В организме человека до 60 % энергии удовлетворяется за счет углеводов. Вследствие этого энергообмен мозга почти исключительно осуществляется глюкозой. Углеводы выполняют и пластическую функцию. Они входят в состав сложных клеточных структур (гликопептиды, гликопротеины, гликолипиды, липополисахариды и др.). Углеводы делятся на простые и сложные. Последние при расщеплении в пищеварительном тракте образуют простые моноса-хариды, которые затем из кишечника поступают в кровь. В организм углеводы поступают главным образом с растительной пищей (хлеб, овощи, крупы, фрукты) и откладываются в основном в виде гликогена в печени, мышцах. Количество гликогена в организме взрослого человека составляет около 400 г. Однако эти запасы легко истощаются и используются главным об-разом для неотложных потребностей энергообмена.
Процесс образования и накопления гликогена регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином. Процесс расщепления гликогена до глюкозы происходит под влиянием другого гормона поджелудочной железы - глюкагона.
Содержание глюкозы в крови, а также запасы гликогена регулируются и центральной нервной системой. Нервное воздействие от центров углеводного обмена поступает к органам по вегетативной нервной системе. В частности, импульсы, идущие от центров по симпатическим нервам, непосредственно усиливают расщепление гликогена в печени и мышцах, а также выделение из надпочечников адреналина. Последний способствует преобразованию гликогена в глюкозу и усиливает окислительные процессы в клетках. В регуляции углеводного обмена также принимают участие гормоны коры надпочечников, средней доли гипофиза и щитовидной железы.
Оптимальное количество углеводов в сутки составляет около 500 г, но эта величина в зависимости от энергетических потребностей организма может значительно изменяться. Необходимо учитывать, что в организме процессы обмена углеводов, жиров и белков взаимосвязаны, возможны их преобразования в определенных границах. Дело в том, что межуточный обмен углеводов, белков и жиров образует общие промежуточные вещества для всех обменов. Основным же продуктом обмена белков, жиров и углеводов является ацетилкоэнзим А. При его помощи обмен белков, жиров и углеводов сводится к циклу трикарбоновых кислот, в котором в результате окисления высвобождается около 70 % всей энергии превращений.
Конечные продукты обмена веществ составляют незначительное количество простых соединений. Азот выделяется в виде азотсодержащих соединений (главным образом мочевина и аммиак), углерод - в виде СО2, водород - в виде Н2О.
Одним из главных заданий бодибилдеров и просто физически активных людей является правильный подбор продуктов и спортивных добавок. Известно, что одни и те же спортивные добавки призваны выполнять разные функции для разных спортсменов. К примеру, культуристы рассматривает аминокислоты с разветвленной цепью с точки зрения улучшения роста мышц и устойчивого синтеза мышечного белка. Но немаловажным моментом в тренировках является период наступления усталости во время интенсивных тренировок. В таких ситуациях атлетам необходима выносливость, и одним из компонентов, который способен ее повысить является цитруллин малат. Поэтому много бодибилдеров включают его в своеи предтернировочные комплексы.
Цитруллин — это аминокислота, которая получающаяся в результате соединения аминокислоты орнитин и карбамоил фосфата. В организме это происходит во время мочевого цикла, таким образом, тело избавляется от азотистых отходов. Избыток цитруллина, получаемый из добавок, позволяет мочевой цикл удалять аммиак, производимый работающими на тренировке мышцами, прежде чем он окажет эффект усталости.
Цитруллин играет важную роль в метаболических процессах организма. Кроме того цитруллин это побочный продукт, получаемый при переработке организмом такой аминокислоты как аргинин в оксид азота. Как показывают исследования, избыток цитруллина увеличивает количество аргинина в крови, что приводит к увеличению выработки оксида азота. В свою очередь большое количество азота положительно влияет на приток крови к мышцам во время тренировки, что позволяет мышечной ткани дольше находиться под нагрузкой и лучше накачиваться кровью.
Малат или яблочная кислота — солевое соединение, которое часто используется в качестве пищевого консерванта, некоторые фрукты, такие как яблоки, из-за него обладают кисловатым привкусом. Еще одним положительным свойством малата является то, что он способствует рециркуляции молочной кислоты, это помогает в борьбе с усталостью. Вместе с цитруллином, малат позволяет организму дольше выдерживать разные нагрузки.
Цитруллин в спорте
В бодибилдинге и других видах спорта цитруллин применяется довольно часто, поскольку эта добавка увеличивает производительность тренировки. Ускоряя освобождение от аммиака, цитруллин из спортивного питания позволяет отсрочить момент снижения активности водорода в мышцах, происходящее во время интенсивной физической работы. При падении активности водорода, мышца закисляется, и настает усталость.
Так как из цитруллина синтезируется аргинин, он может выступать как донатор азота, он лучше усваивается и не разрушается в печени после абсорбции из пищеварительного тракта, но этот механизм действия не является основным. Также, цитруллин угнетает ферменты, которые разрушают оксид азота. Предполагается, что цитруллин может увеличивать продукцию гормона роста, секрецию инсулина и продукцию креатина, хотя эти эффекты не доказаны. К положительным эффектам можно также добавить то, что этот препарат помогает атлетам снизить боль в мышцах после тренировки.
Как принимать и в каких дозах
Рекомендуется принимать цитруллин на пустой желудок перед тренировками, за 05-1,5 часа. Также можно дополнительно его употреблять утром и перед сном. Поскольку многие эффекты цитруллина обусловлены подъемом уровня аргинина, специфика приема тоже одинакова.
Минимальной эффективной дозой цитруллина является 6 г в сутки. Но исследования показывают, что если принимать 18 грамм в сутки, то результаты будут значительно лучшими.
Сочетание цитруллина с другими добавками
Чтобы увеличить эффективность тренировок можно комбинировать с цитруллином различные добавки.
Наиболее предпочтительное спортивное питание для сочетания:
Карнозин — помогает увеличить анаэробный порог за счет буферизации молочной кислоты, а также защитить мышцы от окислительного стресса.
