Роль и применение углеводов. Применение углеводов в медицине

Доступно и подробно о том, что такое углеводы, их виды, гликемический индекс, пищеварение, клетчатку, глюкозу и взаимосвязь между накоплением жира в организме и физической активностью.

Углеводы – это ключевой источник энергии в человеческом теле, всего на 1 их грамм приходится 4 калории энергии. При расщеплении углеводов в организме образуется глюкоза, она чрезвычайно важна для сохранения тканевого белка, жирового обмена и питание ЦНС.

Основное, для чего нужны углеводы в организме человека — это снабжение тела энергией для поддержания всех его функций и полноценной жизнедеятельности.

Различают следующие виды углеводов — простые и сложные; для того чтобы более глубоко разобраться в этом вопросе необходимо взглянуть на него с научной точки зрения.

Что такое углеводы

Углеводы — это основной ингредиент большинства пищевых продуктов, который служит источником энергии для человеческого организма. В зависимости от числа структурных единиц углеводы бывают простыми и сложными.

Первую категорию также называют быстрыми углеводами. Они являются легкоусвояемыми и приводят к быстрому увеличению содержания сахара в крови. Это значит, что для веществ характерен высокий гликемический индекс.

Такие элементы провоцируют нарушение метаболизма и становятся причиной увеличения массы тела. Систематическое употребление пищи, содержащей простые углеводы, не только приводит к ожирению, но и вызывает много других заболеваний.

Сложные углеводы, к которым относят крахмал и клетчатку, включают много связанных сахаридов. В их составе присутствует большое количество структурных элементов. Еда с такими углеводами считается очень полезной. В процессе переваривания она постепенно насыщает организм энергией. Это дает длительное чувство сытости.

Ваши потребности в углеводах

Чтобы полноценно функционировать, нашим телам нужны углеводы, в особенности глюкоза, которую организм предпочитает использовать для питания тканей и внутренних органов – и это единственный источник энергии для красных кровяных тельца. Когда телу не хватает углеводов, тело начинает использовать протеин из мышц и органов, чтобы создать глюкозу.

Рекомендованная Суточная Норма углеводов – 130 г. Это минимум, необходимый для здоровья мозга, красных кровавых телец и центральной нервной системы. Не получая достаточного количества энергии, вы рискуете потерять мышечную массу, которую вам организм будет тратить на создания глюкозы. 130 г. – это минимум для взрослых людей. Большинству людей нужно больше. По информации американских специалистов 45-65 процентов энергии от вашей ежедневной нормы калорий должна приходить из углеводов. Такая разница в процентах связана с тем, что каждый организм индивидуален и не существует единого подхода, который идеально подойдет сразу всем.

Примерная суточная норму углеводов должна составлять 50% от количества калорий в питании на день, но это усредненная цифра, которую мы советуем вам менять, в зависимости от ваших целей.

Как определить вашу ежедневную потребность?

1. Решите какой процент протеина вам требуется и конвертируете его в десятичную дробь (к примеру, 50 % — 0,5)
2. Умножьте вашу дневную норму калорий на полученное число и получите то количество калорий, которое вам нужно получить из углеводов.
3. Разделите этот номер на 4, чтобы получить нужное количество углеводов в граммах.

Калькулятор

Функции углеводов в организме

Ключевая функция углеводов в организме кроется в их трансформации в энергию. АТФ, который представляет собой универсальный источник энергии, содержит моносахарид рибозу. Формирование АТФ происходит вследствие гликолиза. Этот процесс заключается в окислении и распаде глюкозы на пировиноградную кислоту.

Гликолиз осуществляется в несколько стадий. Углеводы окисляются до воды и углекислого газа. Этот процесс сопровождается высвобождением энергии.

К основным функциям углеводов относят следующее:

1. Структурная.
   Полисахариды представляют собой материал для опорных элементов. Целлюлоза, которая входит в структуру клеточных стенок, дает растениям жесткость. В составе грибных клеток присутствует хитин.
2. Энергетическая.
   Углеводы представляют собой основной источник энергии. Расщепление 1 г углеводов позволяет высвободить 17,6 кДж энергии.
3. Защитная.
   Из этих элементов состоят шипы и колючки растений.
4. Запасающая.
   Углеводы запасаются в виде крахмала в структуре растений и гликогена у животных. При дефиците энергии эти вещества расщепляются до глюкозы.
5. Осмотическая.
   Вещества способствуют регулированию осмотического давления.
6. Рецепторная.
   Элементы присутствуют в составе клеточных рецепторов.

Отдельные углеводы формируют сложные структуры с белковыми элементами и липидами. В результате образуются гликопротеины и гликолипиды. Эти элементы присутствуют в составе мембран клеток.

Целлюлоза

Практическая польза углеводов всегда была не менее важной, нежели их биологическая роль. Применение углеводов можно встретить в совершенно разных направлениях человеческой деятельности. Целлюлоза (клетчатка) используется человеком с древних времен. Сначала человек начал применять древесину в качестве горючего и строительного материала. Затем из хлопка, льна и других волокнистых растений научились делать нить. Позже появились технологии, позволяющие получить из древесины бумагу. Бумага, по своей сути, является тонким слоем волокон клетчатки, которые спрессованы и проклеены. В результате получается прочная, гладкая поверхность, по которой не растекаются чернила.

