Нормальное функционирование организма человека определяется тремя основными факторами, к которым относятся потребление пищи, воды и наличие кислорода.

Совокупность процессов, связанных с потреблением и усвоением в организме входящих в состав пищи веществ, называется питанием.

Питание включает последовательные процессы поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ, необходимых для покрытия его энергозатрат, построения и возобновления клеток и тканей тела и регуляции функций организма.

Вопросы, связанные с влиянием пищевых веществ на организм человека, оптимальными условиями их переваривания и усвоения, потребностями организма в пищевых веществах, изучает физиология питания.

1. Физиологические аспекты химии пищевых веществ

Продукты, употребляемые человеком в пищу в натуральном или переработанном виде (пищевые продукты), представляют собой сложные системы с единой внутренней структурой и общими физико-химическими свойствами. Они характеризуются исключительным разнообразием химической природы и состава образующих их компонентов.

В общем случае химический состав пищевого продукта формируют три основные группы компонентов:

• а) компоненты (ингредиенты) продовольственного сырья;
• б) пищевые добавки;
• в) биологически активные добавки.

Продовольственное сырье — объекты растительного, животного, микробиологического, а также минерального происхождения, используемые для изготовления пищевых продуктов.

Пищевые добавки — природные или синтезированные вещества, соединения, специально вводимые в пищевые продукты в процессе изготовления последних в целях придания им определенных (заданных) свойств и (или) сохранения их качества.

Биологически активные добавки — природные (идентичные природным) биологически активные вещества, предназначенные, в частности, для введения в состав пищевых продуктов.

Название пищевых получили химические вещества пищи, которые ассимилируются в процессе обмена веществ в организме.

В аспекте биохимии питания все вещества, которые могут быть обнаружены в составе пищевого продукта, в обобщенном виде подразделяют на три основных класса: два класса собственно пищевых (алиментарных: от англ. alimentary — пищевой, питательный) веществ — макро- и микронутриенты и класс непищевых (неалиментарных) веществ.

Представители каждого из классов отличаются химическим составом, особенностями физиологического действия и уровнем содержания в пищевых продуктах. Модифицированный классификатор основных веществ пищи, предложенный А. А. Покровским, представлен на рис. 1.

Рис. 1. Модифицированный классификатор основных веществ пищи (Покровский, 1978)

Макронутриенты (от лат. nutritio — питание) — класс главных пищевых веществ, представляющих собой источники энергии и пластических (структурных) материалов; присутствуют в пище в относительно больших количествах (от 1 г). Представителями этого класса являются углеводы, липиды и белки.

Микронутриенты — класс пищевых веществ, оказывающих выраженные биологические эффекты на различные функции организма; содержатся в пище, как правило, в небольших количествах (милли- и микрограммы). Класс микронутриентов объединяет витамины, их предшественники и витаминоподобные вещества, а также минеральные вещества.

Помимо этих биологически активных компонентов пищи, к классу микронутриентов (по А. А. Покровскому) относят некоторые пищевые вещества, выделенные из отдельных групп макронутриентов. В их число входят представители группы липидов (полиненасыщенные жирные кислоты и фосфолипиды), представители белков (некоторые аминокислоты), представители углеводов (отдельные олигосахариды).

В третий класс выделены вещества, обычно содержащиеся в пищевых продуктах, но не используемые организмом в процессе жизнедеятельности. К таким веществам, объединяемым термином «непищевые», принадлежат различные пищевые добавки (красители, консерванты, антиоксиданты и др.), ароматизаторы, ядовитые вещества и т. п.

Сейчас роль многих неалиментарных веществ пересматривается. Причиной тому послужили открытия у отдельных непищевых веществ новых свойств, связанных с физиологией питания. К ним относятся представлявшие группу балластных веществ пищевые волокна, предшественники синтеза биологически активных веществ, ферменты и эубиотики (пробиотики). Последние представляют собой в соответствии с новой редакцией этого термина пищевые добавки микробного происхождения, оказывающие позитивное действие на организм человека через регуляцию кишечной микрофлоры (см. п. 6). В соответствии с современной классификацией БАД пробиотики выделены в самостоятельный класс (см. п. 7).

Все естественные биологически активные ингредиенты пищи II и III классов, оказывающие выраженное влияние на многие функции организма, объединяются термином «нутрицевтики» (см. п. 7).

Из класса микронутриентов в особую группу, объединяемую названием «парафармацевтики», выделяют вещества пищи, оказывающие выраженное фармакологическое действие (см. рис. 13). В группу парафармацевтиков входят биофлавоноиды, гликозиды, алкалоиды, эфирные масла, органические кислоты и многие другие (см. рис. 1).

Каждой группе пищевых веществ в процессах питания принадлежит особая роль.

2. Питание и пищеварение

Пищеварение является начальным этапом ассимиляции пищевых веществ, который состоит в превращении исходных пищевых структур сложного химического состава в компоненты, лишенные видовой специфичности, легко усваиваемые организмом.