L-карнитин — увеличивает энергопродукцию, за счет включения в метаболизм жиров. Позволяет улучшить физические показатели, защитить сердечно-сосудистую систему.
Креатин — увеличивает силу и мышечный рост.
Аргинин — улучшает питание мышц за счет увеличения продукции оксида азота. Увеличивает продукцию гормона роста и инсулина. Целесообразность комбинирования недостаточно обоснована.
Витамины и минералы — элементы, которые участвуют практически во всех метаболических процессах. Особенно хорошо цитруллин сочетается с витаминами группы В и цинком.
Побочные эффекты цитруллина
Доныне, в ходе клинических испытаний не было выявлено ни одного побочного эффекта цитруллина. Также не было сообщений и от атлетов, употребляющих цитруллин.
Натуральные источники цитруллина
Арбуз. Особенно богата цитруллином кожура арбуза. Кроме цитруллина арбуз содержит и другие имунностимулирующие антиоксиданты, полезные для сердечно-сосудистой системы, в том числе ликопин. Цитруллин присутствует также и в арбузных семечках.
Арахис. Арахис является хорошим источником цитруллина при относительно высоком содержании мононенасыщенных жиров, полезных для сердца. Кроме того, в арахисе много антиоксидантов и волокна, важных составляющих здорового питания.
Соевые бобы. В отличие от многих других продуктов растительного происхождения, соевые бобы содержат весь спектр незаменимых аминокислот. Это делает их весьма привлекательной пищей для вегетарианцев. В соевых бобах присутствует цитруллин, железо, медь и омега-3 жирные кислоты. Железо необходимо для формирования красных кровяных клеток, медь – для обмена веществ, а жирные кислоты – для активной мозговой деятельности и бесперебойной работы сердца.
Цитруллин также содержится и в других продуктах питания, таких как рыба, молоко, яйца, мясо, а также в луке и чесноке.
Витамины — это высокоактивные биологические вещества, которые отвечают за определенные жизненные процессы. При попадании в наш организм они способствуют активизации разных процессов. Разные витамины способны помочь укрепить иммунную систему, снижают утомляемость, улучшают восстанавливаемость при физической нагрузке, улучшают общее функциональное состояние организм и нейтрализуют вредные факторы окружающей среды.
Витаминно-минеральный комплекс (мультивитамины) — это добавки, задание которых состоит в том, чтобы обеспечить организм витаминами, минералами, а также другими важными веществами. Мультивитамины можно встретить в различных формах, они бывают в форме таблеток, капсул, пастилы, порошка, жидкости и инъекционных растворов. В нынешнее время витаминно-минеральные комплексы производят, учитывая разные факторы, такие как возраст, пол и деятельность человека. К примеру, различают такие мультивитамины: для беременных, детей, пожилых людей, для атлетов, для мужчин и женщин. Мультивитамины не содержат гормональных и вредных веществ, они не опасны для здоровья, и помогают его укрепить, а также активировать метаболические процессы.
Качество витаминно-минеральных комплексов.
Не сегодняшний день рынок спортивного питания имеет различные виды витаминно-минеральных комплексов, которые отличаются своей ценой и качеством. Но состав всех мультивитаминов очень похож.
Все дело в том во взаимодействии отдельных компонентов комплекса. Дешевые витаминно-минеральные комплексы нередко отличаются от дорогих нарушением всасывания определенных витаминов и минералов, что само собой способствует ухудшению баланса микронутриентов, которые поступают в организм, тем самым снижается и эффективность принятия данного комплекса. В дорогих препаратах наоборот присутствуют элементы, которые способствуют усвоению тех или иных элементов, а также помогают добиться синергического эффекта, когда элементы повышают свойства друг друга. Естественно, такие компоненты приносят намного больше пользы для человеческого организма.
Витамины и минералы в бодибилдинге.
Практика показывает, что как в силовых видах спорта, таких как бодибилдинг, пауэрлифтинг, так и других видах, таких как фитнес, очень сложно добиться желаемых результатов без использования витаминно-минеральных комплексов. Даже если человек употребляет достаточное количество белков и углеводов, систематически занимается спортом, он может иметь проблемы с тренировочным плато. Причиной тому может быть недостаточное употребление витаминов и минералов.
Бодибилдерам необходимо употреблять большое количество высококалорийной пищи, которая содержит мало минералов и витаминов. Они не всегда могут добавить к своему меню достаточное количество фруктов и других источников витаминов, так как это приведет к расстройству органов пищеварения. Но с другой стороны у таких спортсменов потребности организма в минералах и витаминах намного выше, чем в обычных людей. Поэтому витаминно-минеральные комплексы для них просто незаменимы.
Узнав о такой проблеме, бодибилдеры-новички сталкиваются со следующей проблемой, какой же комплекс подобрать для себя? В магазинах можно приобрести множество мультивитаминов, которые по описанию производителя являются самыми лучшими, однако в действительности хороших комплексов не так много. Как отмечалось раньше, качество витаминно-минерального комплекса определяется его матрицами, которые позволяют высвобождать вещества с определенной скоростью и в определенных комбинациях, дающие наилучший эффект усвоения. Кроме того, при занятиях спортом, особенно бодибилдингом, потребности организма существенно изменяются: одних витаминов нужно на 30% больше, других еще больше. Именно поэтому, тяжелоатлетам рекомендуется приобретать специализированные витаминно-минеральные комплексы, которые разработаны с учетом специфических потребностей организма в условиях тренинга. К тому же спортивные витаминно-минеральные комплексы разделяются по половому назначению: на мужские и женские, и в них учитываются физиологические особенности обоих полов.
Отдельно нужно отметить, что витаминно-минеральные комплексы нужно принимать как при наборе мышечной массы и увеличении силовых показателей, так и при работе на рельеф, и при похудении.
Режим приема.
Необходимо соблюдать рекомендации производителей. Обычно мультивитамины принимают на протяжении 1-2 месяцев, после чего делается перерыв не менее одного месяца. Экспертами не рекомендуется вести постоянный прием, так как организм со временем теряет возможность усваивать труднодоступные минералы из пищи, а также внутри организма уменьшается синтез витаминов.
