат-съдържащи съединения. Синтезът на сложни захари и техните производни се осъществява с помощта на специфични гликозилтрансферази, които катализират преноса на монозахариди от донори - различни гликозилнуклеотиди или липидни носители към акцепторни субстрати, които могат да бъдат въглехидратен остатък, ептид или липид, в зависимост от спецификата на трансферази. Нуклеотидният остатък обикновено е дифосфонуклеозид.
В човешкото и животинското тяло има много ензими, отговорни за превръщането на едни въглехидрати в други, както в процесите на гликолиза и глюконеогенеза, така и в отделни части на пентозофосфатния път.
Ензимното разграждане на въглехидрат-съдържащи съединения се извършва главно хидролитично с помощта на гликозидази, които разцепват въглехидратни остатъци (екзогликозидази) или олигозахаридни фрагменти (ендогликозидази) от съответните гликоконюгати. Гликозидазите са изключително специфични ензими. В зависимост от природата на монозахарида, конфигурацията на неговата молекула (техните D или L-изомери) и вида на хидролизираната връзка (a или b) се разграничават a -D-манозидази, a -L-фукозидази, ×b - D-галактозидаза и др. Гликозидазите са локализирани в различни клетъчни органели; много от тях са локализирани в лизозомите. Лизозомните (киселинни) гликозидази се различават от неутралните не само по локализацията си в клетките, оптималната стойност на рН и молекулното тегло за тяхното действие, но и по електрофоретичната си подвижност и редица други физикохимични свойства.
Гликозидазите играят важна роля в различни биологични процеси; те могат например да влияят върху специфичния растеж на трансформираните клетки, взаимодействието на клетките с вирусите и т.н.
Има доказателства за възможността за неензимно гликозилиране на протеини in vivo, например хемоглобин, протеини на лещи и колаген. Има доказателства, че неензимното гликозилиране (гликиране) играе важна патогенетична роля при някои заболявания (захарен диабет, галактоземия и др.).
Транспорт на въглехидрати. Смилането на въглехидратите започва в устната кухина с участието на хидролитични ензими слюнка. Хидролизата от слюнчените ензими продължава в стомаха (ферментацията на болусните въглехидрати се предотвратява от солната киселина на стомашния сок). В дванадесетопръстника хранителните полизахариди (нишесте, гликоген и др.) И захари (олиго- и дизахариди) се разграждат с участието на a-глюкозидази и други гликозидази на панкреатичния сок до монозахариди, които се абсорбират в тънките черва в кръв. Скоростта на усвояване на въглехидратите е различна, глюкозата и галактозата се усвояват по-бързо, фруктозата, манозата и другите захари се усвояват по-бавно.
Транспортирането на въглехидрати през чревните епителни клетки и навлизането в клетките на периферните тъкани се осъществява чрез специални транспортни системи, чиято функция е да пренасят захарните молекули през клетъчните мембрани. Има специални протеини-носители - пермеази (транслокази), специфични за захарите и техните производни. Преносът на въглехидрати може да бъде пасивен или активен. При пасивния транспорт преносът на въглехидрати става в посока на концентрационния градиент, така че равновесието се постига, когато концентрациите на захар в междуклетъчното вещество или междуклетъчната течност и вътре в клетките са изравнени. Пасивният транспорт на захари е характерен за човешките еритроцити. По време на активен транспорт въглехидратите могат да се натрупват в клетките и тяхната концентрация вътре в клетките става по-висока, отколкото в течността около клетките. Предполага се, че активното усвояване на захари от клетките се различава от пасивното по това, че последното е Na + -независим процес. При хора и животни активният транспорт на въглехидрати се осъществява главно в епителните клетки на чревната лигавица и в извитите тубули (проксимален нефрон) на бъбреците.