Другими словами, пищеварение представляет собой совокупность процессов, связанных с расщеплением пищевых веществ на простые растворимые соединения, способные легко всасываться и усваиваться организмом.

Сегодня доказано, что ассимиляция пищевых веществ осуществляется по трехзвенной схеме, основанной на разных типах пищеварения:

полостное → мембранное (пристеночное) → внутриклеточное (всасывание)

Полостным является пищеварение, происходящее в пищеварительных полостях — ротовой, желудочной, кишечной, удаленных от секреторных клеток (слюнные железы, желудочные железы), которые синтезируют пищеварительные ферменты. Этот вид пищеварения обеспечивает интенсивное начальное переваривание.

Мембранное (пристеночное) пищеварение осуществляется с помощью ферментов, локализованных на специальных структурах свободных поверхностей клеток (микроворсинках) в тонком кишечнике. Мембранное пищеварение осуществляет промежуточные и заключительные стадии гидролиза пищевых веществ, а также сопряжение конечных этапов переваривания и начальных этапов всасывания.

Всасывание — физиологический процесс переноса веществ из полости пищеварительного тракта в кровь и лимфу. Всасывание происходит во всех отделах пищеварительного тракта, но в каждом имеет свои особенности (см. с. 612–613).

Процессы пищеварения, объединяющие механические, физико-химические и химические изменения пищевых веществ, осуществляются у человека специальными, связанными между собой органами, совокупность которых образует пищеварительную систему (аппарат).

Пищеварительный аппарат человека (рис. 2) включает пищеварительный канал (желудочно-кишечный тракт) длиной 8–12 м, в который входят в последовательной взаимосвязи ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, тонкий кишечник, верхний отдел которого называется двенадцатиперстной кишкой, толстый кишечник, прямая кишка, а также основные пищеварительные железы: слюнные, поджелудочная, печень, кишечные.

Рис. 2. Схема пищеварительного аппарата: 1 — глотка; 2 — пищевод; 3 — желудок; 4 — тонкая кишка; 5 — нисходящая часть толстой кишки; 6 — прямая кишка; 7 — подвздошная кишка; 8 — аппендикс; 9 — слепая кишка; 10 — восходящая часть толстой кишки; 11 — ободочная кишка; 12 — двенадцатиперстная кишка; 13 — поджелудочная железа; 14 — желчный проток; 15 — желчный пузырь; 16 — печень; 17 — ротовая полость; 18 — слюнные железы

Желудочно-кишечный тракт выполняет три основные функции:

• пищеварительную;
• экскреторную;
• регуляторную.

Пищеварительная функция желудочно-кишечного тракта объединяет четыре процесса: процесс моторики, процесс секреции, процесс гидролиза, процесс всасывания.

Различные процессы последовательной обработки пищи, приводящие к физическим, физико-химическим или химическим изменениям, осуществляются по мере ее перемещения по пищеварительному каналу, функции различных отделов которого строго специализированы.

2.1. Основные пищеварительные процессы

В общем случае физические и физико-химические изменения пищи заключаются в ее размельчении, перемешивании, набухании, частичном растворении, образовании суспензий, эмульсий; химические изменения связаны с последовательными стадиями расщепления основных нутриентов. Процесс разрушения (деполимеризация) природных полимеров осуществляется в организме путем ферментативного гидролиза с помощью пищеварительных (гидролитических) ферментов, именуемых г идролазам и.

Деполимеризуются только макронутриенты (белки, жиры, углеводы). В деполимеризации участвуют три группы гидролаз: протеазы (ферменты, разрушающие белки), липазы (ферменты, расщепляющие жиры), амилазы (ферменты, расщепляющие углеводы).

Ферменты образуются в специальных секреторных клетках пищеварительных желез и поступают внутрь пищеварительного тракта вместе со слюной и пищеварительными соками — желудочным, поджелудочным и кишечным, объем выделения которых составляет у человека около 7 литров в сутки.

Процесс образования и выделения специальными железами организма особых активных веществ (секретов) называется секрецие й.

Наряду с ферментами, являющимися катализаторами биохимических процессов расщепления пищевых веществ, в состав пищеварительных соков входят вода, различные соли, а также слизь, способствующая лучшему передвижению пищи.

Одной из ключевых биологических закономерностей, определяющих процессы ассимиляции пищи, является правило соответствия: фермент ные наборы организма находятся в соответствии с химическими структурами пищ и; нарушение этого соответствия служит причиной многих заболеваний. Общие представления об этом соответствии иллюстрирует табл. 1.

В действительности, для эффективного пищеварения необходим набор обеспечивающих комплексное действие ферментов, которые вырабатываются пищеварительными железами в зависимости от состава поглощаемой пищи.