Не последнюю роль играют именно углеводы. Люди, которым небезразлично собственное здоровье, знают, что сложные углеводы предпочтительнее простых. И что лучше употреблять еду для более длительного переваривания и подпитки энергией на протяжении дня. Но почему именно так? Чем различаются процессы усвоения медленных и быстрых углеводов? Почему сладости стоит употреблять только для закрытия белкового окна, а мед лучше есть исключительно на ночь? Чтобы ответить на эти вопросы, подробно рассмотрим обмен углеводов в организме человека.
Для чего нужны углеводы
Помимо поддержания оптимального веса, углеводы в организме человека выполняют огромный фронт работы, сбой в которой влечет не только возникновение ожирения, но и массу других проблем.
Основными задачами углеводов является выполнение следующих функций:
- Энергетическая — приблизительно 70% калорийности приходится на углеводы. Для того, чтобы реализовался процесс окисления 1 г углеводов организму требуется 4,1 ккал энергии.
- Строительная — принимают участие в построении клеточных компонентов.
- Резервная — создают депо в мышцах и печени в виде гликогена.
- Регуляторная — некоторые гормоны по своей природе являются гликопротеинами. Например, гормоны щитовидной железы и гипофиза — одна структурная часть таких веществ белковая, а другая — углеводная.
- Защитная — гетерополисахариды принимают участие в синтезе слизи, которая покрывает слизистые оболочки дыхательных путей, органов пищеварения, мочеполового тракта.
- Принимают участие в распознавании клеток.
- Входят в состав мембран эритроцитов.
- Являются одними из регуляторов свертываемости крови, так как являются частью протромбина и фибриногена, гепарина ( — учебник «Биологическая химия», Северин).
Для нас главными источниками углеводов являются те молекулы, которые мы получаем с продуктами питания: крахмал, сахароза и лактоза.
@ Evgeniya
adobe.stock.com
Этапы расщепления сахаридов
Прежде чем рассматривать особенности биохимических реакций в организме и влияние метаболизма углеводов на спортивные результаты, изучим процесс расщепления сахаридов с их дальнейшим превращением в тот самый , который так отчаянно добывают и тратят спортсмены во время подготовки к соревнованиям.
Этап 1 — предварительное расщепление слюной
В отличие от белков и жиров, углеводы начинают распадаться почти сразу после попадания в полость рта. Дело в том, что большая часть продуктов, поступающих в организм, имеет в своем составе сложные крахмалистые углеводы, которые под воздействием слюны, а именно фермента амилазы, входящей в ее состав, и механического фактора расщепляются на простейшие сахариды.
Этап 2 — влияние желудочной кислоты на дальнейшее расщепление
Здесь вступает в силу желудочная кислота. Она расщепляет сложные сахариды, которые не попали под воздействие слюны. В частности, под действием ферментов лактоза расщепляется до галактозы, которая в последствии превращается в глюкозу.
Этап 3 — всасывание глюкозы в кровь
На этом этапе практически вся ферментированная быстрая глюкоза напрямую всасывается в кровь, минуя процессы ферментации в печени. Уровень энергии резко повышается, а кровь становится более насыщенной.
Этап 4 — насыщение и инсулиновая реакция
Под воздействием глюкозы кровь густеет, что затрудняет её перемещение и транспортировку кислорода. Глюкоза замещает кислород, что вызывает предохранительную реакцию — уменьшение количества углеводов в крови.
В плазму поступает инсулин и глюкагон из поджелудочной железы.
Первый открывает транспортные клетки для перемещения в них сахара, что восстанавливает утраченный баланс веществ. Глюкагон в свою очередь уменьшает синтез глюкозы из гликогена (потребление внутренних источников энергии), а инсулин «дырявит» основные клетки организма и помещает туда глюкозу в виде гликогена или липидов.
Этап 5 — метаболизм углеводов в печени
На пути к полному перевариванию углеводы сталкиваются с главным защитником организма — клетками печени. Именно в этих клетках углеводы под воздействием специальных кислот связываются в простейшие цепочки – гликоген.
Этап 6 — гликоген или жир
Печень способна переработать только определенное количество моносахаридов, находящихся в крови. Возрастающий уровень инсулина заставляет её делать это в кратчайшие сроки. В случае, если печень не успевает перевести глюкозу в гликоген, наступает липидная реакция: вся свободная глюкоза путём её связывания кислотами превращается в простые жиры. Организм делает это с целью оставить запас, однако в виду нашего постоянного питания, «забывает» переварить, и глюкозные цепочки, превращаясь в пластические жировые ткани, транспортируются под кожу.
Этап 7 — вторичное расщепление
В случае, если печень справилась с сахарной нагрузкой и смогла превратить все углеводы в гликоген, последний под воздействием гормона инсулина успевает запастись в мышцах. Далее в условиях недостатка кислорода расщепляется назад до простейшей глюкозы, не возвращаясь в общий кровоток, а сохраняясь в мышцах. Таким образом, минуя печень, гликоген поставляет энергию для конкретных мышечных сокращений, повышая при этом выносливость ( — «Википедия»).
Именно этот процесс зачастую называют «вторым дыханием». Когда у спортсмена большие запасы гликогена и простых висцеральных жиров, превращаться в чистую энергию они будут только в отсутствии кислорода. В свою очередь спирты, содержащиеся в жирных кислотах, простимулируют дополнительное расширение сосудов, что приведет к лучшей восприимчивости клеток к кислороду в условиях его дефицита.
Особенности метаболизма по ГИ
Важно понимать, почему углеводы разделяются на простые и сложные. Все дело в их , который определяет скорость распада. Это, в свою очередь, запускает регуляцию обмена углеводов. Чем проще углевод, тем быстрее он попадет в печень и тем выше вероятность его превращения в жир.
