Нарушаване на въглехидратния метаболизъм. Въглехидратен метаболизъм Пентозурия, фруктозурия, галактозурия

въглехидратния метаболизъме отговорен за процеса на усвояване на въглехидратите в тялото, тяхното разграждане с образуването на междинни и крайни продукти, както и образуването на съединения, които не са въглехидрати, или превръщането на прости въглехидрати в по-сложни. Основната роля на въглехидратите се определя от тяхната енергийна функция.

кръвна захаре директният източник на енергия в тялото. Скоростта на неговото разлагане и окисляване, както и възможността за бързо извличане от депото, осигуряват спешна мобилизация на енергийните ресурси с бързо нарастващи енергийни разходи в случаи на емоционална възбуда, с интензивни мускулни натоварвания.

При намаляване на нивата на глюкозатаразвиват в кръвта

конвулсии;

загуба на съзнание;

вегетативни реакции (повишено изпотяване, промени в лумена на кожните съдове).

Това състояние се нарича "хипогликемична кома". Въвеждането на глюкоза в кръвта бързо премахва тези нарушения.

Въглехидратен метаболизъмв човешкото тяло се състои от следните процеси:

Разцепване в храносмилателния тракт на поли- и дизахариди от храната до монозахариди, по-нататъшно усвояване на монозахариди от червата в кръвта.

Синтез и разграждане на гликоген в тъканите (гликогенеза и гликогенолиза).

Гликолиза (разграждане на глюкоза).

Анаеробен път на директно окисление на глюкозата (пентозен цикъл).

Взаимно превръщане на хексози.

Анаеробен метаболизъм на пируват.

Глюконеогенезата е образуването на въглехидрати от невъглехидратни храни.

Нарушения на въглехидратния метаболизъм

Усвояването на въглехидратите се нарушава при недостатъчност на амилолитичните ензими на стомашно-чревния тракт (амилаза на панкреатичния сок). В същото време въглехидратите, доставени с храната, не се разграждат до монозахариди и не се абсорбират. В резултат на това пациентът се развива въглехидратно гладуване.

Усвояването на въглехидратите също страда от нарушение на фосфорилирането на глюкозата в чревната стена, което се случва по време на възпаление на червата, в случай на отравяне с отрови, които блокират ензима хексокиназа (флоридин, монойодоацетат). Няма фосфорилиране на глюкозата в чревната стена и тя не навлиза в кръвта.

Усвояването на въглехидратите е особено лесно нарушено при кърмачета, които все още не са развили напълно храносмилателни ензими и ензими, които осигуряват фосфорилиране и дефосфорилиране.

Причини за нарушен въглехидратен метаболизъм поради нарушена хидролиза и абсорбция на въглехидрати:

хипоксия

нарушение на чернодробната функция - нарушение на образуването на гликоген от млечна киселина - ацидоза (хиперлакцидемия).

хиповитаминоза B1.

Нарушаване на синтеза и разграждането на гликоген

Синтезът на гликоген може да се промени към патологично увеличение или намаляване. Повишено разграждане на гликогена възниква, когато централната нервна система е възбудена. Импулсите по симпатиковите пътища отиват в гликогенното депо (черен дроб, мускули) и активират гликогенолизата и мобилизирането на гликоген. Освен това, в резултат на възбуждане на централната нервна система, функцията на хипофиза,медулата на надбъбречните жлези, щитовидната жлеза, чиито хормони стимулират разграждането на гликогена.

Увеличаване на разграждането на гликогена с едновременно увеличаване на потреблението на глюкоза от мускулите възниква по време на тежка мускулна работа. Намаляване на синтеза на гликоген възниква по време на възпалителни процеси в черния дроб: хепатит, при което се нарушава неговата гликоген-възпитателна функция.

При липса на гликоген тъканната енергия преминава към метаболизма на мазнини и протеини. Производството на енергия от окисляването на мазнините изисква много кислород; в противен случай кетонните тела се натрупват в излишък и настъпва интоксикация. Образуването на енергия за сметка на протеините води до загуба на пластичен материал. ГликогенозаТова е нарушение на метаболизма на гликогена, придружено от патологично натрупване на гликоген в органите.

Болест на Gierkeгликогеноза, причинена от вроден дефицит на глюкозо-6-фосфатаза, ензим, открит в клетките на черния дроб и бъбреците.

Гликогенозас вроден дефицит на α-глюкозидаза. Този ензим разцепва глюкозните остатъци от гликогенните молекули и разгражда малтозата. Съдържа се в лизозомите и се отделя от цитоплазмената фосфорилаза.

При липса на α-глюкозидаза гликогенът се натрупва в лизозомите, който избутва цитоплазмата, изпълва цялата клетка и я унищожава. Съдържанието на глюкоза в кръвта е нормално. Гликогенът се съхранява в черния дроб, бъбреците и сърцето. Метаболизъмв миокарда се нарушава, сърцето се увеличава по размер. Болните деца умират рано от сърдечна недостатъчност.

Междинни нарушения на метаболизма на въглехидратите

Нарушаването на междинния метаболизъм на въглехидратите може да доведе до:

Хипоксични състояния(например при дихателна или циркулаторна недостатъчност, при анемия), анаеробната фаза на преобразуване на въглехидратите преобладава над аеробната фаза. Има прекомерно натрупване в тъканите и кръвта на млечна и пирогроздена киселина. Съдържанието на млечна киселина в кръвта се увеличава няколко пъти. Появява се ацидоза. Ензимните процеси са нарушени. Намалено производство на АТФ.

нарушения на чернодробната функция,където обикновено част от млечната киселина се ресинтезира в глюкоза и гликоген. При увреждане на черния дроб този ресинтез се нарушава. Развиват се хиперлакцидемия и ацидоза.