Таблица 1. Пищеварительные ферменты человека и их специфичность

Ферменты	Оптимальное значе­ние pH	Соответствие видам пищи
		соответствует	не соответствует
Переваривающие белки (протеазы):
пепсин	1,0-1,5	Большинство белков глобулярной природы	Кератины, эластины, коллагены — плохо перевариваются из-за особенностей третич­ной структуры
гастриксин	2,0-3,0	То же	То же
трипсин	8,0	» »	» »
химотрипсин	8,0	» »	» »
аминопептидазы	8,0	Пептиды (с N-концевого аминокислот­ного остатка)	» »
карбоксипепти­дазы	8,0	Пептиды (с С-концевого аминокислотного остатка)	» »
дипептидазы	8,0	Дипептиды	» »
Переваривающие углеводы (амилазы):
α-амилаза (птиалин)	7,0	Крахмал, гликоген, другие а-полисахариды	Целлюлоза и гемицел­люлозы из-за наличия р-гликозидной связи
дисахаридазы	6,5-7,5	Сахароза, мальтоза, лактоза	То же
Переваривающие жиры (липазы)	8,0	Ацилглицерины	Воски

Основные отделы пищеварительного канала (пищевод, желудок и кишечник) имеют три оболочки:

• внутреннюю слизистую, с расположенными в ней железами, выделяющими слизь, а в отдельных органах — и пищеварительные соки;
• среднюю мышечную, сокращение которой обеспечивает прохождение пищевого комка по пищеварительному каналу;
• наружную серозную, которая выполняет роль покровного слоя.

Последовательные этапы переваривания и всасывания макронутриентов в желудочно-кишечном тракте представлены на рис. 3.

Рис. 3. Последовательные этапы переваривания и всасывания

В ротовой полости основными процессами переработки пищи являются измельчение, смачивание слюной и набухание. В результате этих процессов из пищи формируется пищевой комок. Продолжительность переработки пищи в полости рта 15–25 с. Помимо указанных физических и физико-химических процессов, в ротовой полости под действием слюны начинаются химические процессы, связанные с деполимеризацией.

В слюне человека, представляющей собой пищеварительный сок с близким к нейтральному значением рН, содержатся ферменты, вызывающие расщепление углеводов (см. табл. 1).

Из-за слишком короткого пребывания пищи во рту, полного расщепления крахмала до глюкозы здесь не происходит, образуется смесь, состоящая главным образом из олигосахаридов.

Пищевой комок с корня языка через глотку и пищевод попадает в желудок, который представляет собой полый орган объемом в норме около 2 л со складчатой внутренней поверхностью, вырабатывающей слизь и поджелудочный сок.

В желудке пищеварение продолжается в течение 3,5–10,0 ч. Здесь происходят дальнейшее смачивание и набухание пищевого комка, проникновение в него желудочного сока, свертывание белков, створаживание молока. Наряду с физико-химическими начинаются химические процессы, в которых участвуют ферменты желудочного сока.

Чистый желудочный сок, выделение которого зависит от количества и состава пищи и соответствует 1,5–2,5 л/сут, представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, содержащую соляную кислоту в концентрации 0,4–0,5 % (рН 1–3).

Функции соляной кислоты связаны с процессами денатурации и разрушения белков, создания оптимума рН для пепсиногенов, подавления роста патогенных бактерий, регуляции моторики, стимуляции секреции энтерокиназы.

Процессы денатурации белков в последующем облегчают действие протеаз.

В желудке работают три группы ферментов:

• а) ферменты слюны — амилазы, которые действуют первые 30–40 с — до появления кислой среды;
• б) ферменты желудочного сока — протеазы (пепсин, гастриксин, желатиназа), расщепляющие белки до полипептидов и желатина;
• в) липазы, расщепляющие жиры.

Расщеплению в желудке подвергается примерно 10 % пептидных связей в белках, вследствие чего образуются продукты, растворимые в воде. Продолжительность и активность действия липаз невелики, поскольку они обычно действуют только на эмульгированные жиры в слабощелочной среде. Продуктами деполимеризации являются неполные глицериды.

Из желудка пищевая масса, имеющая жидкую или полужидкую консистенцию, поступает в тонкий кишечник (общая длина 5–6 м), в верхнем отделе которого (двенадцатиперстной кишке) процессы ферментативного гидролиза протекают наиболее интенсивно.

В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию трех видов пищеварительных соков, которыми являются сок поджелудочной железы (поджелудочный, или панкреатический сок), сок, вырабатываемый клетками печени (желчь), и сок, вырабатываемый слизистой оболочкой самой кишки (кишечный сок). В состав поджелудочного сока входят комплекс ферментов и бикарбонаты, создающие щелочную среду (рН 7,8–8,2).

По мере поступления в двенадцатиперстную кишку поджелудочного сока в ней идет нейтрализация соляной кислоты и повышение рН. У человека рН среды в двенадцатиперстной кишке колеблется в пределах 4,0– 8,5. Здесь работают ферменты поджелудочного сока, к которым относятся протеазы, расщепляющие белки и полипептиды (трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы, аминопептидазы), липазы, расщепляющие жиры, эмульгированные желчными кислотами, амилазы, заканчивающие полное расщепление крахмала до мальтозы, а также рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, расщепляющие РНК и ДНК.