Примерная таблица гликемического индекса с общим составом углеводов в продукте:
Особенности метаболизма по ГН
Однако даже продукты с высоким гликемическим индексом не способны нарушить обмен и функции углеводов так, как это делает . 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:
Инсулиновая и глюкагоновая реакция
В процессе потребление любого углевода, будь то сахар или сложный крахмал, организм запускает сразу две реакции, интенсивность которых будет зависеть от ранее рассмотренных факторов и в первую очередь, от выброса инсулина.
Важно понимать, что инсулин всегда выбрасывается в кровь импульсами. А это значит, что один сладкий пирожок для организма так же опасен, как 5 сладких пирожков. Инсулин регулирует густоту крови. Это необходимо, чтобы все клетки получали достаточное количество энергии, не работая в гипер- или гипо- режиме. Но самое главное, от густоты крови зависит скорость её движения, нагрузка на сердечную мышцу и возможность транспортировки кислорода.
Выброс инсулина – это естественная реакция. Инсулин дырявит все клетки в организме, способные воспринимать дополнительную энергию, и запирает её в них. В случае, если печень справилась с нагрузкой, в клетки помещается гликоген, если печень не справилась, то в те же клетки попадают жирные кислоты.
Таким образом, регуляция углеводного обмена происходит исключительно благодаря выбросам инсулина. Если его недостаточно (не хронически, а одноразово), у человека может возникнуть сахарное похмелье — состояние, при котором организм требует дополнительной жидкости для увеличения объемов крови, и разжижения её всеми доступными средствами.
Последующее распределение энергии
Последующее распределение энергии углеводов происходит в зависимости от типа сложения, и тренированности организма:
- У нетренированного человека с медленным обменом веществ. Гликогеновые клетки при снижении уровня глюкагона возвращаются в печень, где перерабатываются в триглицериды.
- У спортсмена. Гликогеновые клетки под воздействием инсулина массово запираются в мышцах, давая запас энергии для следующих упражнений.
- У неспортсмена с быстрым обменом веществ. Гликоген возвращается в печень, транспортируясь назад до уровня глюкозы, после чего насыщает кровь до пограничного уровня. Этим он провоцирует состояние истощения, так как несмотря на достаточное питание энергетическими ресурсами, клетки не имеют соответствующего количества кислорода.
Итог
Энергетический обмен — процесс, в котором участвуют углеводы. Важно понимать, что даже в отсутствии прямых сахаров, организм все равно будет расщеплять ткани до простейшей глюкозы, что приведет к уменьшению мышечной ткани или жировой прослойки (в зависимости от типа стрессовой ситуации).
Углеводы или глюциды, также как и жиры и белки, являются основными органическими соединениями нашего тела. Поэтому, если вы хотите изучить вопрос углеводного обмена в организме человека, рекомендуем сначала ознакомиться с химией органических соединений. Если же вы хотите знать, что такое углеводный обмен, и как он происходит в организме человека, не внедряясь в подробности, то наша статья для вас. Мы постараемся в более простой форме рассказать об углеводном обмене в нашем организме.
Углеводы это обширная группа веществ, которая в основном состоит из водорода, кислорода и углерода. Некоторые сложные углеводы также имеют в своем составе серу и азот.
Все живые организме на нашей планете состоят из углеводов. Растения состоят из них практически на 80 %, животные и человек содержат в себе намного меньше углеводов. Углеводы, главным образом, содержаться в печени (5-10%), мышцах (1-3%), головном мозге (меньше 0,2%).
Углеводы нам нужны в качестве источника энергии. При окислении всего 1 грамма углеводов, мы получаем 4,1 ккал энергии. Кроме того, некоторые сложные углеводы являются запасными питательными веществами, а клетчатка, хитин и гиалуроновая кислота придают тканям прочность. Углеводы также являются одним из строительных материалов более сложных молекул, таких как , нуклеиновая кислота, гликолипиды и т.д. Без участия углеводов невозможно окисление белков и жиров.
Виды углеводов
В зависимости от того, насколько углевод способен разлагаться на более простые углеводы с помощью гидролиза (т.е. расщепление с участием воды), их классифицируют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды не гидролизуются и считаются простыми углеводами, состоящими из 1 частицы сахара. Это, например, глюкоза или фруктоза. Олигосахариды гидролизуются с образованием небольшого числа моносахаридов, а полисахариды гидролизуются на множество (сотни, тысячи) моносахаридов.
Глюкоза не переваривается и в неизменном виде всасывается в кровь из кишечника.
Из класса олигосахаридов выделяют дисахариды – это, например, тростниковый или свекличный сахар (сахароза), молочный сахар (лактоза).
К полисахаридам относятся углеводы, которые состоят из множества моносахаридов. Это, например, крахмал, гликоген, клетчатка. В отличие от моно и дисахаридов, которые усваиваются в кишечнике практически сразу, полисахариды перевариваются продолжительное время, поэтому их называют тяжелыми или сложными. Их расщепление занимает продолжительное время, что позволяет поддерживать уровень сахара в крови в стабильном положении, без инсулиновых скачков, которые вызывают простые углеводы.
Основное переваривание углеводов происходит в соке тонких кишок.
Запас углеводов в виде гликогена в мышцах совсем маленький – около 0,1% от веса самой мышцы. А так как мышцы не могут работать без углеводов, они нуждаются в регулярной их доставке через кровь. В крови углеводы находятся в виде глюкозы, содержание которой составляет от 0,07 до 0,1%. Основные запасы углеводов в виде гликогена содержатся в печени. У человека весом в 70 кг где-то 200 гр(!) углеводов в печени. И когда мышцы «съедают» всю глюкозу из крови, в нее снова поступает глюкоза из печени (предварительно гликоген в печени расщепляется на глюкозу). Запасы в печени не вечные, поэтому необходимо восполнять ее с пищей. Если с пищей не поступают углеводы, то печень образует гликоген из жиров и белков.
Когда человек занимается физической работой, мышцы истощают все запасы глюкозы и возникает состояние, которое называется гипогликемией – в результате нарушается работа и самих мышц и еще нервных клеток. Именно поэтому важно соблюдать правильный рацион питания, в особенно питания до и после тренировки.