Изначально для изготовления бумаги использовали только растительное сырье (стебли хлопка и риса). Из него чисто механическим путем добывали волокна. Но по мере развития общества, перечисленных источников стало не хватать для покрытия потребности в бумаге. Основное количество ее идет на газеты. Учитывая, что качество бумаги здесь особой роли не играет, в нее начали добавлять до 50 процентов молотой древесины. В дальнейшем появились технологии, позволяющие избавиться от таких сопутствующих веществ древесины, как смолы, лигнин и прочее. Вот таким разнообразным может быть практическое применение углеводов.

На сегодняшний день наиболее распространенным способом выделения целлюлозы является сульфитный. Его используют в разных областях, где имеет место применение углеводов. Химия процесса весьма проста. По этому способу, древесину измельчают и варят в смеси с гидросульфатом кальция. Затем освобожденную от всяческих примесей целлюлозу отделяют на фильтрах. Полученный щелок имеет в своем составе моносахариды, поэтому его используют в качестве сырья для получения спирта. А еще целлюлоза используется при изготовлении вискозных, ацетатных и медно-аммиачных волокон.

Иногда углеводы путают с углеводородами. Несмотря на то что эти два класса веществ созвучно называются, они не имеют никакого отношения друг к другу. Применение предельных углеводородов в быту и на производстве — это совершенно другая история.

Классификация углеводов

Углеводы имеют множество разновидностей. Это обязательно стоит учитывать при составлении пищевого рациона. Классификация углеводов делится на простые и сложные или быстрые и медленные.

К простым или быстрым углеводам относят следующие:

1. Моносахариды.
   В эту категорию входят галактоза, фруктоза, глюкоза. Данные компоненты присутствуют в ягодах, фруктах, меде. Такие вещества быстро усваиваются и резко увеличивают содержание сахара в крови. Как следствие, в тканях образуется гликоген, который требуется для энергии. При ее избытке вещества образуют жировые отложения. Чтобы избежать негативных последствий, количество моносахаридов должно составлять не больше 25-35 % общего объема углеводов, которые были съедены в течение дня.
2. Дисахариды.
   К ним преимущественно относят сахарозу, которую включает обычный сахар, и мальтозу. Этот компонент присутствует в солоде, патоке, меде. Также он имеется в составе молочного сахара.

К сложным или медленным углеводам относят полисахариды. Эти вещества включают большое количество моносахаридов. Они усваиваются долгое время и обладают менее сладким вкусом, чем простые углеводы. К основным полисахаридам относят следующее:

1. Крахмал и гликоген. Эти вещества присутствуют в злаках, бобовых, картофеле, кукурузе.
2. Клетчатка. Элемент содержится в крупах, семечках, овощах, фруктах, отрубях.
3. Целлюлоза. Компонент включают салатные листья, яблоки, груши, морковь.
4. Пектин. Вещество присутствует в моркови, капусте, цитрусовых фруктах, клубнике.
5. Инулин. Элемент содержится в цикории, луке, ячмене, чесноке.

Основное достоинство сложных углеводов заключается в медленном насыщении организма. Благодаря этому чувство голода не возникает раньше времени.

1.1. Понятие и сущность углеводов

Углеводы как эссенциальные компоненты пищевого рациона не только определяют основной энергетический гомеостат организма, но существенно необходимы также для биосинтеза многих углеродсодержащих полимеров. На протяжении жизни человек в среднем потребляет около 14 тонн углеводов, и том числе более 2,5 тонн простых углеводов. Углеводы являются основной составной частью пищевого рациона человека, так как их потребляют примерно в 4 раза больше, чем белков и жиров. При обычном смешанном питании за счет углеводов обеспечивается около 60 % суточной энергоценности, тогда как за счет белков и жиров вместе взятых — только 40 %. Углеводы в организме используются преимущественно как источник энергии для мышечной работы. Чем интенсивнее физическая нагрузка, тем больше требуется углеводов. При малоподвижном образе жизни, напротив, потребность в углеводах уменьшается.

Около 52-66 % углеводов потребляется с зерновыми продуктами, 14-26 % — с сахаром и сахаропродуктами, около 8-10- с клубне- и корнеплодами, 5—7 % с овощами, фруктами.

Углеводы — довольно сильный раздражитель внешней секреции поджелудочной железы, в том числе наиболее активный стимулятор синтеза инсулина, которому принадлежит важная роль в регуляции углеводного обмена, в поддержании оптимального для организма гомеостаза глюкозы. Алиментарная многолетняя перегрузка легкоусвояемыми углеводами первоначально вызывает гиперплазию β-клеток, затем может привести к ослаблению инсулярного аппарата вследствие перенапряжения и созданию предпосылок для развития сахарного диабета

1.2. Роль углеводов

Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть — за счет белков и жиров.