Хиповитаминоза B1.Окислението на пирогроздената киселина е нарушено, тъй като витамин В1 е част от коензима, участващ в този процес. Пирогроздената киселина се натрупва в излишък и частично преминава в млечна киселина, чието съдържание също се увеличава. При нарушаване на окисляването на пирогроздената киселина синтезът на ацетилхолин намалява и предаването на нервните импулси се нарушава. Намалява се образуването от пирогроздена киселина на ацетил коензим А. Пирогроздената киселина е фармакологична отрова за нервните окончания. При повишаване на концентрацията му 2-3 пъти се появяват нарушения на чувствителността, неврити, парализи и др.

При хиповитаминоза В1 пентозофосфатният път на въглехидратния метаболизъм също е нарушен, по-специално образуването рибози.

хипергликемия

хипергликемияе повишаване на нивата на кръвната захар над нормалното. В зависимост от етиологичните фактори се разграничават следните видове хипергликемия:

Хранителна хипергликемия.Развива се при прием на големи количества захар. Този тип хипергликемия се използва за оценка на състоянието на въглехидратния метаболизъм (така нареченото натоварване със захар). При здрав човек, след еднократен прием на 100-150 g захар, кръвната захар се повишава, достигайки максимум 1,5-1,7 g / l (150-170 mg%) след 30-45 минути. След това нивото на кръвната захар започва да пада и след 2 часа спада до нормалното (0,8-1,2 g / l), а след 3 часа дори се оказва, че е леко намалено.

Емоционална хипергликемия.При рязко преобладаване на възбудителния процес над инхибиторния процес в кората на главния мозък, възбуждането се излъчва към подлежащите части на централната нервна система. Потокът от импулси по симпатиковите пътища, насочен към черния дроб, засилва разграждането на гликогена в него и инхибира прехода на въглехидратите в мазнини. В същото време възбуждането действа през хипоталамусните центрове и симпатиковата нервна система върху надбъбречните жлези. В кръвта се освобождава голямо количество адреналин, което стимулира гликогенолизата.

Хормонална хипергликемия.Възникват при нарушаване на функцията на ендокринните жлези, чиито хормони участват в регулирането на въглехидратния метаболизъм. Например, хипергликемия се развива с увеличаване на производството на глюкагон, хормон на α-клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса, който чрез активиране на чернодробната фосфорилаза насърчава гликогенолизата. Адреналинът има подобен ефект. Излишъкът от глюкокортикоиди (стимулира глюконеогенезата и инхибира хексокиназата) и хормон на растежа на хипофизата (инхибира синтеза на гликоген, насърчава образуването на инхибитор на хексокиназата и активира чернодробната инсулиназа) води до хипергликемия.

Хипергликемия с определени видове анестезия.При анестезия с етер и морфин се възбуждат симпатиковите центрове и се отделя адреналин от надбъбречните жлези; при анестезия с хлороформ това е придружено от нарушение на функцията за образуване на гликоген на черния дроб.

Хипергликемия поради инсулинов дефиците най-упоритата и изразена. Възпроизвежда се в експеримента чрез отстраняване на панкреаса. Недостигът на инсулин обаче се съчетава с тежко лошо храносмилане. Следователно, по-съвършен експериментален модел на инсулинов дефицит е дефицитът, причинен от въвеждането на алоксан (C4H2N2O4), който блокира SH-групите. В β-клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса, където запасите от SH-групи са малки, бързо възниква техният дефицит и инсулинът става неактивен.

Експериментален дефицит на инсулин може да бъде причинен от дитизон, който блокира цинка в β-клетките на островите на Лангерханс, което води до нарушаване на образуването на гранули от инсулинови молекули и неговото отлагане. Освен това в β-клетките се образува цинков дитизонат, който уврежда инсулиновите молекули.

Дефицитът на инсулин може да бъде панкреатичен или екстрапанкреатичен. И двата вида инсулинов дефицит могат да причинят диабет.

инсулинов дефицит на панкреаса

Този тип дефицит се развива, когато панкреас:

тумори;

туберкулозен / сифилитичен процес;

Панкреатит.

В тези случаи се нарушават всички функции на панкреаса, включително способността да произвежда инсулин. След панкреатит инсулинов дефицит се развива в 16-18% от случаите поради прекомерен растеж на съединителната тъкан, което нарушава снабдяването на клетките с кислород.

Локалната хипоксия на Лангерхансовите острови (атеросклероза, вазоспазъм) води до инсулинов дефицит, където кръвообращението обикновено е много интензивно. В същото време дисулфидните групи в инсулина се превръщат в сулфхидрилни групи и той няма хипогликемичен ефект). Предполага се, че причината за инсулинов дефицит може да бъде образуването в организма на нарушение на пуриновия метаболизъм на алоксан, който е подобен по структура на пикочната киселина.

Инсуларният апарат може да бъде изтощен след предварително повишаване на функцията, например при ядене на прекалено смилаеми въглехидрати, които причиняват хипергликемия, при преяждане. В развитието на инсулиновия дефицит на панкреаса важна роля принадлежи на първоначалната наследствена непълноценност на инсуларния апарат.

Екстрапанкреатичен инсулинов дефицит

Този тип дефицит може да се развие при повишена активност инсулиназа:ензим, който разгражда инсулина и се образува в черния дроб с началото на пубертета.

Недостигът на инсулин може да бъде причинен от хронични възпалителни процеси, при които много протеолитични ензими навлизат в кръвния поток, разрушавайки инсулина.

Излишъкът от хидрокортизон, който инхибира хексокиназата, намалява ефекта инсулин.Инсулиновата активност намалява с излишък на неестерифицирани мастни киселини в кръвта, които имат пряк инхибиторен ефект върху нея.