Регулирането на въглехидратния метаболизъм се осъществява с участието на много сложни механизми, които могат да повлияят на индукцията или потискането на синтеза на различни ензими на пикочната система. или допринасят за активирането или инхибирането на тяхното действие. Инсулин, катехоламини, глюкагон, соматотропни и стероидни хормони имат различни, но много изразени ефекти върху различни процеси на въглехидратния метаболизъм. Например, инсулинът насърчава натрупването на гликоген в черния дроб и мускулите, активира ензима гликоген синтетаза и потиска гликогенолизата и глюконеогенезата. Антагонистът на инсулина глюкагон стимулира гликогенолизата. Адреналинът, стимулиращ действието на аденилатциклазата, засяга цялата каскада от реакции на фосфоролиза. Гонадотропните хормони активират гликогенолизата в плацентата. Глюкокортикоидните хормони стимулират процеса на глюконеогенеза. Хормонът на растежа влияе върху активността на ензимите на пентозофосфатния път и намалява усвояването на глюкоза от периферните тъкани. Ацетил-КоА и редуцираният никотинамид аденин динуклеотид участват в регулирането на глюконеогенезата. Увеличаването на съдържанието на мастни киселини в кръвната плазма инхибира активността на ключовите гликолитични ензими. При регулирането на ензимните реакции U. o. Ca 2+ йони играят важна роля, директно или с участието на хормони, често във връзка със специален Ca 2+ -свързващ протеин - калмодулин. При регулирането на активността на много ензими процесите на тяхното фосфорилиране и дефосфорилиране са от голямо значение. В тялото има пряка връзка между U. o. и протеинов метаболизъм (вж. Обмен на азот ), липиди (вж Метаболизъм на мазнините ) и минерали (вж. Минерална обмяна ).
Патология на въглехидратния метаболизъм.Повишаването на нивата на кръвната захар може да възникне в резултат на прекомерно интензивна глюконеогенеза или в резултат на намаляване на способността на тъканите да използват глюкоза, например, когато процесите на нейното транспортиране през клетъчните мембрани са нарушени. Намаляването на нивата на кръвната захар - хипогликемията - може да бъде симптом на различни заболявания и патологични състояния, като мозъкът е особено уязвим в това отношение: хипогликемията може да доведе до необратимо увреждане на неговите функции.
Генетично определени дефекти в ензимите на U. o. са причина за много наследствени заболявания. Пример за генетично обусловено наследствено нарушение на монозахаридния метаболизъм е галактоземия, развиващи се в резултат на дефект в синтеза на ензима галактозо-1-фосфат уридил трансфераза. Признаци на галактоземия също се отбелязват с генетичен дефект на UDP-глюкоза-4-епимераза. Характерни признаци на галактоземия са галактозурия, появата и натрупването на галактозо-1-фосфат в кръвта заедно с галактозата, както и загуба на телесно тегло, мастно чернодробно заболяване, което се развива в ранна възраст, и забавено психомоторно развитие. При тежки форми на галактоземия децата често умират през първата година от живота поради нарушена чернодробна функция или намалена устойчивост към инфекции.
Пример за наследствена непоносимост към монозахариди е непоносимостта към фруктоза, която се причинява от генетичен дефект във фруктозо фосфат алдолазата и в някои случаи от намаляване на активността на фруктозо 1,6-дифосфат алдолазата. Заболяването се характеризира с увреждане на черния дроб и бъбреците. Клиничната картина се характеризира с конвулсии, често повръщане и понякога кома. Симптомите на заболяването се появяват през първите месеци от живота, когато децата се прехвърлят на смесено или изкуствено хранене. Натоварването с фруктоза причинява тежка хипогликемия.
