Все про углеводы: виды, значение, источники и функции углеводов в организме человека

Что такое углеводы и для чего они нужны

Углеводыэто органические вещества, незаменимый химический элемент, который необходим для построения целого ряда важных комплексов в организме. Они являются ключевым компонентом большинства продуктов питания и служат основным источником энергии для людей.

Уже в самом термине «углевод» мы слышим слово вода. На самом деле воды, как таковой, в этих органических химических соединениях нет. В 1844 году русский ученый-химик из Прибалтики впервые дал такое определение соединению углерода (С) с гидроксильной группой (Н2О). Это слово прочно укоренилось в мировой науке. Есть еще одно название углеводов — это сахара.

Это интересно!

Углеводы составляют основную долю всей сухой массы живых существ, растений, бактерий и неорганических соединений на Земле. Клетки животных, растений и человека состоят в разном количественном соотношении из углеводов. К примеру, если для растений эта цифра достигает 80% от сухой массы растения, то у животного это соотношение приблизительно 5%.

Класс углеводы настолько обширен и многообразен, что трудно представить какой-либо организм на нашей планете без этих веществ.

Углеводы, как конструктор, состоят из элементарных частиц, которые в химии называют их сахаридами. Вся классификация углеводов делится в зависимости от их свойств, а точнее от возможности растворяться в воде – этот процесс называется гидролиз. В ходе этого процесса сахара распадаются на мономеры. Мономеры — это наименьшие частицы углеводов.

Таким образом, различают:

1. Моносахариды — содержат одну единственную единицу сахара, которая быстро растворяясь в воде, попадает в кровоток. Уровень глюкозы в крови резко возрастает. Моносахариды имеют высокий гликемический индекс.
2. Олигосахариды — это чуть более сложные углеводы, они содержат от двух и выше составляющих моносахаров. Самый популярный и востребованный в промышленности — это раффиноза, которая содержит фруктозу глюкозу и галактозу. Высокое содержание этих веществ находится в обычной свекле.
3. Полисахариды – являются сложными углеводами, которые содержат десятки, а то и сотни мономеров. Растворяются в воде более длительное время и распадаются на составляющие довольно долго.

Понятие

Углеводы – органические вещества, состоящие из углерода, кислорода, водорода. В организме в виде гликогена скапливается около 2-3% этих компонентов. Кровь содержит глюкозу в количестве 5 г. Чем тренированней человек, тем больше гликогена он может накапливать.

Тело человека способно синтезировать углеводы, но в совсем небольшом количестве, поэтому основная их часть поступает с едой. Эти компоненты есть в растительных продуктах. К примеру, в злаках их около 80%. А сахар содержит 99,98% таких веществ. Энергией обеспечивают организм именно углеводы. Для чего нужны они еще? Они являются важными и необходимыми для работы многих органов.

Функции углеводов в организме

1. Основная роль углеводов в организме многих живых существ, в том числе и человека касается восполнения энергетических запасов. Отсутствие их в рационе ведет к угнетению всех органов и систем организма. Важно понимать, что не только углероды несут энергетическую функцию — это совместная работа белков жиров и углеводов. При переизбытке глюкозы она откладывается в гликоген, а затем путем сложных биохимических преобразований в жировую ткань.
2. Углеводы очень нужны центральной нервной системе. Клетки головного мозга функционируют только благодаря большому количеству глюкозы. Если в организм поступает нужное количество углеводов, нервная система работает исправно, но, как только уровень глюкозы падает, человек становиться рассеянным, его преследует слабость и головокружение. Такое состояние привычно для людей с синдромом низкого уровня сахара в крови или женщин, сидящих на без углеводной диете.
3. Мышечная ткань очень нуждается в чистой энергии во время работы. При сокращении и расслаблении миоциты гладкой мышечной ткани используют энергию углеводов. Рост и увеличение мышечной массы обеспечиваются белком, но при непосредственном присутствии углеводов. Если нет нужного количества сахара в крови, то разрушаются мышцы и происходит полное расстройство обмена веществ.
4. Сложные углеводы, в состав которых входит целлюлоза, регулируют работу пищеварительной системы. Клетчатка сама по себе не несет никакой питательной пользы, но она создает давление на стенки кишечника и это стимулирует его работу. К тому же грубые волокна выполняют важную роль сорбента для организма. Это выводит токсины, другие вредные вещества и собственные продукты обмена. Рост полезных бактерий в кишечнике обеспечивает так же клетчатка, потому как она является их пищей.
5. Жиры, белки и углеводы тесно взаимосвязаны между собой. Например, для окисления продуктов распада жиров — ацетата, крайне необходима щавелевоуксусная кислота, которая в свою очередь является продуктом распада углеводов. Если углеводов в рационе нет или они не поступают в клетки организма, то тело переполняют продукты переработки жиров кетоновые тела. Это очень плохо сказывается на состоянии человека. Если говорить о болезнях обмена веществ, то кетоацидоз – это опасное и угрожающее жизни состояние.