Причината за дефицит на инсулин може да бъде прекалено силната му връзка с пренасящите протеини в кръвта. Свързаният с протеин инсулин не е активен в черния дроб и мускулите, но обикновено има ефект върху мастната тъкан.

В някои случаи при захарен диабет нивото на инсулин в кръвта е нормално или дори повишено. Предполага се, че диабетът се дължи на наличието на инсулинов антагонист в кръвта, но природата на този антагонист не е установена. Образуването на антитела срещу инсулина в организма води до разрушаването на този хормон.

Диабет

въглехидратния метаболизъмпри захарен диабет се характеризира със следните характеристики:

Рязко намалява синтеза на глюкокиназа, която почти напълно изчезва от черния дроб при диабет, което води до намаляване на образуването на глюкозо-6-фосфат в чернодробните клетки. Този момент, заедно с намаления синтез на гликоген синтетаза, причинява рязко забавяне на синтеза на гликоген. Черният дроб се изчерпва от гликоген. При липса на глюкозо-6-фосфат, пентозофосфатният цикъл се инхибира;

Активността на глюкозо-6-фосфатазата се увеличава рязко, така че глюкозо-6-фосфатът се дефосфорилира и навлиза в кръвта под формата на глюкоза;

Преходът на глюкозата в мазнини се инхибира;

Преминаването на глюкоза през клетъчните мембрани намалява, тя се абсорбира слабо от тъканите;

Рязко се ускорява глюконеогенезата - образуването на глюкоза от лактат, пируват, аминокиселини, мастни киселини и други продукти на невъглехидратния метаболизъм. Ускоряването на глюконеогенезата при захарен диабет се дължи на липсата на инхибиторен ефект (потискане) на инсулина върху ензимите, които осигуряват глюконеогенезата в чернодробните и бъбречните клетки: пируват карбоксилаза, глюкозо-6-фосфатаза.

По този начин при захарен диабет има излишно производство и недостатъчно използване на глюкоза от тъканите, което води до хипергликемия. Съдържанието на захар в кръвта при тежки форми може да достигне 4-5 g / l (400-500 mg%) и повече. В същото време осмотичното налягане на кръвта рязко се повишава, което води до дехидратация на клетките на тялото. Във връзка с дехидратацията функциите на централната нервна система са дълбоко нарушени (хиперосмоларна кома).

Захарната крива при диабет в сравнение с тази при здрави хора е значително удължена във времето. Значението на хипергликемията в патогенезата на заболяването е двойно. Той играе адаптивна роля, тъй като инхибира разграждането на гликогена и частично засилва неговия синтез. При хипергликемия глюкозата прониква по-добре в тъканите и те не изпитват рязка липса на въглехидрати. Хипергликемията също има отрицателни последици.

С него се увеличава концентрацията на глюко- и мукопротеини, които лесно изпадат в съединителната тъкан, допринасяйки за образуването на хиалин. Следователно ранното съдово увреждане от атеросклероза е характерно за захарния диабет. Атеросклеротичният процес улавя коронарните съдове на сърцето (коронарна недостатъчност), съдовете на бъбреците (гломерулонефрит). При възрастните хора захарният диабет може да се комбинира с хипертония.

Глюкозурия

Обикновено глюкозата се открива във временната урина. В тубулите той се реабсорбира под формата на глюкозофосфат, за образуването на който е необходима хексокиназа, и след дефосфорилиране навлиза в кръвта. По този начин крайната урина не съдържа захар при нормални условия.

При диабет процесите на фосфорилиране и дефосфорилиране на глюкозата в тубулите на бъбреците не могат да се справят с излишната глюкоза в първичната урина. Развиване глюкозурия.При тежки форми на диабет съдържанието на захар в урината може да достигне 8-10%. Осмотичното налягане на урината се повишава; в това отношение много вода преминава в крайната урина.

Дневната диуреза се увеличава до 5-10 литра или повече (полиурия). Развива се дехидратация на тялото, развива се повишена жажда (полидипсия). В случай на нарушение на въглехидратния метаболизъм, трябва да се свържете ендокринологза професионална помощ. Лекарят ще избере необходимото лекарство и ще разработи индивидуална диета.

Не последната роля играят въглехидратите. Хората, които се грижат за собственото си здраве, знаят, че сложните въглехидрати са за предпочитане пред простите. И че е по-добре да се яде храна за по-дълго храносмилане и енергизиране през целия ден. Но защо точно? Каква е разликата между процесите на усвояване на бавни и бързи въглехидрати? Защо сладкишите трябва да се използват само за затваряне на протеиновия прозорец, а медът е по-добре да се яде само през нощта? За да отговорим на тези въпроси, нека разгледаме по-подробно метаболизма на въглехидратите в човешкото тяло.

За какво са въглехидратите?

В допълнение към поддържането на оптимално тегло, въглехидратите в човешкото тяло извършват огромна работа, недостатъчността в която води не само до затлъстяване, но и до множество други проблеми.

Основните задачи на въглехидратите са да изпълняват следните функции:

Енергия – Приблизително 70% от калориите идват от въглехидрати. За да се осъществи процесът на окисляване на 1 g въглехидрати, тялото се нуждае от 4,1 kcal енергия.
Изграждане - участвайте в изграждането на клетъчни компоненти.
Резерв - създават депо в мускулите и черния дроб под формата на гликоген.
Регулаторни – някои хормони са гликопротеини по природа. Например хормоните на щитовидната жлеза и хипофизата - едната структурна част на такива вещества е протеин, а другата е въглехидрат.
Защитни - хетерополизахаридите участват в синтеза на слуз, който покрива лигавиците на дихателните пътища, храносмилателните органи и пикочно-половия тракт.
Те участват в разпознаването на клетките.
Те са част от мембраните на еритроцитите.
Те са един от регулаторите на кръвосъсирването, тъй като влизат в състава на протромбин и фибриноген, хепарин (- учебник "Биологична химия", Северин).