В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов подразделяются на простые углеводы: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза) и сложные углеводы, или полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка).

Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.

Наиболее распространенный моносахарид — глюкоза — содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии.

Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70 — 80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности.

Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы. Основными источниками фруктозы являются фрукты и ягоды. Глюкоза и фруктоза широко представлены в меде: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы — 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. Третий моносахарид — галактоза — в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока — лактозы.

Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу. Источниками сахарозы в питании человека являются, главным образом, тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99.75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты.

Содержание углеводов на 100 г. продуктов

Овощи и фрукты
капуста белокочанная	картофель	свекла	яблоки	виноград
Глюкоза	2.6	0.6	0.3	2.0	7.8
Фруктоза	1.6	0.1	0.1	5.5	7.7
Сахароза	0.4	0.6	8.6	1.5	0.5
Гемицеллюлоза	0.1	0.3	0.7	0.4	0.6
Клетчатка	1.0	1.0	0.9	0.6	—
Крахмал	0.1	16.0	0.1	0.8	0.6
Пектин	0.6	0.4	1.1	1.0	0.6

Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.

Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.

Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.

Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.

Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.

Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 — 500 г. в сутки.

Простые углеводы

Для этих углеводов характерна простая структура. Благодаря этому они быстро усваиваются в организме. При недостатке физических нагрузок вещества повышают содержание сахара в крови. После этого он быстро падает, что провоцирует чувство голода. Неистраченные углеводы трансформируются в жировые отложения. При этом их недостаток вызывает усталость и повышенную сонливость.

Простые углеводы делятся на 2 категории – моносахариды и дисахариды.

К моносахаридам относятся:

• глюкоза — она входит в состав большинства фруктов и ягод. Также компонент присутствует в меде и зеленых фрагментах растений;
• фруктоза — это вещество присутствует в меде, ягодах, фруктах. Также оно входит в семена отдельных растений;
• галактоза — это единственный моносахарид, который имеет животное происхождение. Он входит в состав лактозы, или молочного сахара.

Наиболее значимыми для питания человека считаются дисахариды. В составе молекулы присутствует глюкоза. Вторым сахаром может быть фруктоза, галактоза или глюкоза.

Существуют такие виды дисахаридов:

• сахароза — она включает глюкозу и фруктозу. В эту категорию входит сахар из тростника или свеклы;
• мальтоза — вещество содержит 2 остатка глюкозы. Оно присутствует в солодковом сахаре;
• лактоза — элемент включает глюкозу и галактозу и содержится в молоке млекопитающих.

Список полезных продуктов, в которых присутствуют быстрые углеводы:

• картофель;
• тыква;
• кукуруза;
• ананас;
• банан;
• дыня;
• арбуз;
• белый рис;
• орехи;
• сухофрукты.

При этом есть вредные продукты, которые следует полностью исключить.

К ним относятся:

• выпечка из муки высшего сорта;
• конфеты;
• сладкие газированные напитки;
• снеки;
• спиртные напитки;
• торты, вафли, печенье.

Качественные источники углеводов

Углеводы являются неотъемлемой частью любого рациона. Организм получает из них большую часть энергии и множество витаминов и питательных веществ. Еда, где содержатся углеводы в изобилии — это многие растительные продукты, такие как рис, макароны, бобы, картофель и многие другие зерновые и овощи.

При выборе зерновых продуктов настоятельно рекомендуем брать цельнозерновые варианты, такие как цельнозерновой хлеб, коричневый рис, цельнозерновая паста, киноа, овес, и булгур.

Источники сложных углеводов

В чем содержатся углеводы, которые медленно усваиваются:

• овощи;
• бобовые;
• зерновые*;
• фрукты;
• свекла;
• морковь;
• кукуруза;
• горошек;
• картофель;
• репа;
• фасоль;
• чечевица;
• лимская фасоль;
• фасоль пинто;
• дробленный горох;
• ячмень;
• овес;
• рис;
• рожь;
• пшеница;
• съедобные семена.

*а также зерновые продукты – цельнозерновой пшеничный хлеб, крекеры или макароны.

Источники простых углеводов (Натуральные)

• Фруктоза (фруктовый сахар)
• Лактоза (молочный сахар)
• Фрукты и соки такие как яблоки, апельсины, ананасы.
• Молочные продукты, например, молоко и йогурт.

Сложные углеводы

В основе этих продуктов лежат полисахариды – крахмал и целлюлоза. Такие вещества обеспечивают нормальное пищеварение и на долгое время насыщают человека.

К списку продуктов, которые содержат много сложных углеводов, относят следующее:

• все овощи – исключением являются картофель и тыква;
• цитрусовые фрукты;
• ягоды;
• яблоки и груши;
• абрикосы;
• пшено, перловка, гречка, овсянка;
• бобовые.

Из напитков в эту категорию входят несладкий чай и кофе. Также немного сложных углеводов присутствует в мясе и рыбе. Они имеются в яйцах, кефире, твороге.