Секреция поджелудочного сока начинается через 2–3 мин после приема пищи и продолжается 6–14 ч, то есть в течение всего периода пребывания пищи в двенадцатиперстной кишке.

Установлено, что ферментный состав поджелудочного сока изменяется в зависимости от характера питания, например при жирной пище увеличивается активность липазы и наоборот.

Помимо поджелудочного сока, в двенадцатиперстную кишку из желчного пузыря поступает желчь, которую вырабатывают клетки печени. Она имеет слабощелочное значение рН и поступает в двенадцатиперстную кишку через 5–10 мин после приема пищи. Суточное выделение желчи у взрослого человека составляет 500–700 мл. Желчь обеспечивает эмульгирование жиров, растворение продуктов их гидролиза, активацию панкреатических и кишечных ферментов, регуляцию моторики и секреции тонкого кишечника, регуляцию секреции поджелудочной железы, регуляцию желчеобразования, нейтрализацию кислой среды и инактивацию трипсина. Кроме того, она участвует во всасывании жирных кислот, образуя с ними растворимые в воде комплексы, которые всасываются в клетки слизистой кишечника, где происходит распад комплексов и поступление кислот в лимфу.

Третьим видом пищеварительного сока в двенадцатиперстной кишке является сок, вырабатываемый ее слизистой оболочкой и называемый кишечным соком.

Ключевым ферментом кишечного сока является энтерокиназа, которая активизирует все протеолитические ферменты, содержащиеся в поджелудочном соке в неактивной форме. Помимо энтерокиназы, в кишечном соке содержатся ферменты, расщепляющие дисахариды до моносахаридов.

Итак, в полости двенадцатиперстной кишки под действием ферментов, секретируемых поджелудочной железой, происходит гидролитическое расщепление большинства крупных молекул — белков (и продуктов их неполного гидролиза), углеводов и жиров. Из двенадцатиперстной кишки пища переходит в конец тонкого кишечника.

В тонком кишечнике завершается разрушение основных компонентов пищи. Кроме полостного пищеварения, в тонком кишечнике происходит мембранное пищеварение, в котором участвуют те же группы ферментов, расположенные на внутренней поверхности тонкой кишки. В состав панкреатических ферментов в пристеночном пищеварении входят амилазы, трипсин и химотрипсин. Особую роль этот вид пищеварения играет в процессах расщепления дисахаридов до моносахаридов и пептидов до аминокислот. В тонком кишечнике происходит заключительный этап пищеварения — всасывание питательных веществ (продуктов расщепления макронутриентов, микронутриентов и воды).

На внутренней поверхности кишечника расположено множество складок с большим количеством пальцевидных выступов — ворсинок, каждая из которых покрыта эпителиальными клетками, несущими многочисленные микроворсинки. Такое строение, увеличивающее площадь поверхности тонкого кишечника до 180 м2, обеспечивает эффективное всасывание образовавшихся низкомолекулярных соединений. Через поверхность ворсинок продукты пищеварения транспортируются в эпителиальные клетки, а из них — в капилляры кровеносной системы и в лимфатические сосуды, расположенные в стенках кишечника.

Представление о строении ворсинок, расположенных на внутренней поверхности тонкого кишечника, можно составить с помощью схемы, изображенной на рис. 4.

Рис. 4. Схема строения ворсинок слизистой тонкого кишечника: 1 — ворсинка; 2 — слой клеток, через которые происходит всасывание; 3 — начало лимфатического сосуда в ворсинке; 4 — кровеносные сосуды в ворсинке; 5 — кишечные железы; 6 — лимфатический сосуд в стенке тонкой кишки; 7 — кровеносные сосуды в стенке тонкой кишки; 8 — часть мышечного слоя в кишечной стенке

Подсчитано, что за час в тонком кишечнике может всасываться до 2–3 л жидкости, содержащей растворенные питательные вещества.

Подобно пищеварительным, транспортные процессы в тонком кишечнике распределены неравномерно. Всасывание минеральных веществ, моносахаридов и частично жирорастворимых витаминов происходит уже в верхнем отделе тонкого кишечника. В среднем отделе всасываются водо- и жирорастворимые витамины, мономеры белков и жиров, в нижнем — происходит всасывание витамина В12 и солей желчных кислот.

В толстом кишечнике, длина которого составляет 1,5–4,0 м, пищеварение практически отсутствует. Здесь всасываются вода (до 95 %), соли, глюкоза, некоторые витамины и аминокислоты, продуцируемые кишечной микрофлорой (всасывание составляет всего 0,4–0,5 л в сутки). Толстый кишечник является местом обитания и интенсивного размножения различных микроорганизмов, потребляющих неперевариваемые остатки пищи, в результате чего образуются органические кислоты (молочная, пропионовая, масляная и др.), газы (диоксид углерода, метан, сероводород), а также некоторые ядовитые вещества (фенол, индол и др.), обезвреживающиеся в печени.