За нас основните източници на въглехидрати са тези молекули, които получаваме от храната: нишесте, захароза и лактоза.

@евгения
adobe.stock.com

Стъпки в разграждането на захариди

Преди да разгледаме характеристиките на биохимичните реакции в тялото и ефекта на въглехидратния метаболизъм върху спортните постижения, нека проучим процеса на разделяне на захариди с по-нататъшното им превръщане в този, който спортистите толкова отчаяно получават и харчат, докато се подготвят за състезания.

Етап 1 - предварително смилане със слюнка

За разлика от протеините и мазнините, въглехидратите започват да се разграждат почти веднага след като попаднат в устата. Факт е, че повечето от продуктите, които влизат в тялото, съдържат сложни нишестени въглехидрати, които под въздействието на слюнката, а именно ензима амилаза, който е част от него, и механичния фактор, се разграждат до прости захариди.

Етап 2 - влияние на стомашната киселина върху по-нататъшното храносмилане

Тук стомашната киселина влиза в действие. Той разгражда сложните захариди, които не са били изложени на слюнката.По-специално, под действието на ензими, лактозата се разгражда до галактоза, която впоследствие се превръща в глюкоза.

Етап 3 - абсорбция на глюкоза в кръвта

На този етап почти цялата ферментирала бърза глюкоза се абсорбира директно в кръвта, заобикаляйки процесите на ферментация в черния дроб. Нивото на енергия се повишава рязко и кръвта става по-наситена.

Етап 4 - ситост и инсулинов отговор

Под въздействието на глюкозата кръвта се сгъстява, което затруднява движението и преноса на кислород. Глюкозата замества кислорода, което предизвиква защитна реакция - намаляване на количеството въглехидрати в кръвта.

Плазмата получава инсулин и глюкагон от панкреаса.

Първият отваря транспортните клетки, за да премести захарта в тях, което възстановява загубения баланс на веществата. Глюкагонът от своя страна намалява синтеза на глюкоза от гликоген (консумацията на вътрешни енергийни източници), а инсулинът "дупчи" основните клетки на тялото и поставя там глюкозата под формата на гликоген или липиди.

Етап 5 - въглехидратен метаболизъм в черния дроб

По пътя към пълното храносмилане въглехидратите се сблъскват с главния защитник на тялото – чернодробните клетки. Именно в тези клетки въглехидратите под въздействието на специални киселини се свързват в най-простите вериги - гликоген.

Етап 6 - гликоген или мазнини

Черният дроб може да преработи само определено количество монозахариди в кръвта. Повишените нива на инсулин я карат да го направи за нула време.Ако черният дроб няма време да превърне глюкозата в гликоген, възниква липидна реакция: цялата свободна глюкоза, чрез свързване с киселини, се превръща в прости мазнини. Тялото прави това, за да остави резерв, но поради постоянното ни хранене, то „забравя“ да смила и глюкозните вериги, превръщайки се в пластични мастни тъкани, се транспортират под кожата.

Етап 7 - вторично разцепване

Ако черният дроб се справи със захарното натоварване и успя да превърне всички въглехидрати в гликоген, последният, под въздействието на хормона инсулин, има време да се запаси в мускулите. Освен това, при условия на липса на кислород, той се разгражда обратно до най-простата глюкоза, не се връща в общия кръвен поток, а остава в мускулите. По този начин, заобикаляйки черния дроб, гликогенът доставя енергия за специфични мускулни контракции, като същевременно увеличава издръжливостта (- "Уикипедия").

Този процес често се нарича "второ дишане". Когато един спортист има големи запаси от гликоген и прости висцерални мазнини, те ще се превърнат в чиста енергия само при липса на кислород. От своя страна алкохолите, съдържащи се в мастните киселини, ще стимулират допълнителна вазодилатация, което ще доведе до по-добра възприемчивост на клетките към кислород в условията на неговия дефицит.

Характеристики на метаболизма според GI

Важно е да разберете защо въглехидратите се делят на прости и сложни. Всичко е за тях, което определя скоростта на разпадане. Това от своя страна задейства регулацията на въглехидратния метаболизъм. Колкото по-прост е въглехидратът, толкова по-бързо достига до черния дроб и толкова по-вероятно е да се превърне в мазнини.

Приблизителна таблица на гликемичния индекс с общия състав на въглехидратите в продукта:

Характеристики на метаболизма според GN

Въпреки това, дори храни с висок гликемичен индекс не са в състояние да нарушат метаболизма и функциите на въглехидратите по начина, по който го прави. Той определя колко силно ще бъде натоварен черният дроб с глюкоза при употребата на този продукт.Когато се достигне определен праг на GL (около 80-100), всички калории над нормата ще бъдат автоматично превърнати в триглицериди.

Приблизителна таблица на гликемичния товар с общи калории:

Отговор на инсулин и глюкагон

В процеса на консумиране на всеки въглехидрат, независимо дали е захар или сложно нишесте, тялото започва две реакции наведнъж, чиято интензивност ще зависи от обсъдените по-рано фактори и на първо място от освобождаването на инсулин.

Важно е да се разбере, че инсулинът винаги се освобождава в кръвта на импулси. А това означава, че една сладка баница е толкова опасна за организма, колкото 5 сладки банички. Инсулинът регулира гъстотата на кръвта. Това е необходимо, така че всички клетки да получат достатъчно енергия, без да работят в хипер- или хипо-режим. Но най-важното е, че скоростта на неговото движение, натоварването на сърдечния мускул и способността за транспортиране на кислород зависят от плътността на кръвта.