Нормы

Диетологи считают, что эти компоненты должны быть равны 45-55% от всех калорий в день. Сколько грамм углеводов нужно в день? Требуется не меньше 130 грамм. Эту норму нужно соблюдать, чтобы не допустить появления заболеваний.

Сколько грамм углеводов нужно при малоподвижном образе жизни? Врачи рекомендуют по 4 г на 1 кг массы тела. Такие нормы нужно выполнять мужчинам и женщинам. Более активным людям требуется 5-6 г на 1 кг массы, а подвижным – 6-7 г. К последней группе относят людей, которые хотя бы 3 раза в неделю занимаются спортом.

Спортсменам надо съедать 8-10 г углеводов на 1 кг веса. Поскольку у таких людей интенсивные силовые тренировки, то объем органических компонентов быстро сгорает. Если следовать этим простым правилам, то можно надолго уберечь себя от ряда заболеваний.

Путь углеводов в организме

Чтобы процесс обмена веществ, а именно обмен углеводов, был более понятным, нужно знать какой путь проходят эти питательные вещества в человеческом организме и какие превращения претерпевают.

Углеводы в виде еды попадают в рот. Если это были моносахариды, то они остаются без изменений. А вот если это были полисахариды и сложные углеводы, то в ротовой полости они начинают превращаться в более простые формы: олигосахариды и моносахариды. В слюне содержится птиалин с щелочной средой именно он и начинает переваривание углеводов. В желудке с углеводами практически не происходит изменений.

Окончательное переваривание и распад до элементарных сахаров происходит в тонком кишечнике. В двенадцатиперстной кишке на пищевой комок действуют ферменты поджелудочной железы. В дистальном конце тонкой кишки глюкоза всасывается в кровь. Дальнейший ее путь лежит к клеткам через главный барьер нашего организма печень.

В печени происходит окончательное очищение крови от вредных и токсических веществ и там же происходит стабилизация уровня глюкозы в крови. Если уровень ее превышает 3.3-5.5 ммоль/л крови, то печень излишки превращает в гликоген.

В случае недостатка глюкоза восполняется из запасов гликогена в печени. Таким образом, глюкоза отправляется ко всем без исключения клеточкам тела. Там из нее путем сложных превращений добывается энергия с образованием.

Сложные углеводы

Если моносахариды в чистом виде редко встречаются в природе, то полисахариды составляют основную массу пищи человека и животных. Они могут состоять из десятков сотен мономеров.

Химики различают эти вещества по общему принципу строения. Среди них различают:

1. Гомополисахариды — это вещества, содержащие однотипные моносахариды.
2. Гетеросахариды — состоят из разных и по строению, и по функции сахаров. В группу гомополисахоридов входят известные мономеры.

К органическим гомополисахаридам растительного происхождения относятся:

• крахмал;
• целлюлоза;
• пектиновые вещества.

К органическим соединениям животного происхождения:

• гликоген;
• хитин.

Гормоны, которые регулируют обмен углеводов в организме

Для организма главной задачей является сохранение работоспособности головного мозга, как центрального органа – регулировщика всех процессов. Поэтому именно головной мозг больше всех поглощает глюкозу.