Заболяванията, причинени от дефекти в метаболизма на олигозахаридите, включват главно нарушено разграждане и усвояване на хранителните въглехидрати, което се случва главно в тънките черва. Малтозата и нискомолекулните декстрини, образувани от нишесте и хранителен гликоген под действието на а-амилазата в слюнката и панкреатичния сок, млечната лактоза и захарозата се разграждат от дизахаридази (малтаза, лактаза и сукраза) до съответните монозахариди главно в микровилите на лигавицата на тънките черва и след това, Ако процесът на транспортиране на монозахаридите не е нарушен, настъпва тяхната абсорбция. Липсата или намаляването на активността на дизахаридазите в лигавицата на тънките черва е основната причина за непоносимост към съответните дизахариди, което често води до увреждане на черния дроб и бъбреците, причинява диария и (вж. Синдром на малабсорбция ). Особено тежки симптоми се характеризират с наследствена непоносимост към лактоза, която обикновено се открива от самото раждане на детето. За диагностициране на непоносимост към захар обикновено се използват стрес тестове с приемане на празен стомах per os на непоносимост към въглехидрати, за която се подозира. По-точна диагноза може да се постави чрез биопсия на чревната лигавица и определяне на дизахаридазната активност в получения материал. Лечението се състои в елиминиране от храната на храни, съдържащи съответния дизахарид. По-голям ефект обаче се наблюдава, когато се предписват ензимни препарати, което позволява на такива пациенти да се хранят редовно. Например, при лактазна недостатъчност е препоръчително да добавите към млякото ензимен препарат, съдържащ лактаза, преди да го консумирате. Изключително важно е правилното диагностициране на заболявания, причинени от дефицит на дизахаридаза. Най-честата диагностична грешка в тези случаи е установяването на фалшива диагноза дизентерия, други чревни инфекции и лечение с антибиотици, което води до бързо влошаване на състоянието на болните деца и сериозни последствия.
Болестите, причинени от нарушен метаболизъм на гликоген, представляват група наследствени ензимопатии, обединени под името гликогеноза. Гликогенозата се характеризира с прекомерно натрупване на гликоген в клетките, което също може да бъде придружено от промяна в структурата на молекулите на този полизахарид. Гликогенозата се класифицира като така наречената болест на натрупване. Гликогенозата (болест на гликоген) се унаследява по автозомно-рецесивен или свързан с пола начин. Почти пълна липса на гликоген в клетките се наблюдава при агликогеноза, която се причинява от пълното отсъствие или намалена активност на чернодробната гликоген синтетаза.
Болестите, причинени от нарушен метаболизъм на различни гликоконюгати, в повечето случаи са резултат от вродени нарушения на разграждането на гликолипиди, гликопротеини или гликозаминогликани (мукополизахариди) в различни органи. Те също са болести на съхранение. В зависимост от това кое съединение се натрупва необичайно в тялото, се разграничават гликолипидози, гликопротеиноди и мукополизахаридози. Много лизозомни гликозидази, чийто дефект е в основата на наследствени нарушения на въглехидратния метаболизъм, съществуват в различни форми,
така наречените множествени форми или изоензими. Заболяването може да бъде причинено от дефект във всеки един изоензим. Например. Болестта на Тей-Сакс е следствие от дефект в AN формата на ацетилхексозаминидаза (хексозаминидаза А), докато дефект в А и В формите на този ензим води до болест на Сандхоф.Повечето болести на съхранение са изключително тежки, много от тях все още са нелечими. Клиничната картина при различни заболявания на съхранението може да бъде сходна и, напротив, едно и също заболяване може да се прояви по различен начин при различни пациенти. Следователно във всеки случай е необходимо да се установи ензимен дефект, който се открива най-вече в левкоцитите и фибробластите на кожата на пациентите. Като субстрати се използват гликоконюгати или различни синтетични гликозиди. При различни мукополизахаридози, както и при някои други заболявания на съхранение (например при манозидоза), различни по структура олигозахариди се екскретират в урината в значителни количества. Изолирането на тези съединения от урината и тяхната идентификация се извършват с цел диагностициране на заболявания на съхранението. Определянето на ензимната активност в култивирани клетки, изолирани от амниотична течност, получена по време на амниоцентеза за подозирана болест на съхранение, позволява пренатална диагностика.