Кишечная микрофлора является важным органом вторичного переваривания пищи и формирования каловых масс, который в соответствии с теорией адекватного питания во многом обеспечивает возможность широкого варьирования рациона питания и устойчивость к новым видам пищи.

Ключевыми функциями кишечной микрофлоры являются:

• синтез витаминов группы В, фолиевой и пантотеновой кислот, витаминов Н и К;
• метаболизм желчных кислот с образованием, в отличие от патогенной микрофлоры, нетоксичных метаболитов;
• утилизация в качестве питательного субстрата некоторых токсичных для организма продуктов пищеварения;
• стимуляция иммунной реактивности организма.

2.2. Схемы процессов переваривания макронутриентов

Основными конечными продуктами гидролитического расщепления высокомолекулярных веществ, содержащихся в пище, являются мономеры. Каждый из трех видов макронутриентов имеет свою схему процесса переваривания.

Переваривание углеводов. Из углеводов у человека перевариваются в основном полисахариды — крахмал, содержащийся в растительной пище, и гликоген, содержащийся в пище животного происхождения. Этапы переваривания этих полисахаридов сходны и иллюстрируются на примере переваривания крахмала:

Оба полисахарида полностью расщепляются ферментами желудочно-кишечного тракта до составляющих их структурных блоков, а именно до свободной D-глюкозы. Процесс начинается во рту под действием амилазы слюны с образованием смеси, состоящей из мальтозы, глюкозы и олигосахаридов, а продолжается и заканчивается в тонком кишечнике под действием амилазы поджелудочной железы, поступающей в двенадцатиперстную кишку.

Гидролиз пищевых дисахаридов — сахарозы, лактозы и мальтозы — катализируют ферменты, находящиеся в наружном слое эпителиальных клеток, выстилающих тонкий кишечник:

У многих взрослых азиатов и африканцев с возрастом часто пропадает лактазная активность. В этом случае молочный сахар не расщепляется в кишечнике, а частично сбраживается микроорганизмами с образованием газов, что вызывает диарею.

В эпителиальных клетках тонкого кишечника D-фруктоза, D-галактоза, а также D-манноза частично превращаются в D-глюкозу. Смесь простых гексоз поглощается выстилающими тонкий кишечник эпителиальными клетками и доставляется кровью в печень.

Переваривание белков. Белки пищи расщепляются ферментами в желудочно-кишечном тракте до составляющих их аминокислот:

Переваривание белков осуществляется в результате последовательного действия сначала пепсина в кислой среде желудка, а затем трипсина и химотрипсина в тонком кишечнике при рН 7–8. Далее короткие пептиды

гидролизуются под действием ферментов карбоксипептидазы и аминопептидазы до свободных аминокислот, которые проникают в капилляры ворсинок и переносятся кровью в печень.

Пепсин, трипсин, химотрипсин и карбоксипептидаза секретируются в желудочно-кишечный тракт в виде неактивных зимогенов. Активация пепсина в желудочном соке происходит путем автокатализа. Активация трипсина осуществляется в тонком кишечнике под действием фермента энтерокиназы, содержащегося в кишечном соке. Трипсин в активной форме активирует в тонком кишечнике другие зимогены протеаз.

В здоровом организме зимогены, выделяемые поджелудочной железой, активируются только в тонком кишечнике, в противном случае возникает заболевание, именуемое острый панкреатит.

Переваривание жиров. Этот процесс осуществляется главным образом в тонком кишечнике липазой поджелудочной железы, поступающей в виде зимогена (пролипазы), который только в кишечнике превращается в активную липазу.

В присутствии желчных кислот и специального белка, имеющего наименование колипаза, активная липаза катализирует гидролиз триацилглицерина с отщеплением крайних ацилов и образованием смеси свободных высших жирных кислот в виде мыл (калиевых и натриевых солей) и 2-моноацилглицеринов, которые эмульгируются при помощи желчных кислот и всасываются кишечными клетками. Процесс может быть описан следующей схемой:

Соли желчных кислот (производные холевой кислоты) поступают из печени в желчь, а с ней — в верхнюю часть тонкого кишечника. После всасывания кислот и 2-моноацилглицеринов из эмульгированных капелек жира в нижнем отделе тонкого кишечника происходит обратное всасывание солей желчных кислот, которые возвращаются в печень и используются повторно. Таким образом, желчные кислоты постоянно циркулируют между печенью и тонким кишечником. Причем они играют важную роль в усвоении не только триацилглицеринов, но и всех других жирорастворимых компонентов пищи. Так, недостаток желчных кислот может привести к пищевой недостаточности витамина А. Желчные кислоты нужны также для всасывания ионов Ca2+, Mg2+, Fe2+.