Конечным продуктом распада глюкозы или говоря словами биохимиков гликолиза, является молекула АТФ. Это энергия в чистом виде, которая заставляет мышцы сокращаться, сердце перекачивать кровь, а нейроны выполнять свою важную функцию в головном мозге, чтобы человек мог говорить, слышать и думать. Все очень циклично и непрерывно. Когда выработка энергии невозможна или регулирование этого процесса нарушена, происходит смерть.

Это важно знать!

В процессе эволюции в клетках, вырабатывающих АТФ, наладились запасные или резервные пути получения глюкозы. Иными словами, если человек перестает есть углеводы, то глюкоза добывается из белков и жиров.

Наш удивительно умный организм не доверяет такой важный процесс, как регуляция уровня сахара в крови, человеческому рассудку. Но для того, чтобы определить пора ли кушать или нет, во внутренних органах, а именно в желудочно-кишечном тракте и печени, расположены специальные клетки — рецепторы. Они, как микроскопические лаборатории, определяют уровень падения глюкозы в крови.

Чтобы уровень глюкозы не повышался сверх нормы, при чрезмерном поступлении в организм углеводов, ее потребляют печень, мышцы и в последнюю очередь жировая ткань. Около 20% расщепленных в кишечнике углеводов поступает в печень и переходит в гликоген. Часть уходит в жировую ткань, а часть расщепляется до молекул энергии.

Примерно 40% глюкозы из кишечника поступает просто в кровоток и благодаря особой проницаемости поглощается скелетными мышцами и жировой тканью. Весь этот сложный процесс регулируют инсулин и глюкагон.

Инсулин

Этот гормон известен широкому кругу людей. Его недостаток ведет к такому серьезному заболеванию, как сахарный диабет.

Инсулин вырабатывается в поджелудочной железе, но из нее выходит неактивным. Активирует его продукты распада белка. Инсулин действует только через специфические рецепторы, находящиеся в клетках. Есть вид сахарного диабета, при котором инсулина вырабатывается много, а рецепторов нет, при этом возникает схожая симптоматика.

Действие инсулина на углеводный обмен:

• уменьшает уровень глюкозы в крови до 3.3-5.5ммоль;
• способствует отложению жиров в теле, путем перехода лишней глюкозы в жир;
• стимулирует образование жировых отложений в печени и жировой клетчатке;
• влияет на образование холестерина;
• положительно влияет на синтез новых белков;

Глюкагон

Так же вырабатывается в поджелудочной железе. Глюкагон состоит из аминокислот и влияет на следующие процессы в организме:

• повышает уровень глюкозы в крови при ее понижении;
• влияет на активный распад гликогена;
• влияет на образование глюкозы из белка и липидов;
• активно стимулирует распад жировой ткани;

Адреналин

Синтезируется в надпочечнике, а именно в мозговом его слое, когда произойдет выброс гормона и в каком количестве регулирует головной мозг — это гормон стресса.

Когда возникает опасная ситуация, которая, по мнению головного мозга, угрожает жизни, происходит команда надпочечникам и адреналин поступает в кровь:

• активируется скопление гликогена в мышцах с последующим его переходом в глюкозу;
• глюкоза нужна скелетным мышцам для усиленной работы, борьбы или бега;
• снижает количество инсулина.

Кортизол

Это так же гормон надпочечников, но корковой части. Кортизол выполняет важные функции:

• повышает уровень глюкозы в крови;
• влияет на перераспределение жировой ткани в организме, а именно ведет к снижению жировых накоплений в руках и ногах и стимулирует появление жира на спине, животе;
• вызывает гибель лимфоцитов;
• снижает уровень воспаления.

Гормоны щитовидной железы

Щитовидная железа является, пожалуй, самым важным органом, который активно влияет на обмен веществ в организме. Ее еще называют серым кардиналом, потому что многие процессы в теле не проходят без влияния тиреотропных гормонов.

Синтез гормонов на прямую зависит от поступления йода из внешней среды и это необходимо для таких важных функций в организме:

• повышается основной обмен — увеличивается количество энергии необходимое на пищеварение и выработку пищеварительных ферментов;
• ускоряется энергетический обмен в клетках.