При някои заболявания сериозни нарушения на U. o. възникват вторично. Пример за такова заболяване е захарен диабет, причинени или от увреждане на β-клетките на островите на панкреаса, или от дефекти в структурата на самия инсулин или неговите рецептори върху клетъчните мембрани на инсулин-чувствителни тъкани. Хранителната и хиперинсулинемията водят до развитие на затлъстяване, което увеличава липолизата и използването на неестерифицирани мастни киселини (NEFA) като енергиен субстрат. Това нарушава използването на глюкозата в мускулната тъкан и стимулира глюконеогенезата. От своя страна, излишъкът от NEFA и инсулин в кръвта води до увеличаване на синтеза на триглицериди в черния дроб (вж. мазнини ) И холестероли и съответно до повишаване на концентрацията в кръвта липопротеини много ниска и ниска плътност. Една от причините, допринасящи за развитието на такива тежки усложнения в храната, като англопатия и тъканна хипоксия, е неензимното гликозилиране на протеини.
Характеристики на въглехидратния метаболизъм при деца.Щат U. o. при децата обикновено се определя от зрелостта на ендокринните регулаторни механизми и функциите на други системи и органи. При поддържането на феталната хомеостаза, доставката на глюкоза през плацентата играе важна роля. Количеството глюкоза, преминаващо през плацентата към плода, не е постоянно, т.к концентрацията му в кръвта на майката може да се промени няколко пъти през деня. Промяната в съотношението инсулин/глюкоза в плода може да причини остри или дългосрочни метаболитни нарушения. В последната трета от вътреутробния период запасите на гликоген в черния дроб и мускулите на плода се увеличават значително през този период, глюкогенолизата и глюконеогенезата са вече значими за плода и като източник на глюкоза;
Характеристика на U. o. в плода и новороденото има висока активност на гликолитичните процеси, което позволява по-добра адаптация към хипоксични условия. Интензивността на гликолизата при новородени е с 30-35% по-висока, отколкото при възрастни; в първите месеци след раждането постепенно намалява. Високата интензивност на гликолизата при новородени се доказва от високото съдържание на лактат в кръвта и урината и по-високата активност, отколкото при възрастните лактат дехидрогеназа в кръвта. Значителна част от глюкозата в плода се окислява чрез пентозофосфатния път.
Стресът при раждане, промените в температурата на околната среда, появата на спонтанно дишане при новородени, повишената мускулна активност и повишената мозъчна активност увеличават разхода на енергия по време на раждането и в първите дни от живота, което води до бързо намаляване на нивата на кръвната захар. В 4-6 чслед раждането съдържанието му намалява до минимум (2,2-3,3 mmol/l), оставайки на това ниво през следващите 3-4 дни. Повишената тъканна консумация на глюкоза при новородени и периодът на гладуване след раждането водят до повишена гликогенолиза и използване на резервен гликоген и мазнини. Гликогенов резерв в черния дроб на новородено през първите 6 години чживотът е рязко (около 10 пъти) намален, особено с асфиксия и гладуване. Нивото на кръвната захар достига възрастовата норма при доносените новородени до 10-14-ия ден от живота, а при недоносените се установява едва до 1-2-ия месец от живота. В червата на новородените ензимната хидролиза на лактозата (основният въглехидрат в храната през този период) е леко намалена и се увеличава в ранна детска възраст. Метаболизмът на галактозата при новородените е по-интензивен, отколкото при възрастните.
Нарушения на U. o. при деца с различни соматични заболявания са вторични по природа и са свързани с влиянието на основния патологичен процес върху този тип метаболизъм.
Лабилността на механизмите за регулиране на въглехидратния и мастния метаболизъм в ранна детска възраст създава предпоставки за възникване на хипо- и хипергликемични състояния и ацетонемично повръщане. Така например нарушенията на U. o. с пневмония при малки деца, те се проявяват чрез повишаване на кръвната захар на гладно и концентрациите на лактат, в зависимост от степента на дихателна недостатъчност. Непоносимостта към въглехидрати се открива при затлъстяване и се причинява от промени в секрецията на инсулин. При деца с чревни синдроми често се открива нарушено разграждане и усвояване на въглехидрати с целиакия (вж. Цьолиакия ) отбелязват изравняване на гликемичната крива след натоварване с нишесте, дизахариди и монозахариди, а при малки деца с остър ентероколит и дефицит на сол поради дехидратация се наблюдава тенденция към хипогликемия.В кръвта на по-големите деца галактозата, пентозите и дизахаридите обикновено отсъстват при кърмачета, те могат да се появят в кръвта след прием на храна, богата на тези въглехидрати, както и при генетично обусловени аномалии в метаболизма на съответните въглехидрати или въглехидрати; -съдържащи съединения; В по-голямата част от случаите симптомите на такива заболявания се появяват при деца в ранна възраст.