Регуляция углеводного обмена в организме
Как следует из вышесказанного, весь углеводный обмен сводится к уровню сахар в крови. Уровень сахара в крови зависит от того, сколько глюкозы поступает в кровь и сколько глюкозы удаляется из нее. От этого соотношения зависит весь углеводный обмен. Сахар в кровь поступает из печени и кишечника. Печень расщепляет гликоген до глюкозы только в том случае, если уровень сахара в крови падает. Эти процессы регулируются гормонами.
Уменьшение уровня сахара в крови сопровождается выделение гормона адреналина – он активизирует ферменты печени, которые отвечают за поступление глюкозы в кровь.
Углеводный обмен регулируется также двумя гормонами поджелудочной железы – инсулином и глюкагоном. Инсулин отвечает за транспорт глюкозы из крови в ткани. А глюкагон отвечает за расщепление глюкагона в печени на глюкозу. Т.е. глюкагон повышает уровень сахара в крови, а инсулин снижает. Их действие взаимосвязано.
Разумеется, если уровень сахара в крови завышен, а печень и мышцы насыщены гликогеном, то «ненужный» материал инсулин отправляет в жировое депо – т.е. откладывает глюкозу в виде жира.
Углеводный обмен - совокупность процессов превращения моносахаридов и их производных, а также гомополисахаридов, гетерополисахаридов и различных углеводсодержащих биополимеров (гликоконъюгатов) в организме человека и животных. В результате У. о. происходит снабжение организма энергией (см. Обмен веществ и энергии ), осуществляются процессы передачи биологической информации и межмолекулярные взаимодействия, обеспечиваются резервные, структурные, защитные и другие функции углеводов. Углеводные компоненты многих веществ, например гормонов , ферментов , транспортных гликопротеинов, являются маркерами этих веществ, благодаря которым их «узнают» специфические рецепторы плазматических и внутриклеточных мембран.
Синтез и превращения глюкозы в организме . Один из наиболее важных углеводов - глюкоза - является не только основным источником энергии, но и предшественником пентоз, уроновых кислот и фосфорных эфиров гексоз. Глюкоза образуется из гликогена и углеводов пищи - сахарозы, лактозы, крахмала, декстринов. Кроме того, глюкоза синтезируется в организме из различных неуглеводных предшественников (рис. 1 ). Этот процесс носит название глюконеогенеза и играет важную роль в поддержании гомеостаза . В процессе глюконеогенеза участвует множество ферментов и ферментных систем, локализованных в различных клеточных органеллах. Глюконеогенез происходит главным образом в печени и почках.
Существуют два пути расщепления глюкозы в организме: гликолиз (фосфоролитический путь, путь Эмбдена - Мейергофа - Парнаса) и пентозофосфатный путь (пентозный путь, гексозомонофосфатный шунт). Схематически пентозофосфатный путь выглядит так: глюкозо-6-фосфат ® 6-фосфатглюконолактон ® рибулозо-5-фосфат ® рибозо-5-фосфат. В ходе пентозофосфатного пути происходит последовательное отщепление от углеродной цепи сахара по одному атому углерода в виде СО 2 . В то время как гликолиз играет важную роль не только в энергетическом обмене, но и вобразовании промежуточных продуктов синтеза липидов , пентозофосфатный путь приводит к образованию рибозы и дезоксирибозы, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот (ряда коферментов .
Синтез и распад гликогена . В синтезе гликогена - главного резервного полисахарида человека и высших животных - участвуют два фермента: гликогенсинтетаза (уридиндифосфат (УДФ) глюкоза: гликоген-4a -глюкозилтрансфераза), катализирующая образование полисахаридных цепей, и ветвящий фермент, образующий в молекулах гликогена так называемые связи ветвлении. Для синтеза гликогена необходимы так называемые затравки. Их роль могут выполнять либо глюкозиды с различной степенью полимеризации, либо белковые предшественники, к которым при участии особого фермента глюкопротеинсинтетазы присоединяются глюкозные остатки уридиндифосфатглюкозы (УДФ-глюкозы).
Распад гликогена осуществляется фосфоролитическим (гликогенолиз) или гидролитическим путями. Гликогенолиз представляет собой каскадный процесс, в котором участвует ряд ферментов фосфорилазной системы - протеинкиназа, киназа фосфорилазы b, фосфорилаза b, фосфорилаза а, амило-1,6-глюкозидаза, глюкозо-6-фосфатаза. В печени в результате гликогенолиза образуется глюкоза из глюкозо-6-фосфата благодаря действию на него глюкозо-6-фосфатазы, отсутствующей в мышцах, где превращения глюкозо-6-фосфата приводят к образованию молочной кислоты (лактата). Гидролитический (амилолитический) распад гликогена (рис. 2 ) обусловлен действием ряда ферментов, называемых амилазами (a -глюкозидазами). Известны a -, b - и g -амилазы. a -Глюкозидазы в зависимости от локализации в клетке делят на кислые (лизосомные) и нейтральные.
Синтез и распад углеводсодержащих соединений . Синтез сложных сахаров и их производных происходит с помощью специфических гликозилтрансфераз, катализирующих перенос моносахаридов от доноров - различных гликозилнуклеотидов или липидных переносчиков к субстратам-акцепторам, которыми могут быть углеводный остаток, ептид или липид в зависимости от специфичности трансфераз. Нуклеотидным остатком является обычно дифосфонуклеозид.
В организме человека и животных много ферментов, ответственных за превращение одних углеводов в другие, как в процессах гликолиза и глюконеогенеза, так и в отдельных звеньях пентозофосфатного пути.
Ферментативное расщепление углеводсодержащих соединений происходит в основном гидролитическим путем с помощью гликозидаз, отщепляющих углеводные остатки (экзогликозидазы) или олигосахаридные фрагменты (эндогликозидазы) от соответствующих гликоконъюгатов. Гликозидазы являются чрезвычайно специфическими ферментами. В зависимости от природы моносахарида, конфигурации его молекулы (их D или L-изомеров) и типа гидролизуемой связи (a или b ) различают a -D-маннозидазы, a -L-фукозидазы, ×b - D-галактозидазы и т.д. Гликозидазы локализованы в различных клеточных органеллах; многие из них локализованы в лизосомах. Лизосомные (кислые) гликозидазы отличаются от нейтральных не только локализацией в клетках, оптимальным для их действия значением рН и молекулярной массой, но и электрофоретической подвижностью и рядом других физико-химических свойств.