Соматотропный гормон

Это особый гормон, который вырабатывается в гипофизе. В период роста и развития ребенка, именно этот гормон влияет на все. На рост, вес ребенка, на развитие мускулатуры и на рост скелета.

Во взрослом организме наличие соматотропного гормона опасно, когда он вырабатывается это свидетельствует о наличии опухоли мозга и проявляется акромегалией.

Соматотропный гормон выполняет такие функции в организме:

• уменьшает потребление глюкозы в мышцах;
• увеличивает выработку глюкозы в печени;
• увеличивает продукцию инсулина;
• гормон делает клетки скелетных мышц и жировой ткани нечувствительными к инсулину и это ведет к накоплению глюкозы в крови.

Другие особенности

Человек должен питаться продуктами с содержанием этих органических компонентов, чтобы не допустить ухудшения состояния организма. Углеводы нужны для работы иммунной системы, уменьшения риска простуд. Они поддерживают организм, защищают от свертываемости крови.

Вместе с белками они влияют на образование гормонов, ферментов, различных соединений. Эти органические компоненты входят в синтез РНК, ДНК, АТФ. От них зависит 70% энергетической активности мозга.

Что такое гликемический индекс

Гликемический индексэто весьма условная система подсчета, относящаяся только к углеводам. Благодаря ему можно определить в каких продуктах содержатся углеводы способные изменить уровень глюкозы в крови.

Иными словами, есть продукты, которые содержат большое количество с простых или сложных углеводов с короткой цепочкой мономеров. К примеру, картофель, его индекс 95, это значит, что при поступлении в организм 100 грамм картофеля крахмал быстро расщепляется и в кровь поступает много глюкозы.

Но гликемический индекс не определяет скорость повышения сахара в крови. Этот показатель рассчитывается относительно глюкозы, вводимой напрямую в организм.

Это интересно!

Впервые определять гликемический индекс, предложил канадский ученый Дэвид Дж. А. Дженкинсон. За золотой эталон он взял изменение уровня сахара в крови после введения глюкозы внутривенно или через рот и принял этот показатель за 100. Все остальные продукты с углеводами, рассчитываются относительно ста.

К примеру, если съесть 100 грамм меда с гликемическим индексом 90, получится что уровень сахара в крови поднимется до такого уровня, если бы человек съел 90 грамм чистой глюкозы.

К счастью для нас все продукты переведены в систему гликемического индекса, и производить расчет самостоятельно нет нужды. Эта классификация углеводсодержащих продуктов была разработана специально для больных сахарным диабетом, чтобы грамотно корректировать питание. Но для людей, которые следят за своим весом и ведут здоровый образ жизни, этот показатель так же важен.

Принято считать, что есть два вида распределения продуктов питания по гликемическому индексу.

Первый подходит для продуктов и разделяется:

• низкий — гликемический индекс 55 и ниже;
• средний от 56 до 70;
• высокий — 71 и выше.

Второй разработан для рационов питания соответственно:

• высокий — 61 и вше;
• средний — 45-60;
• низкий — 45 и ниже.

Почему важно соблюдать и знать уровни гликемического индекса. Потому что многочисленными исследованиями ученых диетологов и эндокринологов доказано, что люди, чей рацион находится в пределах 40-55, реже страдают сахарным диабетом и болезнями сердца.

Применение знаний о гликемическом индексе

Из всего выше сказанного ясно, чем выше гликемический индекс у продукта, тем более высокий уровень сахара будет в крови у человека после его употребления.

Соответственно, чем выше гликемия, тем больше выделяется инсулина из поджелудочной железы. Инсулин препятствует расщеплению жиров из запасов и способствует накоплению невостребованной глюкозы в жировые отложения.

Это важно

Таким образом, чтобы держать свой вес в пределах допустимых цифр, нужно знать, какие продукты есть. Кроме того, избыточный вес и повышенное отложение жировой ткани негативно влияет на состояние всего организма.

Поэтому существует ряд причин, по которым стоит придерживаться рациона с низким гликемическим индексом:

1. Профилактика заболеваний зрительного анализатора.
2. Предотвращение заболеваний сердца и сосудов.
3. Поддержание в равновесии уровня энергетических запасов организма.
4. Профилактика рака молочной железы.
5. Поддержание нормального веса.
6. Профилактика позднего гистоза беременных и развития диабета беременных.
7. Для улучшения показателей при спортивных тренировках.