Режим употребления сложных углеводов

Для снижения веса важно соблюдать режим приема пищи и водный баланс. Желательно, чтобы ежедневно завтрак, обед и ужин проходили в одно и то же время. Если в промежутках между основными приемами пищи появляется чувство голода, его нельзя игнорировать. Добавляются перекусы, но не более 2 раз за день.

Без углеводов существование человека невозможно.

Утром обменные процессы в организме протекают быстрее, поэтому в первой половине дня углеводы в меню обязательны. Допускается незначительное употребление круп и кисломолочных продуктов на ужин при условии энергично проведенного дня. Главное, чтобы общее количество углеводов не превышало суточную норму. Независимо от цели: набрать, поддержать или сбросить вес — лучше всего питаться через равные промежутки времени.

Быстрые углеводы

Быстрые углеводы считаются простыми и включают всего 1-2 молекулы:

• 1 молекулу содержат моносахариды;
• 2 молекулы присутствует в составе дисахаридов.

Для всех быстрых углеводов характерен высокий гликемический индекс. Он превышает 70. Такие вещества отличаются сладким вкусом и прекрасно растворяются в воде.

Расщепление простых углеводов начинается еще в полости рта. Они очень быстро проникают в кровь. Уже через несколько минут после употребления существенно увеличивается уровень глюкозы. При этом он держится на высокой отметке не более 30-40 минут. Затем так же внезапно снижается.

Быстрые углеводы требуются для восстановления запаса энергии после сложных физических нагрузок или стрессов. Они способствуют выведению человека из гипогликемической комы.

Однако постоянно употреблять такие вещества не следует. Это провоцирует истощение поджелудочной железы и заставляет ее функционировать в стрессовом режиме. Именно избыток простых углеводов провоцирует развитие сахарного диабета 2 типа. При употреблении простых углеводов на ночь они трансформируются в жиры.

К продуктам с высоким гликемическим индексом относят следующее:

• сахар, мед;
• запеченный картофель, пюре;
• отварная морковь и тыква;
• бананы, дыни, арбузы, ананасы;
• кондитерские изделия;
• финики;
• хлебобулочные изделия.

Углеводы и похудение

У многих углеводы ассоциируются исключительно со сладостями, а, следовательно, и с лишним весом. Однако существует несложный способ направить энергию на похудение. Речь не идёт о так называемых углеводных диетах, все же ограничение в белке и полезных жирах может негативно сказаться на здоровье организма. Поэтому такие кардинальные диеты возможны только после индивидуальной консультации с врачом.

Самостоятельно можно и нужно корректировать свой рацион. Однако делать это нужно правильно и прежде всего следует отказаться от быстрых углеводов. Занимающимся спортом разрешается съедать немного продуктов с высоким ГИ (их суточная дозировка не должна превышать 1 г на килограмм веса). Продукты с низким и/или средним гликемическим индексом нужно употреблять из расчёта: 2 г углеводов на 1 кг веса.

Нельзя отказывать себе в какой-то группе продуктов. Углеводы обязательно должны поступать из круп, овощей, фруктов, хлеба.

Углеводы должны быть важнейшей частью рациона любого человека, особенно если он занимается физическими нагрузками. Ведь они – основной источник энергии! Планируйте свой рацион правильно. Будьте энергичны и красивы!

Источники: C.A. Rosenbloom, E.J. Coleman (Eds.) Sports Nutrition A Practice Manual for Professionals. 5th edition. Academy of Nutrition and Dietetics, Chicago, IL; 2012.

Медленные углеводы

Медленные углеводы также называются сложными. Они включают 3 и больше молекул. Потому для этих веществ характерно медленное расщепление. Обычно они всасываются в кишечнике. К сложным углеводам относят декстрин, крахмал, целлюлозу, гликоген, глюкоманнан.

Употребление медленных углеводов способствует плавному поступлению глюкозы в организм человека. При этом не наблюдается пиков или скачков. Именно сложные углеводы насыщают человека на долгое время, поддерживают стабильное настроение и делают более уравновешенным.

Гликемический индекс таких продуктов находится в пределах 0-40.

К ним стоит отнести следующее:

• макароны из твердых сортов пшеницы;
• коричневый рис, ячмень, перловка, гречка, пшено;
• бобовые;
• фрукты – персики, апельсины, вишни, яблоки, груши;
• овощи и зелень – лук, шпинат, кабачки, перец, томаты, капуста;
• грибы.

2.1. Применение углеводов в парентеральном питании

Углеводы используются для парентерального питания в силу того, что они являются наиболее доступными источниками энергии для организма больного. Их энергетическая ценность составляет 4 ккал/г. Учитывая то, что суточная потребность в энергии составляет около 1 500–2 000 ккал, то становится понятной проблема изолированного применения углеводов для ее покрытия. Если перевести расчет на изотонический раствор глюкозы, то для этого потребуется перелить не менее 7–10 л жидкости, что может привести к таким осложнениям, как гипергидратация, отек легких, сердечно-сосудистые нарушения.

Строение углеводов

Строение углеводов включает несколько карбонильных и гидроксильных групп.