Освобождаването на инсулин е естествен отговор. Инсулинът перфорира всички клетки в тялото, които могат да получат допълнителна енергия, и я заключва в тях.Ако черният дроб се справи с натоварването, гликогенът се поставя в клетките, ако черният дроб не се справи, тогава мастните киселини влизат в същите клетки.

По този начин регулирането на въглехидратния метаболизъм се извършва единствено поради освобождаването на инсулин. Ако не е достатъчно (не хронично, но еднократно), човек може да изпита захарен махмурлук - състояние, при което тялото се нуждае от допълнителна течност, за да увеличи обема на кръвта и да я разреди с всички налични средства.
Последващо разпределение на енергията
Последващото разпределение на въглехидратната енергия се извършва в зависимост от вида на добавката и фитнеса на тялото:
При нетрениран човек с бавен метаболизъм.Гликогенните клетки с намалени нива на глюкагон се връщат в черния дроб, където се преработват в триглицериди.
При спортиста.Гликогенните клетки под въздействието на инсулина се заключват масово в мускулите, осигурявайки енергиен резерв за следващите упражнения.
При неспортуващ човек с бърз метаболизъм.Гликогенът се връща в черния дроб, като се транспортира обратно до нивото на глюкозата, след което насища кръвта до граничното ниво. С това провокира състояние на изтощение, тъй като въпреки достатъчното захранване с енергийни ресурси, клетките не разполагат с необходимото количество кислород.

Резултат
Енергийният метаболизъм е процес, в който участват въглехидрати. Важно е да се разбере, че дори при липса на директни захари, тялото все още ще разгражда тъканите до най-простата глюкоза, което ще доведе до намаляване на мускулната тъкан или телесните мазнини (в зависимост от вида на стресовата ситуация).

Метаболитните процеси на въглехидратите в човешкото тяло играят важна роля. Освен това те изпълняват много функции, основната от които остава енергийната.

Много хора знаят, че въглехидратите са органични съединения, които са основният източник на енергия. Дали обаче само в доставката на енергия се крие основната роля на въглехидратите в човешкото тяло? Безспорно не. В човешкото тяло всички процеси не само имат значение, но почти винаги са взаимосвързани. Така че въглехидратите, които се намират във всички тъкани, могат да съществуват свободно или под формата на асоциации с протеини и мазнини. Следователно, ако метаболизмът на въглехидратите е нарушен, това неизменно ще доведе до неуспехи в други метаболизми. Но за какво друго са въглехидратите, какво е тяхното значение и функция?

Значението и функцията на въглехидратите

Въглехидратите са преобладаваща част от човешката диета. Те поддържат всъщност цялата жизнена поддръжка на тялото, осигуряват повече от 50% от дневната енергийна стойност на храната и затова се доставят 2 пъти повече от други вещества. Трябва да се отбележи, че с увеличаване на натоварването на мускулите се увеличава и количеството консумирани въглехидрати.

Въпреки това, те са необходими не само като попълнители на разходите за енергия. Заедно с протеините и мазнините, те са „строителният материал“ за клетките, поради тяхното присъствие става възможно производството на аминокиселини и нуклеинови киселини, а също така осигуряват необходимото количество гликоген и глюкоза. Така че тяхната стойност е голяма.

Важно е да се знае, че въглехидратите са неразделна част от всички живи организми, което обуславя спецификата на тяхното устройство. Те включват асоциации, които имат различни и понякога значително различни функции. Ако говорим за функциите на самите въглехидрати, тогава те се свеждат до следното:

основният източник на енергия;
контролира метаболизма на протеини и липиди;
осигурява работата на мозъка;
изпълнява функциите за производство на ATP, ДНК и РНК молекули;
заедно с протеини извършват синтеза на определени хормони, ензими, секрети;
неразтворимите въглехидратни фибри спомагат за подобряване на функционирането на храносмилателния тракт;
фибрите също премахват токсичните вещества, а пектинът активира храносмилането.

Въпреки че въглехидратите трудно могат да се нарекат незаменими, техният дефицит води до намаляване на запасите от гликоген в черния дроб и до мастни отлагания в неговите клетки. Такива процеси не само влияят на функционирането на черния дроб, но могат да причинят и неговата мастна дегенерация.

Но това далеч не са всички патологии, които се наблюдават при липса на въглехидрати. Така че те са незаменими елементи на диетата, тъй като не само осигуряват енергийните разходи на тялото, но и участват в клетъчния метаболизъм.

Видове въглехидрати

Използват се различни типологии на въглехидрати и техните структурни компоненти. Значителен брой хора ги разделят на 2 основни подгрупи - прости и сложни. Но според химичния си състав те образуват 3 подгрупи:

монозахариди;
олигозахариди;
полизахариди.

Монозахаридите могат да имат една захарна молекула или могат да имат две (дизахариди). Те включват глюкоза, фруктоза, захароза и други вещества. Като цяло те не се разграждат и влизат в кръвта непроменени, което води до скокове в нивата на захарта. Олигозахаридите са въглехидрати, които се характеризират с трансформация чрез хидролиза в малък брой монозахариди (от 3 до 10).

Полизахаридите са съставени от много монозахариди. Те включват нишестета, декстрини и фибри. Тяхната трансформация в стомашно-чревния тракт отнема много време, което ви позволява да постигнете стабилно ниво на кръвната захар без инсулиновите пикове, които причиняват обикновените монозахариди.

Въпреки че тяхното разграждане става в храносмилателния тракт, трансформацията му започва в устата. Слюнката причинява частичното им превръщане в малтоза и затова е толкова важно храната да се дъвче старателно.

въглехидратния метаболизъм

Разбира се, водещата роля на въглехидратите е осигуряването на енергиен резерв. Глюкозата в кръвта е основният източник на енергия. Скоростта на неговото разцепване, окисление и вероятността за свръхбързо изтегляне от депото гарантират мигновеното използване на резервите в случай на физическо и психическо претоварване.