Кроме указанных, продуктами переваривания липидов являются легко всасывающиеся глицерин, фосфорная кислота, холин и другие растворимые компоненты. Продукты деполимеризации всасываются в лимфу, а оттуда попадают в кровь.

Водорастворимые витамины всасываются из тонкого кишечника в кровь, где образуют комплексы с соответствующими белками и в таком виде транспортируются к различным тканям.

Во всасывании воды и минеральных веществ значительную роль играет их активный транспорт через мембраны кишечной стенки, составляющий 8–9 л воды. Основной источник воды — пищеварительные соки пищеварительной системы, и лишь 1,5 л воды поступает извне. Это важный путь сохранения водного баланса в организме.

За исключением большей части триацилглицеринов, питательные вещества, поглощенные в кишечном тракте, поступают в печень, которая является основным центром распределения питательных веществ, где сахара, аминокислоты и некоторые липиды подвергаются дальнейшим превращениям и распределяются между разными органами и тканями.

2.3. Метаболизм макронутриентов

Основными конечными продуктами гидролитического расщепления содержащихся в пище макронутриентов являются мономеры (сахара, аминокислоты, высшие жирные кислоты), которые, подвергаясь всасыванию на уровне пищеварительно-транспортных комплексов, являются в большинстве случаев основными элементами метаболизма (промежуточного обмена) и из которых в различных органах и тканях организма вновь синтезируются сложные органические соединения.

Под метаболизмом (от греч. metaboli — перемена) подразумевают в данном случае превращение веществ внутри клетки с момента их поступления до образования конечных продуктов. При этих химических превращениях освобождается и поглощается энергия.

Основная масса питательных веществ, поглощенных в пищеварительном тракте, поступает в печень, представляющую собой главный центр их распределения в организме человека. Возможны несколько путей метаболизма в печени основных питательных веществ, схематичное отображение которых представлено на рис. 5–7.

Метаболизм углеводов связан с образованием глюкозо-6-фосфата, происходящим при фосфорилировании с помощью АТФ поступающей в печень свободной D-глюкозы.

Рис. 5. Пути превращения глюкозо-6-фосфата в печени

Рис. 6. Пути превращения аминокислот в печени

Рис. 7. Обмен жирных кислот в печени

Основной путь метаболизма через D-глюкозо-6-фосфат связан с его превращением в D-глюкозу, поступающую в кровь, где ее концентрация должна поддерживаться на уровне, необходимом для обеспечения энергией мозга и других тканей. Концентрация глюкозы в плазме крови в норме должна составлять 70–90 мг/100 мл. Глюкозо-6-фосфат, который не был использован для образования глюкозы крови, в результате действия двух специфических ферментов превращается в гликоген и запасается в печени.

Избыток глюкозо-6-фосфата, не преобразованный в глюкозу крови или гликоген, через стадию образования ацетил-КоА может быть преобразован в жирные кислоты (с последующим синтезом липидов) или холестерин, а также подвергнуться распаду с накоплением энергии АТФ или образованием пентозофосфатов.

Метаболизм аминокислот может происходить по путям, включающим:

• транспорт через систему кровообращения в другие органы, где осуществляется биосинтез тканевых белков;
• синтез белков печени и плазмы;
• преобразование в глюкозу и гликоген в процессе глюконеогенеза;
• дезаминирование и распад с образованием ацетил-КоА, который может подвергаться окислению с накоплением энергии, запасаемой в форме АТФ, либо превращаться в запасные липиды; аммиак, образующийся при дезаминировании аминокислот, включается в состав мочевины;
• превращение в нуклеотиды и другие продукты, в частности гормоны.

Метаболизм жирных кислот по основному пути предусматривает их использование в качестве субстрата энергетического обмена в печени.

Свободные кислоты подвергаются активации и окислению с образованием ацетил-КоА и АТФ. Ацетил-КоА окисляется далее в цикле лимонной кислоты, где в ходе окислительного фосфорилирования вновь образуется АТФ.

Избыток ацетил-КоА, высвобождаемый при окислении кислот, может превращаться в кетоновые тела (ацетоацетат и β-D-гидроксибутират), представляющие собой транспортную форму ацетильных групп к периферическим тканям, или использоваться в биосинтезе холестерина — предшественника желчных кислот, участвующих в переваривании и всасывании жиров.

Два других пути метаболизма жирных кислот связаны с биосинтезом липопротеинов плазмы крови, функционирующих в качестве переносчиков липидов в жировую ткань, или с образованием свободных жирных кислот плазмы крови, транспортируемых в сердце и скелетные мышцы в качестве основного «топлива».

Таким образом, выполняя функции «распределительного центра» в организме, печень обеспечивает доставку необходимых количеств питательных веществ в другие органы, сглаживает колебания в обмене веществ, обусловленные неравномерностью поступления пищи, осуществляет превращение избытка аминогрупп в мочевину и другие продукты, которые выводятся почками.

