Блог Юрия Гичева

Руководитель Научно-инновационного центра Siberian Wellness – о здоровом образе жизни
3
июля

Углеводы как источник энергии


1. Зачем нам углеводы?

Углеводы обладают очень простой молекулярной структурой и легко растворяются в воде. Они легко и быстро проникают в любые клетки организма и обеспечивают их энергией. Более 99% всех углеводов, используемых нашим организмом, становятся источником энергии.

В нормальных условиях организм человека использует глюкозу в качестве единственного энергоносителя для обеспечения энергетических потребностей самых важных органов и систем. К ним относятся головной мозг, эритроциты (красные клетки крови), органы зрения и органы гормональной регуляции (например надпочечники). Кроме того, глюкоза критически важна для питания плода, а также для образования материнского молока (лактоза, главный сахар молока, синтезируется из глюкозы).

В условиях длительного голодания человек и животные могут использовать в качестве источника энергии и другие вещества (например, такие продукты распада жиров, как кетоны), но даже в этих критических ситуациях полностью отказаться от глюкозы мы не можем.

2. На что расходуется еще 1% углеводов?

Глюкозу и другие простые углеводы растения успешно используют в качестве строительного материала. Огромные стволы деревьев — это не что иное, как сложные углеводы, такие как целлюлоза и лигнин.

Хотя у человека и животных главным строительным материалом являются белки, углеводы тоже участвуют в образовании многих очень важных соединений. Белково-углеводными соединениями (гликопротеинами) являются многие гормоны, многие ферменты, а также всем известный коллаген. Не меньшее значение у соединений углеводов с жирными кислотами (гликолипиды), имеющими особое значение для функционирования нейронов головного мозга.

3. Основной источник углеводов – это растения?

Да, растения – это основной и очень богатый источник углеводов в природе. И казалось бы, любое животное, питающееся преимущественно растительной пищей, не должно испытывать никаких проблем с углеводами и получать их в готовом виде. Но!

Практически всю синтезируемую глюкозу растения сразу же тратят на образование энергии либо «упаковывают» в очень сложные углеводные формы. Хотя семена многих растений содержат легкодоступные углеводы в виде крахмала, а многие плоды богаты сахарозой и фруктозой, но в дикой природе эти части растений составляют лишь мизерную часть рациона травоядных.

Плоды и семена дикорастущих растений (вспомните полевые злаковые сорняки или дикую яблоню) составляют менее 1% от массы всего растения в отличие от культивируемых человеком аналогов.

В рационе травоядных львиная доля углеводов представлена неперевариваемыми пищевыми волокнами. Из них невозможно получить не то что глюкозу, а вообще хоть что-то питательное. К счастью, у травоядных есть помощники – миллиарды бактерий, населяющих желудок и кишечник. Именно они расщепляют сложные пищевые волокна и образуют из них летучие жирные кислоты.

4. Что такое летучие жирные кислоты?

Летучие жирные кислоты – главные источники энергии для животных. Несмотря на то, что в составе растительного корма формально присутствует огромное количество глюкозы, животные не могут получить ее напрямую и вынуждены синтезировать самостоятельно.

Роль летучих жирных кислот в организме
Кислота Роль в организме
Уксусная кислота Является одним из ключевых звеньев цикла Кребса, в результате которого образуется клеточная энергия. Также используется для синтеза жира – еще одного источника энергии, в том числе через механизм синтеза глюкозы из жирных кислот.
Масляная кислота Имеет огромное значение для жизнедеятельности толстого кишечника: является энергетическим субстратом для клеток последнего, участвует в регуляции проницаемости его стенок и способствует поддержанию нормальной кишечной микрофлоры.
Пропионовая кислота Служит главным источником синтеза глюкозы, без которой животные не могут поддерживать нормальный энергетический обмен, несмотря на наличие упомянутых выше альтернативных источников энергии.

Синтез этих кислот – непростой и энергозатратный процесс, приносящий не так много глюкозы. Поэтому травоядные животные вынуждены синтезировать последнюю практически постоянно (а, значит, постоянно есть), а ее запасы в виде гликогена крайне невелики.

5. А как же хищники?

Плотоядные животные вообще не получают углеводов из пищи. Количество гликогена, которое есть в мясе и печени их жертв, настолько мало, что им можно пренебречь.

Более того, у большинства хищников отсутствует генетическая способность распознавать сладкий вкус. На протяжении тысяч поколений они никогда не сталкивались со свободными углеводами в пище, что подтверждается фактом отсутствия в слюне (например кошачьей) фермента амилазы, необходимого для первичного расщепления углеводов пищи.

Также тот факт, что строгие хищники в процессе эволюции практически не сталкивались с пищевыми углеводами, подтверждает крайне низкая активность глюкокиназы – синтезируемого в печени фермента, ключевого элемента утилизации глюкозы, поступающей вместе с пищей.  

Активность глюкокиназы у хищников и всеядных
Млекопитающее Добавка глюкозы в корм Повышенный уровень глюкозы в крови
Кошки (хищники) 1-2 г на 1 кг массы 5-6 часов после еды
Собаки (всеядные) 1-2 г на 1 кг массы 1-2 часа после еды

Глюкокиназа осуществляет первичный метаболизм глюкозы, и повышение активности глюкокиназы служит сигналом для синтеза инсулина, запускающего масштабную утилизацию глюкозы.

6. Откуда берется глюкоза для мозга?

Хотя хищники практически не получают углеводов с пищей, это совсем не значит, что они им не нужны: головной мозг постоянно нуждается в очень большом количестве глюкозы. Эту глюкозу хищники вынуждены синтезировать сами, используя в качестве исходного субстрата белок.

Именно это, кстати, и объясняет еще одну удивительную способность хищников съедать и усваивать огромные количества пищевого белка без риска белковой интоксикации, как это часто встречается у всеядных животных и человека.

7. Как это устроено у людей?

Для древнего человека пищевые углеводы были крайне редким элементом рациона. И глюкозу наши предки тоже в основном синтезировали самостоятельно, занимая по этому показателю (в силу своей всеядности) промежуточное положение между чистыми травоядными и строгими хищниками.

Да, у нас нет огромного многокамерного желудка как у травоядных, но зато природа наделила нас очень длинным кишечником, густо населенным бактериями, которые помогают расщеплять неперевариваемые пищевые волокна растительной пищи, образуя летучие жирные кислоты.

Источники синтеза глюкозы у млекопитающих
Млекопитающие Летучие жирные кислоты Жиры, образующиеся в изобильные пищевые периоды Белок
Травоядные + +  
Хищники     +
Всеядные (человек) + + +

Конечно, в рационе человекообразных обезьян, первобытного человека и наших предков присутствовали чистые углеводы, которые могли усваиваться напрямую из пищи за счет поглощения плодов, семян, почек и сладких корнеплодов.

Однако возможности организма большинства животных и человека по усвоению чистых углеводов из пищи весьма ограничены. Если рассматривать не отдельные сезоны или географические области, а общую эволюцию питания животных и человека, становится ясно: большую часть углеводов нам приходилось синтезировать самим.


Блог Юрия Гичева
Руководитель Научно-инновационного центра Siberian Wellness – о здоровом образе жизни
Публикации

[}item{]