Въглехидратният метаболизъм е тази комбинация от процеси, която прави възможно превръщането на въглехидратите в човешкото тяло. Преобразуването на въглехидрати започва в устата, където нишестето се разгражда от ензима амилаза. Основният въглехидратен метаболизъм се извършва вече в червата, където може да се наблюдава трансформацията на полизахаридите в монозахариди, които се доставят в тъканите с кръв. Но техният лъвски дял е концентриран в черния дроб (гликоген).

Заедно с кръвта глюкозата се изпраща до онези органи, които най-много се нуждаят от тези постъпления. Независимо от това скоростта на доставяне на глюкоза до клетките е правопропорционална на пропускливостта на клетъчните мембрани.

Така че лесно навлиза в чернодробните клетки, а в мускулите само с допълнителна консумация на енергия. Но пропускливостта на мембраните се увеличава, когато мускулите работят.

Докато е в клетките, глюкозата може да се преобразува както анаеробно (без кислород), така и аеробно (с кислород). В първия случай, тоест по време на гликолизата, глюкозата се разгражда на аденозинтрифосфат и млечна киселина. В пентозния цикъл крайните продукти от неговото разлагане ще бъдат въглероден диоксид, вода и енергиен резерв под формата на АТФ.

Важно е да запомните, че метаболитните процеси на всички основни хранителни вещества са свързани, така че тяхното взаимно преобразуване вероятно е в определени граници. Обмяната на въглехидрати, протеини и липиди в определен момент включва образуването на междинни вещества, които са общи за всички метаболитни процеси (ацетил коензим А). С негова помощ обмяната на всички важни хранителни вещества води до цикъл на трикарбоксилни киселини, което допринася за освобождаването на до 70% от енергията.

Недостиг и излишък на въглехидрати

Както вече споменахме, липсата на въглехидрати води до дегенерация на черния дроб. Но това не е всичко. При липса на въглехидрати не само мазнините се разграждат, мускулите също страдат. Освен това в кръвта започват да се натрупват кетони, чиято висока концентрация може да окисли вътрешната среда на тялото и да причини интоксикация на мозъчните тъкани.

Излишните въглехидрати също са вредни. В началния етап предизвиква повишаване на кръвната захар, което претоварва панкреаса. Редовната злоупотреба с прости въглехидрати го изчерпва, което може да доведе до развитие на двата вида диабет.

Но дори и това да не се случи, каква част от въглехидратите пак няма да бъдат преработени, а ще се превърнат в мазнини. И затлъстяването вече дърпа със себе си други заболявания, например атеросклероза и свързани сърдечно-съдови заболявания. Ето защо е толкова важно да знаете мярката във всичко, защото здравето пряко зависи от това.

Въглехидратен метаболизъм- е набор от процеси на трансформация на въглехидрати в организма. Въглехидратите са енергийни източници за директно използване (глюкоза) или образуват енергийно депо (гликоген), съставни са на редица сложни съединения (нуклеопротеини, гликопротеини), използвани за изграждане на клетъчни структури.

Средната дневна нужда от въглехидрати за възрастен е 400-450 g.

Основните етапи на въглехидратния метаболизъм са:

1) разграждането на хранителните въглехидрати в стомашно-чревния тракт и абсорбцията на монозахаридите в тънките черва;

2) отлагане на глюкоза под формата на гликоген в черния дроб и мускулите или нейното директно използване за енергийни цели;

3) разграждането на гликогена в черния дроб и навлизането на глюкоза в кръвта, тъй като тя намалява в кръвта (мобилизиране на гликоген);

4) синтез на глюкоза от междинни продукти (пирогроздена и млечна киселина) и невъглехидратни прекурсори;

5) превръщане на глюкозата в мастни киселини;

6) окисление на глюкоза с образуване на въглероден диоксид и вода.

Въглехидратите се абсорбират в храносмилателния канал под формата на глюкоза, фруктоза и галактоза. Те пътуват през порталната вена до черния дроб, където фруктозата и галактозата се превръщат в глюкоза, която се съхранява като гликоген (полизахарид). Процесът на синтез на гликоген в черния дроб от глюкоза се нарича гликогенеза (черният дроб съдържа около 150-200 g въглехидрати под формата на гликоген). Част от глюкозата влиза в общото кръвообращение и се разпределя в тялото, като се използва като основен енергиен материал и като компонент на сложни съединения (гликопротеини, нуклеопротеини и др.).

Глюкозата е постоянен компонент (биологична константа) на кръвта. Съдържанието на глюкоза в човешката кръв обикновено е 4,44-6,67 mmol / l (80-120 mg%). С повишаване на съдържанието му в кръвта (хипергликемия) до 8,34-10 mmol / l (150-180 mg%), той се екскретира в урината под формата на следи. При понижаване на кръвната захар (хипогликемия) до 3,89 mmol / l (70 mg%) се появява чувство на глад, до 3,22 mmol / l (40 mg%) - възникват конвулсии, делириум и загуба на съзнание (кома).

Когато глюкозата се окислява в клетките за енергия, тя в крайна сметка се превръща във въглероден диоксид и вода. Процесът, при който гликогенът се разгражда до глюкоза в черния дроб, се нарича гликогенолиза. Процесът на биосинтеза на въглехидрати от техните продукти на разграждане или продукти на разграждане на мазнини и протеини се нарича глюконеогенеза. Процесът на разграждане на въглехидратите при липса на кислород с натрупване на енергия в АТФ и образуване на млечна и пирогроздена киселина се нарича гликолиза.