Гликозидазы играют важную роль в различных биологических процессах; они могут, например, оказывать влияние на специфический рост трансформированных клеток, на взаимодействие клеток с вирусами и др.
Имеются данные о возможности неферментативного гликозилирования белков in vivo, например гемоглобина, белков хрусталика, коллагена. Есть сведения, что неферментативное гликозилирование (гликирование) играет важную патогенетическую роль при некоторых заболеваниях (сахарном е, галактоземии и др.).
Транспорт углеводов . Переваривание углеводов начинается в ротовой полости при участии гидролитических ферментов слюны . Гидролиз ферментами слюны продолжается в желудке (сбраживание углеводов пищевого комка предотвращается соляной кислотой желудочного сока). В двенадцатиперстнойкишке полисахариды пищи (крахмал, гликоген и др.) и сахара (олиго- и дисахариды) расщепляются при участии a -глюкозидаз и других гликозидаз сока поджелудочной железы до моносахаридов, которые всасываются в тонкой кишке в кровь. Скорость всасывания углеводов различна, быстрее всасываются глюкоза и галактоза, медленнее - фруктоза, манноза и другие сахара.
Транспорт углеводов через эпителиальные клетки кишечника и поступление в клетки периферических тканей осуществляются с помощью особых транспортных систем, функция которых заключается и переносе молекул сахаров через клеточные мембраны. Существуют особые белки-переносчики - пермеазы (транслоказы), специфические по отношению к сахарам и их производным. Транспорт углеводов может быть пассивным и активным. При пассивном транспорте перенос углеводов осуществляется по направлению градиента концентрации, так что равновесие достигается тогда, когда концентрации сахара в межклеточном веществе или межклеточной жидкости и внутри клеток выравниваются. Пассивный транспорт сахаров характерен для эритроцитов человека. При активном транспорте углеводы могут накапливаться в клетках и концентрация их внутри клеток становится выше, чем в окружающей клетки жидкости. Предполагают, что активное поглощение сахаров клетками отличается от пассивного тем, что последнее является Na + -независимым процессом. В организме человека и животных активный транспорт углеводов происходит главным образом в клетках эпителия слизистой оболочки кишечника и в извитых канальцах (проксимальных отделах нефрона) почек.
Регуляция углеводного обмена осуществляется при участии очень сложных механизмов, которые могут оказывать влияние на индуцирование или подавление синтеза различных ферментов У. о. либо способствовать активации или торможению их действия. Инсулин , катехоламины , глюкагон, соматотропный и стероидные гормоны оказывают различное, но очень выраженное влияние на разные процессы углеводного обмена. Так, например, инсулин способствует накоплению в печени и мышцах гликогена, активируя фермент гликогенсинтетазу, и подавляет гликогенолиз и глюконеогенез. Антагонист инсулина - глюкагон стимулирует гликогенолиз. Адреналин, стимулируя действие аденилатциклазы, оказывает влияние на весь каскад реакций фосфоролиза. Гонадотропные гормоны активируют гликогенолиз в плаценте. Глюкокортикоидные гормоны стимулируют процесс глюконеогенеза. Соматотропный гормон оказывает влияние на активность ферментов пентозофосфатного пути и снижает утилизацию глюкозы периферическими тканями. В регуляции глюконеогенеза принимают участие ацетил-КоА и восстановленный никотинамидадениндинуклеотид. Повышение содержания жирных кислот в плазме крови тормозит активность ключевых ферментов гликолиза. В регуляции ферментативных реакций У. о. важную цель играют ионы Са 2+ , непосредственно или при участии гормонов, часто в связи с особым Са 2+ -связывающим белком - калмодулином. В регуляции активности многих ферментов большое значение имеют процессы их фосфорилирования - дефосфорилирования. В организме существует прямая связь между У. о. и обменом белков (см. Азотистый обмен ), липидов (см. Жировой обмен ) и минеральных веществ (см. Минеральный обмен ).
Патология углеводного обмена. Увеличение содержания глюкозы в крови - может происходить вследствие чрезмерно интенсивного глюконеогенеза либо в результате понижения способности утилизации глюкозы тканями, например при нарушении процессов ее транспорта через клеточные мембраны. Понижение содержания глюкозы в крови - гипогликемия - может являться симптомом различных болезней и патологических состояний, причем особенно уязвимым в этом отношении является мозг: следствием гипогликемии могут быть необратимые нарушения его функций.
Генетически обусловленные дефекты ферментов У. о. являются причиной многих наследственных болезней . Примером генетически обусловленного наследственного нарушения обмена моносахаридов может служить галактоземия , развивающаяся в результате дефекта синтеза фермента галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Признаки галактоземии отмечают также при генетическом дефекте УДФ-глюкоза-4-эпимеразы. Характерными признаками галактоземии являются , галактозурия, появление и накопление в крови наряду с галактозой галактозо-1-фосфата, а также снижение массы тела, жировая и печени, развивающаяся в раннем возрасте, задержка психомоторного развития. При тяжелой форме галактоземии дети часто погибают ни первом году жизни вследствие нарушений функций печени или пониженной сопротивляемости инфекциям.
Примером наследственной непереносимости моносахаридов является непереносимость фруктозы, которая вызывается генетическим дефектом фруктозофосфатальдолазы и в ряде случаев - снижением активности Фруктоза-1,6-дифосфат-альдолазы. Болезнь характеризуется поражениями печени и почек. Для клинической картины характерны судороги, частая рвота, иногда коматозное состояние. Симптомы заболевания появляются в первые месяцы жизни при переводе детей на смешанное или искусственное питание. Нагрузка фруктозой вызывает резкую гипогликемию.