В зависимости от структуры вещества делят на 3 категории:

• моносахариды;
• олигосахариды;
• полисахариды.

Моносахариды представляют собой простейшие сахара, которые включают всего 1 молекулу. Они имеют несколько групп, которые отличаются по количеству атомов углерода в молекуле. Моносахариды, в составе которых присутствует 3 атома углерода, называют триозами. Если в составе присутствует 5 атомов, их именуют пентозами, если 6 – гексозами.

Наиболее ценными для живых организмов считаются пентозы, которые присутствуют в составе нуклеиновых кислот. Также большое значение имеют гексозы, из которых состоят полисахариды.

Олигосахариды содержат 2-10 структурных элементов.

В зависимости от количества выделяют:

• диозы;
• триозы;
• тетраозы;
• пентасахариды;
• гексасахариды.

Самыми значимыми считаются дисахариды, к которым относятся сахароза, мальтоза и лактоза, а также трисахариды. В эту категорию входят мелицитоза, рафиноза, мальтотриоза.

Олисахариды могут содержать однородные и неоднородные структуры.

В зависимости от этого выделяют следующие виды:

• гомоолигосахариды – все молекулы обладают одинаковым строением;
• гетероолигосахариды – молекулы отличаются по структуре.

Самыми сложными углеводами считаются полисахариды. Они включают множество моносахаридов – от 10 до нескольких тысяч.

К таким веществам относят следующее:

• крахмал;
• хитин;
• гликоген;
• целлюлоза.

Полисахариды имеют более жесткую структуру, чем олигосахариды и моносахариды. Они не растворяются в воде и не имеют сладкого вкуса.

Классификация

В зависимости от количества атомов углерода, входящих в состав молекулы выделяют следующие группы:

• Моносахариды или простые сахара. Их называют также «быстрыми» углеводами или «легкоусвояемыми».К ним относятся глюкоза, рабиноза, галактоза, фруктоза.
• Дисахариды или сложные сахара (сахароза, мальтоза, лактоза) при расщеплении распадаются на две молекулы моносахаридов.
• Полисахариды – крахмал, клетчатка, пектины, гликоген (животный крахмал). Это «медленные» углеводы – они расщепляются в течение нескольких часов.

Простые

Простые углеводы часто называют просто «сахар». Они состоят из двух соединенных блоков сахара. Эти блоки могут быть глюкозой, фруктозой и галактозой. Из-за того, что цепи коротки, их легко разрушить, именно поэтому они сладки на вкус, стоит им только коснуться вашего языка. Также они быстро перевариваются и всасываются в кровь.

Читайте подробнее о вреде и пользе сахара для здоровья.

К еде, богатой простыми углеводами, относятся подсластители (сахар, сироп, мёд), сладости, желе, джемы и рафинированная мука. Фрукты, овощи, бобы и молоко тоже содержат быстрые сахара, но также они содержат важные витамины и минералы, клетчатку и протеин, поэтому их ограничивать не стоит.

Сложные

Сложные углеводы отличаются тем, что просто содержат клетчатку, которая замедляет их усвоение. Они состоят из трёх и более сахаров, связанных цепью и, как правило, находятся в тех продуктах, которые также богаты протеином, полезными жирами, витаминами и минералами. Они содержат те же сахара, что и простые, но их цепи длиннее и их сложнее разбить. Именно из-за этого их вкус кажется не таким сладким. Более длинные цепи также замедляют пищеварение, а это приводит к более плавной реакцией инсулина и долгому чувству сытости. К продуктам, богатым на сложные углеводы, относятся: хлеб, рис, паста, бобы, цельное зерно и овощи.

Клетчатка – это тип пищевого волокна, которое не усваивается в организме. Уникальность клетчатки заключается в ее способности увеличиваться в размере и не перевариваться под действием пищевых ферментов, вырабатывающихся в желудке и тонком кишечнике. Набухшая растительная масса, проходя по всему желудочно-кишечному тракту, очищает его стенки от непереваренных остатков пищи, стимулирует перистальтику кишечника.

Состав углеводов

Состав углеводов делят на следующие категории:

1. Моносахариды
   – включают 1 мономерную единицу и не гидролизуются с появлением более простых углеводов. Мономеры отличаются разнообразием. Это обусловлено разницей в структуре. Обычно моносахариды живых организмов представляют собой кольцевые углеродные цепи, которые включают 5 или 6 атомов углерода. Самыми важными моносахаридами считаются рибоза и дезоксирибоза, которые присутствуют в составе нуклеиновых кислот. Также к ним относят глюкозу как источник энергии и фруктозу.
2. Дисахариды
   – включают 2 мономерных единицы. Можно сказать, что они состоят из 2 моносахаридов. Вещества объединяются через гидроксильные группы. При этом происходит отщепление воды. Самым известным дисахаридом считается сахароза. Ее молекула включает остатки глюкозы и фруктозы. 2 остатка глюкозы входит в состав мальтозы.
3. Полисахариды
   – включают больше 10 мономерных единиц. В эту категорию входят крахмал, хитин, целлюлоза и т.д. Крахмал и гликоген скапливаются в организмах как запасной питательный элемент. Крахмал имеет менее разветвленную структуру, чем гликоген. Целлюлоза формирует стенки клеток растений. За счет этого она реализует структурную и защитную функции. Аналогичные задачи решает хитин у грибов и животных.