Когато приемът на глюкоза надхвърли непосредствената нужда от това вещество, черният дроб превръща глюкозата в мазнини, които се съхраняват в мастни депа и могат да се използват като източник на енергия в бъдеще.

Нарушаването на нормалния метаболизъм на въглехидратите се проявява предимно чрез повишаване на съдържанието на глюкоза в кръвта. При захарен диабет се наблюдава постоянна хипергликемия и глюкозурия, свързани с дълбоко нарушение на въглехидратния метаболизъм. В основата на това заболяване е недостатъчността на ендокринната функция на панкреаса. Поради липсата или липсата на инсулин в организма, способността на тъканите да използват глюкозата е нарушена и тя се екскретира с урината. Ще разгледаме тази патология по-подробно, когато изучаваме ендокринната система.

Въглехидратите са органични, водоразтворими вещества. Те се състоят от въглерод, водород и кислород с формула (CH 2 O) n, където „n“ може да варира от 3 до 7. Въглехидратите се намират главно в растителни храни (с изключение на лактозата).

Въз основа на химичната си структура въглехидратите се делят на три групи:

монозахариди
олигозахариди
полизахариди

Видове въглехидрати

Монозахариди

Монозахаридите са "основните единици" на въглехидратите. Броят на въглеродните атоми отличава тези основни единици една от друга. Наставката "ose" се използва за идентифициране на тези молекули в категорията захари:

триоза - монозахарид с 3 въглеродни атома
тетроза - монозахарид с 4 въглеродни атома
пентоза - монозахарид с 5 въглеродни атома
хексоза - монозахарид с 6 въглеродни атома
хептоза - монозахарид със 7 въглеродни атома

Хексозната група включва глюкоза, галактоза и фруктоза.

Глюкозата, известна още като кръвна захар, е захарта, в която се превръщат всички други въглехидрати в тялото. Глюкозата може да се получи чрез храносмилане или да се образува в резултат на глюконеогенеза.
Галактозата не се среща в свободна форма, а по-често в комбинация с глюкоза в млечната захар (лактоза).
Фруктозата, известна още като плодова захар, е най-сладката от простите захари. Както подсказва името, голямо количество фруктоза се съдържа в плодовете. Докато известно количество фруктоза навлиза директно в кръвта от храносмилателния тракт, то рано или късно се превръща в глюкоза в черния дроб.

Олигозахариди

Олигозахаридите са съставени от 2-10 монозахариди, свързани помежду си. Дизахаридите или двойните захари се образуват от два монозахарида, свързани заедно.

Лактозата (глюкоза + галактоза) е единственият вид захар, който не се съдържа в растенията, но се съдържа в млякото.
Малтоза (глюкоза + глюкоза) – намира се в бирата, зърнените култури и покълващите семена.
Захароза (глюкоза + фруктоза) - известна като трапезна захар, това е най-често срещаният дизахарид, който навлиза в тялото с храната. Намира се в захарно цвекло, тръстикова захар, мед и кленов сироп.

Монозахаридите и дизахаридите образуват група прости захари.

полизахариди

Полизахаридите се образуват от 3 до 1000 монозахариди, свързани помежду си.

Видове полизахариди:

Нишестето е растителна форма за съхранение на въглехидрати. Нишестето съществува в две форми: амилоза или аминопектин. Амилозата е дълга, неразклонена верига от спирално усукани глюкозни молекули, докато амилопектинът е силно разклонена група от свързани монозахариди.
Диетичните фибри са нескорбялен структурен полизахарид, намиращ се в растенията и обикновено е трудно смилаем. Примери за диетични фибри са целулозата и пектинът.
Гликоген - 100–30 000 молекули глюкоза, свързани помежду си. форма на съхранение на глюкоза.

Храносмилане и асимилация

Повечето въглехидрати, които консумираме, са под формата на нишесте. Смилането на нишестето започва в устата под действието на слюнчената амилаза. Този процес на смилане от амилазата продължава в горната част на стомаха, след което действието на амилазата се блокира от стомашната киселина.

След това процесът на храносмилане завършва в тънките черва с помощта на панкреатична амилаза. В резултат на разграждането на нишестето от амилазата се образува дизахаридът малтоза и къси разклонени вериги на глюкозата.

Тези молекули, сега под формата на малтоза и глюкоза с къса разклонена верига, след това ще бъдат разградени на отделни глюкозни молекули от ензими в клетките на епитела на тънките черва. Същите процеси протичат по време на смилането на лактоза или захароза. В лактозата връзката между глюкозата и галактозата се прекъсва, което води до образуването на два отделни монозахарида.

В захарозата връзката между глюкоза и фруктоза се прекъсва, което води до образуването на два отделни монозахарида. След това отделни монозахариди навлизат в кръвта през чревния епител. При поглъщане на монозахариди (като декстроза, която е глюкоза), не се изисква храносмилане и те се абсорбират бързо.

Веднъж попаднали в кръвта, тези въглехидрати, вече под формата на монозахариди, се използват по предназначение. Тъй като фруктозата и галактозата в крайна сметка се превръщат в глюкоза, по-нататък ще наричам всички усвоени въглехидрати „глюкоза“.

Усвоена глюкоза

Усвоената, глюкозата е основният източник на енергия (по време на или непосредствено след хранене). Тази глюкоза се катаболизира от клетките, за да осигури енергия за образуването на АТФ. Глюкозата може също да се съхранява под формата на гликоген в мускулите и чернодробните клетки. Но преди това е необходимо глюкозата да влезе в клетките. Освен това глюкозата навлиза в клетката по различни начини в зависимост от типа клетка.