Заболевания, вызванные дефектами в обмене олигосахаридов, в основном заключаются в нарушении расщепления и всасывания углеводов пищи, что происходит главным образом в тонкой кишке. Мальтоза и низкомолекулярные декстрины, образовавшиеся из крахмала и гликогена пищи под действием a -амилазы слюны и сока поджелудочной железы, лактоза молока и сахароза расщепляются дисахаридазами (мальтазой, лактазой и сахаразой) до соответствующих моносахаридов в основном в микроворсинках слизистой оболочки тонкой кишки, а затем, если процесс транспорта моносахаридов не нарушен, происходит их всасывание. Отсутствие или снижение активности дисахаридаз к слизистой оболочке тонкой кишки служит главной причиной непереносимости соответствующих дисахаридов, что часто приводит к поражению печени и почек, является причиной диареи, а (см. Мальабсорбции синдром ). Особенно тяжелыми симптомами характеризуется наследственная непереносимость лактозы, обнаруживающаяся обычно с самого рождения ребенка. Для диагностики непереносимости сахаров применяют обычно нагрузочные пробы с введением натощак per os углевода, непереносимость которого подозревают. Более точный диагноз может быть поставлен путем биопсии слизистой оболочки кишечника и определения в полученном материале активности дисахаридаз. Лечение состоит в исключении из пищи продуктов, содержащих соответствующий дисахарид. Больший эффект наблюдают, однако, при назначении ферментных препаратов, что позволяет таким больным употреблять обычную пищу. Например, в случае недостаточности лактазы, содержащий ее ферментный препарат, желательно добавлять в молоко перед употреблением его в пищу. Правильный диагноз заболеваний, вызванных недостаточностью дисахаридаз, крайне важен. Наиболее частой диагностической ошибкой в этих случаях являются установление ложного диагноза дизентерии, других кишечных инфекций, и лечение антибиотиками, приводящее к быстрому ухудшению состояния больных детей и тяжелым последствиям.
Заболевания, вызванные нарушением обмена гликогена, составляют группу наследственных энзимопатий, объединенных под названием гликогенозов . Гликогенозы характеризуются избыточным накоплением гликогена в клетках, которое может также сопровождаться изменением структуры молекул этого полисахарида. Гликогенозы относят к так называемым болезням накопления. Гликогенозы (гликогенная болезнь) наследуются по аутосомно-рецессивному или сцепленному с полом типу. Почти полное отсутствие в клетках гликогена отмечают при агликогенозе, причиной которого является полное отсутствие или сниженная активность гликогенсинтетазы печени.
Заболевания, вызванные нарушением обмена различных гликоконъюгатов, в большинстве случаев являются следствием врожденных нарушений распада гликолипидов, гликопротеинов или гликозаминогликанов (мукополисахаридов) в различных органах. Они также являются болезнями накопления. В зависимости от того, какое соединение аномально накапливается в организме, различают гликолипидозы, гликопротеиноды, мукополисахаридозы. Многие лизосомные гликозидазы, дефект которых лежит в основе наследственных нарушений углеводного обмена, существуют в виде различных форм,
так называемых множественных форм, или изоферментов. Заболевание может быть вызвано дефектом какого-либо одного изофермента. Так, например. болезнь Тея - Сакса - следствие дефекта формы AN-ацетилгексозаминидазы (гексозаминидазы А), в то время как дефект форм А и В этого фермента приводит к болезни Сандхоффа.Большинство болезней накопления протекает крайне тяжело, многие из них пока неизлечимы. Клиническая картина при различных болезнях накопления может быть сходной, и, напротив, одно и то же заболевание может проявляться по-разному у разных больных. Поэтому необходимо в каждом случае устанавливать ферментный дефект, выявляемый большей частью в лейкоцитах и фибробластах кожи больных. В качестве субстратов применяют гликоконьюгаты или различные синтетические гликозиды. При различных мукополисахаридозах , а также при некоторых других болезнях накопления (например, при маннозидозе) выводятся с мочой в значительных количествах различающиеся по структуре олигосахариды. Выделение этих соединений из мочи и их идентификацию проводят с целью диагностики болезней накопления. Определение активности фермента в культивируемых клетках, выделенных из амниотической жидкости, получаемой при амниоцентезе при подозрении на болезнь накопления, позволяет ставить пренатальный диагноз.
При некоторых заболеваниях серьезные нарушения У. о. возникают вторично. Примером такого заболевания является диабет сахарный , обусловленный либо поражением b -клеток островков поджелудочной железы, либо дефектами в структуре самого инсулина или его рецепторов на мембранах клеток инсулинчувствительных тканей. Алиментарные и гиперинсулинемия ведут к развитию ожирения, что увеличивает липолиз и использование неэтерифицированных жирных кислот (НЭЖК) в качестве энергетического субстрата. Это ухудшает утилизацию глюкозы в мышечной ткани и стимулирует глюконеогенез. В свою очередь, избыток в крови НЭЖК и инсулина ведет к увеличению синтеза в печени триглицеридов (см. Жиры ) и холестерины и, соответственно, к увеличению концентрации в крови липопротеинов очень низкой и низкой плотности. Одной из причин, способствующих развитию таких тяжелых осложнений при е, как , англопатия и гипоксия тканей, является неферментативное гликозилирование белков.
Особенности углеводного обмена у детей. Состояние У. о. у детей в норме определяется зрелостью эндокринных механизмов регуляции и функций других систем и органов. В поддержании гомеостаза плода важную роль играет поступление к нему глюкозы через плаценту. Количество глюкозы, поступающей через плаценту к плоду, непостоянно, т.к. ее концентрация в крови матери может неоднократно меняться в течение дня. Изменение соотношения инсулин/глюкоза у плода может вызвать у него острые или длительные нарушения обмена веществ. В последнюю треть внутриутробного периода у плода значительно увеличиваются запасы гликогена в печени и мышцах, в этот период глюкогенолиз и глюконеогенез уже имеют для плода существенное значение и как источник глюкозы.