Диетическое питание

Существует множество диет, которые базируются на полном или частичном исключении из рациона питания углеводов, а также увеличении потребления белков и жиров. Министерство сельского хозяйства США проводило опрос, согласно которому было выявлено, что люди, употребляющие пищу богатую углеводами, преимущественно обладают нормальным весом. Еда, в которой содержится много углеводов, более питательна, но менее калорийна.

Как известно, в Америке более половины населения страдает проблемой избыточного веса. Причем количество таких людей планомерно растет. Длительный опрос населения на предмет употребляемых в пищу продуктов показал, что люди, в рационе которых преобладают углеводы, получают меньше калорий, чем любители белков и жиров, при таком же объеме съеденной пищи. У этой группы людей из всех опрошенных, а их было более 10000 человек, самый низкий показатель массы тела. Причина в том, что на 1000 калорий углеводсодержащих продуктов, приходится много клетчатки и воды. Данная группа людей получала с едой большее количество питательных веществ, а именно: витаминов А и С, каротина, кальция, железа и магния. Жиры, холестерин, цинк, натрий и витамин В12, в их рационе содержались в незначительной степени.

Применение углеводов и жиров в пищевых продуктах тесно связано. Впрочем, как и применение углеводов с белками. Высокая эффективность углеводов как источников энергии заключается в их способности к сбережению белка. Когда в пищу попадает большое количество углеводов, организм использует в качестве энергетического материала меньше аминокислот. Вообще эти вещества не являются незаменимыми компонентами питания, так как они могут синтезироваться из аминокислот и глицерина, тем не менее, нельзя недооценивать их роль. Применение углеводов в пищу должно составлять, по меньшей мере, 50 грамм в сутки. В противном случае могут возникнуть нарушения метаболических процессов.

Вместе с тем избыточное потребление углеводов приводит к образованию подкожного жира. При построении рациона, важно не только удовлетворить потребность человека в этих веществах, но и сбалансировать потребление разных их типов. Важно проследить за соотношением простых и сложных углеводов. Когда в организм поступает много сахаров, они не могут в полной мере синтезироваться в гликоген и переходят в триглицериды, способствующие образованию жировых тканей. Когда в крови повышено содержание инсулина, этот процесс ускоряется.

Сложные углеводы, в отличие от простых, расщепляются медленно, поэтому их содержание в крови нарастает постепенно. В этой связи целесообразно, чтобы основную углеводную часть в продуктах питания составляли именно сложно усвояемые вещества. Их доля должна составлять от 80 до 90 процентов. Недостаток сложных углеводов особо ощутим для тех, кто страдает сахарным диабетом, ожирением, атеросклерозом и заболеваниями сердечно-сосудистой системы.

Как вы уже поняли, больше всего углеводы применяются в питании и медицине. Но на этом область применения углеводов не заканчивается. Где же еще их используют?

Свойства углеводов

К основным свойствам углеводов стоит отнести следующее:

1. Молекулярная масса.
   Среди углеводов можно встретить весьма простые элементы, молекулярная масса которых составляет примерно 200, и гигантские полимеры. Их молекулярная масса достигает нескольких миллионов.
2. Растворимость в воде.
   Моносахариды легко растворяются в воде и образуют сиропы.
3. Окисление.
   Этот процесс приводит к получению соответствующих кислот. К примеру, окисление глюкозы аммиачным раствором гидрата окиси серебра приводит к формированию глюконовой кислоты.
4. Восстановление.
   При восстановлении сахаров удается получить многоатомные спирты. В роли восстановителя выступает водород в никеле, алюмогидрид лития и т.д.
5. Алкилирование.
   Под этим термином понимают образование простых эфиров.
6. Ацилирование.
   В это понятие включают образование сложных эфиров.

Глюкоза

Этот углевод хорошо усваивается организмом и может использоваться в составе некоторых медицинских препаратов. Кроме того, глюкоза широко применяется в кондитерской промышленности. С ее помощью делают мармелад, карамель, пряники и прочие изделия. В текстильной промышленности она играет роль восстановителя. А при производстве гликоновой и аскорбиновой кислот глюкоза является исходным продуктом. С ее помощью также проводят синтез некоторых производственных сахаров.

Немалое значение имеет брожение глюкозы. Оно происходит при квашении капусты, огурцов, молока и прочих продуктов, а также при силосовании кормов. В производстве пива используют спиртовое брожение глюкозы.

Переваривание углеводов

Из углеводов в человеческом организме преимущественно перевариваются полисахариды – крахмал из растительных продуктов и гликоген, который присутствует в животной пище.

Полисахариды расщепляются пищеварительными ферментами до структурных блоков – свободной D-глюкозы. Этот процесс происходит под воздействием амилазы слюны и сопровождается формированием смеси из мальтозы, глюкозы и олигосахаридов.