За да се усвои, глюкозата трябва да влезе в клетката. Транспортерите (Glut-1, 2, 3, 4 и 5) й помагат в това. В клетките, където глюкозата е основният източник на енергия, като мозъка, бъбреците, черния дроб и червените кръвни клетки, усвояването на глюкоза става свободно. Това означава, че глюкозата може да влезе в тези клетки по всяко време. В мастните клетки, сърцето и скелетните мускули, от друга страна, усвояването на глюкозата се регулира от Glut-4 транспортера. Тяхната дейност се контролира от хормона инсулин. В отговор на повишените нива на кръвната захар, инсулинът се освобождава от бета клетките на панкреаса.

Инсулинът се свързва с рецептор на клетъчната мембрана, което чрез различни механизми води до преместване на Glut-4 рецепторите от вътреклетъчното хранилище към клетъчната мембрана, което позволява на глюкозата да навлезе в клетката. Контракцията на скелетните мускули също подобрява транслокацията на Glut-4 транспортера.

Когато мускулите се свиват, се освобождава калций. Това повишаване на концентрацията на калций стимулира транслокацията на GLUT-4 рецепторите, улеснявайки усвояването на глюкоза в отсъствието на инсулин.

Въпреки че ефектите на инсулина и упражненията върху транслокацията на Glut-4 са адитивни, те са независими. Веднъж попаднала в клетката, глюкозата може да се използва за задоволяване на енергийните нужди или да се синтезира в гликоген и да се съхранява за по-късна употреба. Глюкозата може също да се преобразува в мазнини и да се съхранява в мастните клетки.

Веднъж попаднала в черния дроб, глюкозата може да се използва за задоволяване на енергийните нужди на черния дроб, да се съхранява като гликоген или да се преобразува в триглицериди за съхранение като мазнина. Глюкозата е прекурсор на глицерол фосфат и мастни киселини. Черният дроб превръща излишната глюкоза в глицерол фосфат и мастни киселини, които след това се комбинират, за да синтезират триглицериди.

Някои от тези образувани триглицериди се съхраняват в черния дроб, но повечето от тях, заедно с протеините, се превръщат в липопротеини и се секретират в кръвта.

Липопротеините, които съдържат много повече мазнини, отколкото протеини, се наричат липопротеини с много ниска плътност (VLDL). След това тези VLDL се транспортират през кръвта до мастната тъкан, където ще се съхраняват като триглицериди (мазнини).

Натрупана глюкоза

Глюкозата се съхранява в тялото като полизахарид гликоген. Гликогенът се състои от стотици глюкозни молекули, свързани помежду си, и се съхранява в мускулните клетки (около 300 грама) и черния дроб (около 100 грама).

Натрупването на глюкоза под формата на гликоген се нарича гликогенеза. По време на гликогенезата молекулите на глюкозата се добавят алтернативно към съществуваща молекула на гликоген.

Количеството гликоген, складиран в тялото, се определя от приема на въглехидрати; човек на диета с ниско съдържание на въглехидрати ще има по-малко гликоген от човек на диета с високо съдържание на въглехидрати.

За да се използва съхраняваният гликоген, той трябва да бъде разграден на отделни молекули глюкоза в процес, наречен гликогенолиза (лизис = разграждане).

Значение на глюкозата

Нервната система и мозъкът се нуждаят от глюкоза, за да функционират правилно, тъй като мозъкът я използва като основен източник на гориво. Когато няма достатъчно количество глюкоза като източник на енергия, мозъкът може да използва и кетони (странични продукти от непълното разграждане на мазнините), но това е по-вероятно да се счита за резервен вариант.

Скелетните мускули и всички други клетки използват глюкоза за своите енергийни нужди. Когато необходимото количество глюкоза не се доставя в тялото с храната, се използва гликоген. След като запасите от гликоген са изчерпани, тялото е принудено да намери начин да получи повече глюкоза, което се постига чрез глюконеогенеза.

Глюконеогенезата е образуването на нова глюкоза от аминокиселини, глицерол, лактати или пируват (всички източници, различни от глюкоза). Мускулният протеин може да се катаболизира, за да осигури аминокиселини за глюконеогенезата. Когато е осигурена с необходимото количество въглехидрати, глюкозата служи като „спестяващ протеин“ и може да предотврати разграждането на мускулния протеин. Ето защо е толкова важно за спортистите да консумират достатъчно въглехидрати.

Въпреки че няма специфичен прием на въглехидрати, се смята, че 40-50% от консумираните калории трябва да идват от въглехидрати. За спортистите този приблизителен процент е 60%.

Какво е АТФ?

Аденозин трифосфат, АТФ молекулата съдържа високоенергийни фосфатни връзки и се използва за съхраняване и освобождаване на енергията, необходима на тялото.

Както при много други въпроси, хората продължават да спорят за количеството въглехидрати, от които тялото се нуждае. За всеки индивид трябва да се определи въз основа на различни фактори, включително: тип тренировка, интензивност, продължителност и честота, общо консумирани калории, цели на тренировка и желания резултат въз основа на конституцията на тялото.

Кратки изводи

Въглехидрати = (CH2O)n, където n варира от 3 до 7.
Монозахаридите са "основните единици" на въглехидратите
Олигозахаридите са изградени от 2-10 свързани монозахариди
Дизахаридите или двойните захари се образуват от два монозахарида, свързани заедно; дизахаридите включват захароза, лакроза и галактоза.
Полизахаридите се образуват от 3 до 1000 монозахариди, свързани помежду си; те включват нишесте, диетични фибри и гликоген.
В резултат на разграждането на нишестето се образуват малтоза и къси разклонени вериги глюкоза.
За да се усвои, глюкозата трябва да влезе в клетката. Това се извършва от преносители на глюкоза.
Хормонът инсулин регулира работата на Glut-4 транспортерите.
Глюкозата може да се използва за образуване на АТФ, съхраняван като гликоген или мазнини.
Препоръчителният прием на въглехидрати е 40-60% от общите калории.