За ранна диагностика на наследствени и придобити заболявания на U. o. при деца се използва поетапна система за изследване, като се използва генеалогичният метод (вж. Медицинска генетика ), различни скринингови тестове (вж Прожекция ), както и задълбочени биохимични изследвания. На първия етап от изследването се извършва определяне на глюкоза, фруктоза, захароза, лактоза в урината с помощта на качествени и полуколичествени методи и се проверява стойността на рН изпражнения. При получаване на резултати, които правят подозрение за патологии) U. o., преминете към втория етап на изследването: определяне на съдържанието на глюкоза в урината и кръвта на празен стомах с помощта на количествени методи, конструиране на гликемични и глюкозурични криви, изследване на гликемичните криви след диференцирани захарни натоварвания, определящи съдържанието на глюкоза в кръвта след прилагане на адреналин, глюкагон, левцин, бутамид, кортизон, инсулин; в някои случаи се извършва директно определяне на дизахаридазната активност в лигавицата на дванадесетопръстника и тънките черва и хроматографска идентификация на въглехидрати в кръвта и урината. За идентифициране на нарушения на храносмилането и абсорбцията на въглехидрати, след установяване на стойността на рН на изпражненията, се определя толерантността към моно- и дизахариди със задължително измерване на съдържанието на захар в изпражненията и тяхната хроматографска идентификация преди и след натоварващи тестове с въглехидрати се подозира ензимопатия (вж. Ензимопатии ) в кръвта и тъканите определят активността на U. o. ензими, дефект в синтеза (или намаляване на активността), за който клиницистите подозират.
За коригиране на нарушеното U. o. ако има тенденция към хипергликемия, се използва диетична терапия с ограничаване на мазнините и въглехидратите. Ако е необходимо, предписвайте инсулин или други хипогликемични лекарства; лекарствата, които повишават нивата на кръвната захар, се прекратяват. При хипогликемия е показана диета, богата на въглехидрати и протеини.
По време на пристъпи на хипогликемия се прилагат глюкоза, глюкагон и адреналин. При непоносимост към определени въглехидрати се предписва индивидуална диета с изключване на съответните захари от храната на пациентите. В случаите на нарушения на U. от вторичен характер е необходимо лечение на основното заболяване.
Предотвратяване на изразени нарушения на U. o. при децата се крие в навременното им откриване. С вероятността от наследствена патология U. o. препоръчително медицинско генетично консултиране. Изразеният неблагоприятен ефект от декомпенсацията на захарта и при бременни жени върху U. o. при плода и новороденото диктува необходимостта от внимателна компенсация на заболяването при майката през цялата бременност и раждане.
Библиография: Widershain G.Ya. Биохимични основи на гликозидозите, М., 1980; Хормонална регулация на функциите на детския организъм в нормални и патологични състояния, изд. М.Я. Студеникина и др., стр. 33, М., 1978; Комаров F.I., Коровкин B.F. и Меншиков В.В. Биохимични изследвания в клиниката, стр. 407, L., 1981; Metzler D. Биохимия, прев. от англ., т. 2, М., 1980 г.; Николаев А.Я. Биологична химия, М., 1989; Розенфелд Е.Л. и Попова И.А. Вродени нарушения на метаболизма на гликогена, М., 1989; Наръчник по функционална диагностика в педиатрията, изд. Ю.Е. Велтищева и Н.С. Кисляк, с. 107, М., 1979.