Переваривание углеводов продолжается и заканчивается в тонком кишечнике. На этот процесс влияет амилаза поджелудочной железы, которая попадает в двенадцатиперстную кишку.

Гидролиз дисахаридов запускают ферменты, которые присутствуют в наружном слое клеток эпителия, выстилающих тонкий кишечник. В эпителиальных клетках тонкого кишечника происходит частичная трансформация D-фруктозы, D-галактозы, D-маннозы в D-глюкозу. Смесь простых гексоз поглощается клетками эпителия и с током крови попадает в печень.

Крахмал

Крахмал – ценное питательное вещество. Чтобы оно легче усваивалось организмом, продукты подвергают температурной обработке. В условиях высокой температуры происходит частичный гидролиз крахмала, а также образование растворимых в воде декстринов. Декстрины, попав в пищеварительный тракт гидролизуются до глюкозы, которая хорошо усваивается организмом. Если говорить про применение углеводов в промышленности, нельзя обойти стороной крахмал. Основные продукты, которые из него получают – глюкоза и патока. Это еще больше расширяет область, в которой имеет место быть применение углеводов. Кратко описать процесс получения глюкозы и патоки из крахмала можно следующим образом.

Крахмал греют в смеси с разбавленной серной кислотой. Избыток кислоты нейтрализуется мелом. Осадок сульфата кальция, который образуется при нейтрализации, отфильтровывают. Затем раствор упаривают и выделяют из него глюкозу. Если не доводить процесс гидролиза до конца, то получится смесь глюкозы с декстринами, которая называется патокой. Ее используют в кондитерской промышленности. Кроме того, декстрины, полученные из крахмала, нашли широкое применение в качестве клея и загустителя для красок. Крахмал доказывает, насколько разнообразным может быть применение углеводов. Химия процессов, при этом, совсем не сложна.

Раньше использовалось накрахмаливание белья, которое позволяет вдохнуть в ткань вторую жизнь и продлить ее срок службы. Крахмал и продукты, полученные из него, нашли применение также в текстильной, фармацевтической и литейной промышленности.

Обмен углеводов в организме

В основе обмена углеводов в организме человека, лежат ниже описанные процессы:

1. Мозг не имеет запаса гликогена, потому ему постоянно требуется глюкоза. Углеводы являются единственным источником, который помогает покрывать энергетические расходы мозга. Именно мозговая ткань поглощает 70 % глюкозы, которая выделяется печенью.
2. Мышечные ткани при активной работе получают из крови большое количество глюкозы. В них это вещество трансформируется в гликоген. При распаде гликогена появляется достаточное количество энергии для сокращения мышц.
3. Содержание глюкозы в крови регулируют гормоны – глюкагон, соматотропин, кортизол, инсулин, адреналин. Инсулин способствует снижению содержания глюкозы в крови при ее повышении, упрощает ее попадание в клетки и обеспечивает отложение вещества в тканях в виде гликогена. При уменьшении параметров глюкозы в крови соматотропин, кортизол, адреналин и глюкагон тормозят захват глюкозы клетками. За счет этого гликоген трансформируется в глюкозу.

Накопление глюкозы в виде гликогена

Метаболизм углеводов в организме происходит следующим образом. После того как мы что-то съели уровень глюкозы в крови повышается и первой на это реагирует поджелудочная железа. Она высвобождает гормон инсулин, который сигнализирует тканям организма поглощать избыточную глюкозу. Часть этой глюкозы используется клетками мышц и печени для построения полисахарида гликоген.

Мышцы запасают 2/3 от общего объема гликогена в организме и используют его для обеспечения своего собственного питания во время нагрузок. Оставшуюся 1/3 накапливает печень и более щедра в его распределении; при истощении запаса энергии она делится гликогеном в виде глюкозы в крови с мозгом и остальными органами.

Когда концентрация глюкозы в крови падает и клетки нуждаются в энергии, кровоток наводняется гормонами поджелудочной железы, глюкагонами. Тысячи ферментов в клетках печени высвобождают глюкозу в кровь для питания остальных клеток тела. У другого гормона, адреналина, схожее действие, это часть защитного механизма организма во время опасности (реакция «бей или беги»).

Хотя глюкоза может превращаться в жир, жировые отложения никогда не смогут трансформироваться обратно в глюкозу и обеспечить нормальное питание мозга. Это одна из причин почему голодание или низкоуглеводные диеты могут быть опасны.

При серьезном углеводном дефиците у организма возникает сразу две проблемы. Прежде всего, из-за недостатка глюкозы он вынужден получать ее из белков, тем самым отвлекая их от таких жизненно важной работы как поддержание иммунной защиты. Функции белков в организме настолько незаменимы, что, только ради того, чтобы избежать их использования для получения энергии уже стоит поддерживать уровень углеводов; это называют «сберегающим белок» действием углеводов.