Особенностью У. о. у плода и новорожденного является высокая активность процессов гликолиза, позволяющая лучше адаптироваться к условиям гипоксии. Интенсивность гликолиза у новорожденных на 30-35% выше, чем у взрослых; в первые месяцы после рождения она постепенно снижается. О высокой интенсивности гликолиза у новорожденных свидетельствуют высокое содержание лактата в крови и моче и более высокая, чем у взрослых, активность лактатдегидрогеназы в крови. Значительная часть глюкозы у плода окисляется по пентозофосфатному пути.
Родовой стресс, изменение температуры окружающей среды, появление самостоятельного дыхания у новорожденных, возрастание мышечной активности и усиление деятельности мозга увеличивают расход энергии во время родов и в первые дни жизни, приводя к быстрому снижению содержания глюкозы в крови. Через 4-6 ч после рождения ее содержание снижается до минимума (2,2-3,3 ммоль/л ), оставаясь на таком уровне в течение последующих 3-4 дней. Повышенное потребление глюкозы тканями у новорожденных и период голодания после родов приводят к усилению гликогенолиза и использованию резервного гликогена и жира. Запас гликогена в печени у новорожденного в первые 6 ч жизни резко (примерно в 10 раз) сокращается, особенно при асфиксии и голодании. Содержание глюкозы в крови достигает возрастной нормы у доношенных новорожденных к 10-14-му дню жизни, а у недоношенных детей устанавливается лишь к 1-2-му месяцу жизни. В кишечнике новорожденных ферментативный гидролиз лактозы (основного углевода пищи в этот период) несколько снижен и увеличивается в грудномвозрасте. Обмен галактозы у новорожденных интенсивнее, чем у взрослых.
Нарушения У. о. у детей при различных соматических заболеваниях носят вторичный характер и связаны с влиянием основного патологического процесса на этот вид обмена.
Лабильность механизмов регуляции углеводного и жирового обмена в раннем детском возрасте создает предпосылки для возникновения гипо- и гипергликемических состояний, ацетонемической рвоты. Так, например, нарушения У. о. при пневмонии у детей раннего возраста проявляются повышением в крови натощак концентраций глюкозы и лактата в зависимости от степени дыхательной недостаточности. Непереносимость углеводов выявляется при ожирении и обусловливается изменением секреции инсулина. У детей с кишечными синдромами часто выявляют нарушение расщепления и всасывания углеводов, при целиакии (см. Глютеновая болезнь ) отмечают уплощение гликемической кривой после нагрузки крахмалом, дисахаридами и моносахаридами, а у детей раннею возраста с острыми энтероколитами и соледефицитным состоянием при обезвоживании наблюдают склонность к гипогликемии.В крови детей старшего возраста в норме отсутствуют галактоза, пентозы и дисахариды, у детей грудного возраста они могут появляться в крови после приема пищи, богатой этими углеводами, а также при генетически обусловленных аномалиях обмена соответствующих углеводов или углеводсодержащих соединений; в подавляющем большинстве случаев симптомы таких заболеваний проявляются у детей в раннем возрасте.
Для ранней диагностики наследственных и приобретенных нарушений У. о. у детей применяют этапную систему обследования с использованием генеалогического метода (см. Медицинская генетика ), различных скрининг-тестов (см. Скрининг ), а также углубленных биохимических исследований. На первом этапе обследования проводят определение в моче глюкозы, фруктозы, сахарозы, лактозы качественными и полуколичественными методами, проверяют значение рН кала . При получении результатов, заставляющих подозревать патологии) У. о., переходят ко второму этапу обследования: определению содержания глюкозы в моче и крови натощак количественными методами, построению гликемических и глюкозурических кривых, исследованию гликемических кривых после дифференцированных сахарных нагрузок, определению содержания глюкозы в крови после введения адреналина, глюкагона, лейцина, бутамида, кортизона, инсулина; в части случаев осуществляют прямое определение активности дисахаридаз в слизистой оболочки двенадцатиперстной и тонкой кишок и хроматографическую идентификацию углеводов крови и мочи. Для выявления нарушений переваривания и всасывания углеводов после установления значения рН кала определяют толерантность к моно- и дисахаридам с обязательным измерением содержания сахаров в кале и их хроматографической идентификацией до и после нагрузочных проб с углеводами При подозрении на энзимопатию (см. Ферментопатии ) в крови и тканях определяют активность ферментов У. о., дефект синтеза (или снижение активности) которых подозревают клиницисты.
Для коррекции нарушенного У. о. при тенденции к гипергликемии применяют диетотерапию с ограничением жиров и углеводов. При необходимости назначают инсулин или другие гипогликемизирующие препараты; средства, способствующие повышению содержания глюкозы в крови, отменяют. При гипогликемии показана диета, богатая углеводами и белками.
Во время приступов гипогликемии вводят глюкозу, глюкагон, адреналин. При непереносимости отдельных углеводов назначают индивидуальную диету с исключением соответствующих сахаров из пищи больных. В случаях нарушений У. о., носящих вторичный характер, необходимо лечение основного заболевания.
Профилактика выраженных нарушений У. о. у детей заключается в их своевременном обнаружении. При вероятности наследственной патологии У. о. рекомендуется медико-генетическое консультирование . Выраженное неблагоприятное влияние декомпенсации сахарного а у беременных женщин на У. о. у плода и новорожденного диктует необходимость тщательной компенсации заболевания у матери на всем протяжении беременности и родов.
Библиогр.: Видершайн Г.Я. Биохимические основы гликозидозов, М., 1980; Гормональная регуляция функций детского организма в норме и патологии, под ред. М.Я. Студеникина и др., с. 33, М., 1978; Комаров Ф.И., Коровкин Б.Ф. и Меньшиков В.В. Биохимические исследования в клинике, с. 407, Л., 1981; Мецлер Д. Биохимия, пер. с англ., т. 2, М., 1980; Николаев А.Я. Биологическая химия, М., 1989; Розенфельд Е.Л. и Попова И.А. Врожденные нарушения обмена гликогена, М., 1989; Справочник по функциональной диагностике в педиатрии, под ред. Ю.Е. Вельтищева и Н.С. Кисляк, с. 107, М., 1979.