Помимо превращения и распределения макронутриентов, в печени активно протекают процессы ферментативной детоксикации инородных органических соединений (неалиментарных веществ) — лекарств, пищевых добавок, ароматизаторов и других потенциально вредных веществ, не имеющих пищевой ценности. Представления об этих превращениях иллюстрирует схема на рис. 8.

Детоксикация состоит в том, что относительно нерастворимые соединения подвергаются биотрансформации, в результате чего становятся более растворимыми, легче расщепляются и выводятся из организма. Большинство процессов биотрансформации связано с реакциями ферментативного окисления с участием фермента цитохром Р-450. В общем виде процесс биотрансформации включает две фазы: образование метаболитов и их последующее связывание в различных реакциях с образованием растворимых конъюгатов.

Рис. 8. Схематичное представление о системах биотрансформации чужеродных веществ

3. Теории и концепции питания

Формирование научных представлений о питании и роли пищевых веществ в процессах жизнедеятельности началось лишь в середине XIX в. с появлением классической парадигмы питания, которой предшествовал ряд научных открытий, непосредственно или опосредованно связанных с питанием. К ним относятся открытие витаминов, ионов микроэлементов, научные достижения, связанные с выяснением структуры белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот, роли микроэлементов в жизнедеятельности организма, структуры и организации биологических систем, научные данные, связанные со строением организма на клеточном уровне. Впервые за всю историю эволюции цель питания стали связывать со здоровьем человека.

Суть первой научной парадигмы питания сводилась к необходимости обеспечения организма питательными веществами, которые требуются для его нормального функционирования и освобождения от балластных компонентов.

Концентрированным выражением классической парадигмы явилась окончательно сформировавшаяся в конце XIX — начале XX в. теория сбалансированного питани я, в основе которой лежат три главных положения.

1. При идеальном питании приток веществ точно соответствует их потере.
2. Приток питательных веществ обеспечивается путем разрушения пищевых структур и использования организмом образовавшихся органических и неорганических веществ.
3. Энергетические затраты организма должны быть сбалансированы с поступлением энергии.

Согласно этой теории нормальное функционирование организма обеспечивается при его снабжении не только необходимым количеством энергии и белка, но также при соблюдении определенных соотношений между многочисленными незаменимыми факторами питания (макро- и микронутриентами, эссенциальными пищевыми веществами, минорными компонентами пищи), каждый из которых выполняет свою специфическую функцию в обмене веществ.

В основе концепции сбалансированного питания лежит определение пропорций отдельных пищевых веществ в рационе, отражающих сумму обменных реакций, которые характеризуют химические процессы, обеспечивающие в итоге жизнедеятельность организма. Одной из главных биологических закономерностей, на которых базируется теория, является правило соответствия ферментных наборов организма химическим структурам пищи, о котором упоминалось в п. 2 «Питание и пищеварение».

Формула сбалансированного питания (по А. А. Покровскому) представляет собой таблицу, включающую перечень пищевых компонентов с потребностями в них в соответствии с физиологическими особенностями организма. В сокращенном виде средняя потребность взрослого человека в пищевых веществах (формула сбалансированного питания взрослых, по А. А. Покровскому) представлена ниже:

Вода, г 1750–2200

В том числе:

• питьевая (вода, чай,
• кофе и др.) 800–1000
• в супах 250–500
• в продуктах питания 700

Белки, г 80–100

• В том числе животные 50

Незаменимые аминокислоты, г:

• триптофан 1
• лейцин 4–6
• изолейцин 3–4
• валин 4
• треонин 2–3
• лизин 3–5
• метионин 2–4
• фенилаланин 2–4

Заменимые аминокислоты, г:

• гистидин + 2
• аргинин + 6
• цистин + 2–3
• тирозин + 3–4
• аланин 3
• серин 3
• глутаминовая кислота 16
• аспарагиновая кислота 6
• пролин 5
• глицин 3

Углеводы, г 400–500

В том числе:

• крахмал 400–450
• сахар 50–100

Органические кислоты (молочная, лимонная и т. д.), г 2

Балластные вещества (клетчатка, пектин), г 25

Жиры, г 80–100

В том числе:

• полиненасыщенные жирные кислоты 3–6
• растительные 20–25
• холестерин + 0,3–0,6
• фосфолипиды + 5

Минеральные вещества, мг:

• кальций 800–100
• фосфор 1000–1500
• натрий 4000–6000
• калий 2500–5000
• хлориды 5000–7000
• магний 300–500
• железо 15
• цинк 10–15
• марганец 5–10
• хром 2–2,5
• медь 2
• кобальт 0,1–0,2
• молибден 0,5
• селен + 0,5
• фториды 0,5–1,0
• йодиды 0,1–0,2

Витамины, мг:

• С (аскорбиновая кислота) 70–100
• В1 (тиамин) 1,5–2,0
• В2 (рибофлавин) 2,0–2,5
• В2 (различные формы) 0,04 (300–400 МЕ для детей)
• РР (никотиновая кислота) 15–25
• В3 (пантотенат) 5–10
• А (различные формы) 1,5–2,5
• В6 (пиридоксин) 2–3
• В12 (кобаламин) 0,005–0,08
• В15 (пангамовая кислота) 2,5
• Р (рутин) 25
• В9 (фолиевая кислота) 0,1–0,5
• Е (различные формы) 2–6
• К (различные формы) 2
• биотин 0,15–0,3
• холин 500–1000
• липоевая кислота + 0,5
• инозит, г + 0,5–1,0

Примечание: + означает факторы питания, которые либо могут частично замещать незаменимые вещества, либо их незаменимость не может считаться окончательно установленной.