Также, без достаточного количества углеводов, организм не может нормально распоряжаться своими жировыми запасами. (Фрагменты жиров должны соединяться с углеводами прежде чем смогут быть использованы для производства энергии). Минимальное количество углеводов необходимое для полноценной защиты белка и предотвращения кетоза для человека среднего телосложения составляет порядка 100 г/день. И лучше, если это будут легко усваиваемые углеводы в количестве в 3-4 раза превышающем этот минимум.

Продукты богатые углеводами

Ниже описаны продукты, богатые углеводами в больших количествах:

1. Хлеб.
   Важным источником таких веществ, считается пшеничная мука. При этом стоит учитывать, что хлеб нужно употреблять в меру. В продукте из цельных зерен, помимо крахмала, присутствуют белки, минералы, витамины, жиры. Эти вещества очень полезны.
2. Рис.
   В составе риса присутствует много углеводов и витаминов группы В. При этом диетологи советуют отдавать предпочтение нешлифованным сортам.
3. Бобовые.
   Такие продукты отличаются высокой пищевой ценностью. Для них характерна твердая целлюлозная мембрана, поэтому важно уделить внимание правильному способу приготовления.
4. Картофель.
   Этот продукт содержит чуть меньше углеводов – около 20 %. Оставшуюся часть занимает вода. Помимо этого, в составе имеются витамины и минералы.
5. Зеленые овощи.
   Помимо сложных углеводов, такие продукты включают много витаминов. Особенно полезно есть овощи в свежем виде. Предпочтение нужно отдавать салату, перцу, зеленой фасоли, молодому горошку, капусте. Обязательно нужно употреблять шпинат, поскольку он содержит много железа.

Выбирайте правильные углеводы

Когда дело касается еды и напитков, выбирайте варианты, наполненные полезными микроэлементами и витаминами. В этом вам помогут три правила, представленные ниже. Но, отметим напоследок, что, если вы очень подвижный человек, который хочет повысить свою производительность, то не все эти правила вам подойдут.

1. Ешьте больше сложных углеводов из натуральной пищи

Овощи, бобовые, орехи и семена, 100% цельнозерновой хлеб, паста, коричневый рис – эти продукты являются хорошим источником клетчатки, витаминов, минералов и протеина.

1. Ешьте меньше обработанной пищи

Такая еда, как белый рис, белый хлеб и обычная паста – более обработана, а поэтому утеряла клетчатку.

1. Ешьте простые углеводы в меру

Большинство источников простых (быстрых) углеводов считаются «пустыми калориями», потому что они практически не содержат микронутриентов, но при этом высоки в калорийности. Они также чаще всего становятся виновниками скачков сахара в крови. Фрукты и молоко являются исключениями, потому что в них высоко содержание витаминов и минералов.

Норма углеводов в день для организма

Необходимость в углеводах зависит от интенсивности интеллектуальных и физических нагрузок. В среднем норма углеводов в день для организма составляет 300-500 г. Около 20 % может приходиться на углеводы, которые легко усваиваются.

Пожилым людям стоит употреблять максимум 300 г углеводов в сутки. При этом количество простых элементов не должно быть больше 15-20 %.

При наличии лишнего веса и других патологиях количество углеводов стоит ограничивать. При этом делать это следует постепенно. Благодаря этому организм сможет адаптироваться к изменению обменных процессов. Ограничение стоит начинать с 200-250 г в сутки. Через неделю объем углеводов допустимо сократить до 100 г.

Если резко уменьшать количество углеводов в течение долгого периода времени, есть риск развития разных нарушений.

К ним относят следующее:

• снижение уровня сахара в крови;
• общая слабость;
• сильное снижение интеллектуальной и физической активности;
• потеря веса;
• нарушение метаболизма;
• повышенная сонливость;
• головокружения;
• головные боли;
• тремор рук;
• ощущение голода;
• рак толстого кишечника;
• запоры.

Неприятные симптомы удается устранить после употребления сахара или других сладких продуктов. Однако, есть их следует дозированно. Это поможет избежать увеличения массы тела.

Для организма также вреден и избыток углеводов, особенно простых. Он приводит к повышению уровня сахара в крови. Как следствие, часть веществ не используется и приводит к скоплению жировых отложений. Это провоцирует сахарный диабет, кариес, атеросклероз. Также есть риск метеоризма, ожирения, болезней сердца и сосудов.

Калькулятор потребности углеводов

Возраст Пол Рост Вес Цель Активность
Если вы не уверены в том, какой процент углеводов подойдет именно вам, но просто следуйте правилу большого пальца:

Для похудения, начинайте с 45-50% и уменьшайте процент. При активных тренировках больше часа ежедневно или подготовке к событию, которое потребует от вас недюжинной выносливости (к примеру, марафон), то вам лучше увеличить процент до 55-65 %.

Вид активности	Рекомендованная норма
Очень легкие весовые упражнения	3-5 г/кг
Упражнения средней интенсивности, 60 мин/д	5-7 г/кг
Упражнения на выносливости средней/высокой интенсивности, 1-3 ч/д	6-10 г/кг
Упражнения средней или высокой интенсивности, 4-5 ч/д	8-12 г/кг