Это далеко не весь список полезных рекомендаций диетологов и терапевтов для соблюдения разумного применения углеводов.

С приходом моды на здоровое питание и образ жизни, интернет заполонили множество таблиц с указанием гликемического индекса того или иного продукта. Простому обывателю тяжело сориентироваться в довольно противоречивых сведениях.

Допустим в одном источнике индекс макаронных изделий будет равен 40 и отнесен к низкому уровню, а в другом источнике, тем же макаронам присвоят гликемический индекс равный 70. Это происходит в результате неправильной трактовки таблиц, а также из-за разных видов одного и того же продукта.

Важно знать!

Пожалуй, самый точный и авторитетный источник публикаций таблиц с уровнем гликемического индекса следует считать Сиднейский университет. Это учреждение проводит независимое исследование и публикацию баз данных.

Так, например, в России и странах СНГ есть традиционные и довольно любимые продукты с гликемическим индексом выше, чем у самой глюкозы.

• белый хлеб;
• кукурузные хлопья;
• варенный белый рис;
• сахароза (мед, пряники, сахар-рафинад, финики, изюм);
• мальтоза (мед, квас, мюсли, пиво, мармелад и другие).

Чтобы быть уверенным на сто процентов в результате, можно провести исследование интересующих продуктов самостоятельно. Для этого потребуется здоровый испытуемый, некое количество чистой глюкозы и интересующие продукты. Измерения уровня глюкозы можно проводить самостоятельно с помощью глюкометра и в лаборатории.

Продукты с высоким ГИ

Продукты с низким ГИ

Гипогликемия и гипергликемия, что это такое?

Если у человека нет нарушений в работе поджелудочной железы, которая вызывает нарушение синтеза гормонов, то симптоматика гипергликемии не проявляется.

Иное дело, если это состояние хроническое и обусловлено тем, что инсулин не успевает перевести лишнюю глюкозу в гликоген. Тогда появляется три основных симптома, которые должны насторожить человека:

1. Полиурия — повышенное количество мочи и мочеиспусканий.
2. Полифагия – человек часто и много ест, потому что клетка не может получить глюкозу.
3. Полидипсия – человек часто и много пьет из-за сухости во рту и жажды, обусловленной изменением осмотического состава крови.

Это прямые показания для визита к терапевту или эндокринологу.

Другое дело гипогликемия, это состояние, при котором в периферической крови недостаток глюкозы. Клетки не получают нужного количества энергетического материала и поэтому страдает весь организм. Среди прочих причин различают:

1. Дефицит жидкости.
2. Злоупотребление рафинированными углеводами.
3. Использование инсулина или другого сахароснижающего препарата сверх необходимой дозы.
4. Неправильное количество приемов пищи при лечении сахарного диабета.
5. Тяжелая физическая нагрузка.
6. Систематическое употребление алкоголя.
7. Голод.
8. Злокачественные и доброкачественные новообразования поджелудочной железы.

Синдром гипогликемии проявляется по-разному, в зависимости от степени выраженности. Среди симптомов отмечается:

• тремор рук и шаткость походки;
• чувство голода, жажды;
• тошнота и общая слабость;
• повышенная возбудимость или напротив заторможенность;
• усиление потоотделения, аритмия;
• в тяжелых случаях кома и глубокие неврологические нарушения.

Рекомендации

Быть бодрым и здоровым помогает правильный рацион. Питание должно быть разнообразным. Необходимы не только углеводы, но и белки, жиры. Если хочется сладостей, то лучше выбрать полезные продукты, например, мед, сухофрукты, свежие фрукты. Это будет лучше кондитерских изделий.

Чтобы исключить ненужные перекусы, в меню следует включать сложные углеводы. Диетологи рекомендуют в день употреблять 20% простых и 80% сложных компонентов. На голодный желудок не следует есть простые углеводы, например, бананы и виноград. Из-за таких перекусов быстро появляется чувство голода, поэтому человек будет употреблять больше калорий.