Формула составлена на общую энергетическую ценность суточной нормы пищевых веществ, равную 3000 ккал.

В связи с тем, что в последние десятилетия произошло снижение суточных энерготрат человека, в 2008 г. были уточнены и опубликованы в виде Методических рекомендаций, утвержденных Главным государственным врачом РФ, новые нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации (МР 3.1.2432—08). С учетом этого государственного нормативного документа физиологические потребности в энергии для взрослых составляют сегодня в среднем 1800–2400 ккал/сут (подробнее см. в п. 4).

Исходя из формулы сбалансированного питания, полноценный рацион (от лат. ratio — расчет, мера — порция пищи определенного состава на известный срок) должен содержать питательные вещества пяти классов:

• источники энергии — белки, жиры, углеводы;
• незаменимые аминокислоты;
• витамины;
• незаменимые жирные кислоты;
• неорганические элементы.

Вода, хотя и не является питательным веществом в прямом смысле слова, также необходима человеку для воспроизведения потерь в различных процессах, например при дыхании, потоотделении и т. п.

Обычно организмом используется 300–400 мл метаболической (эндогенной) воды, освобождающейся в процессе биологического окисления; остальное количество, обеспечивающее суточную потребность (1750–2200 г), должно поставляться в организм с жидкими продуктами питания.

Вещества каждого из указанных классов играют свою особую роль, которая подробно рассматривалась в соответствующих главах учебника. Таким образом, сбалансированное питание связано с учетом всех факторов питания, их взаимосвязи в обменных процессах, а также соответствия ферментативных систем химическим превращениям в организме. Но балансовый подход к питанию привел к ошибочному заключению, что ценными являются только усваиваемые организмом компоненты пищи, остальные же относятся к балласту.

Был сделан опрометчивый вывод о том, что повышение качества пищи связано с удалением балластных веществ и обогащением ее нутриентами (питательными веществами). Однако обобщение последующего опыта, связанного с созданием и потреблением такой пищи, а также изучение роли балластных веществ и кишечной микрофлоры в процессах пищеварения показали, что выводы теории сбалансированного питания требуют корректировки. В 1980-е гг. была сформулирована новая теория питания, представляющая собой развитие теории сбалансированного питания с учетом новейших знаний о функциях балластных веществ и кишечной микрофлоры в физиологии питания.

Эта теория, автором которой явился российский физиолог академик А. М. Уголев, была названа теорией адекватного питания. В основе теории лежат четыре принципиальных положения:

• пища усваивается как поглощающим ее организмом, так и населяющими его бактериями;
• приток нутриентов в организме обеспечивается за счет извлечения их из пищи и в результате деятельности бактерий, синтезирующих дополнительные питательные вещества;
• нормальное питание обусловливается не одним, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ;
• физиологически важными компонентами пищи являются балластные вещества, получившие название «пищевые волокна».

Под термином «пищевые волокна» объединяют биополимерные компоненты растительной пищи, к которым относятся неперевариваемые полисахариды, включающие целлюлозу, гемицеллюлозы, пектины (в нативном виде — протопектины) и соединения полифенольной природы — лигнины. Целлюлозы и гемицеллюлозы являются практически нерастворимыми компонентами, тогда как пектиновые вещества и лигнины относятся к растворимым полимерам.

Эти компоненты, составляющие структурную основу клеточных стенок и оболочек плодов, при технологической переработке растительного сырья в пищевые продукты в основной массе удаляются. Примерами могут являться технология переработки зерна в муку, шлифование риса, отжим сока из плодов, различные процессы экстракции. В соответствии с теорией сбалансированного питания эти компоненты считались балластными веществами, их удаление из пищи в ходе технологических процессов признавалось необходимым, что привело в итоге к значительному сокращению их содержания в традиционном рационе питания и, как следствие, отрицательно сказалось на здоровье населения.

Хотя ферментные системы человека не содержат ферментов, соответствующих структурам пищевых волокон, и последние не могут усваиваться и являться источником энергии и пластических материалов для организма, они представляют собой единый физиологически активный комплекс, обеспечивающий ряд важных функций, связанных с процессами пищеварения и обмена веществ в целом.

Специфические физиологические свойства пищевых волокон включают:

• стимуляцию кишечной перистальтики;
• адсорбцию различных токсичных продуктов, в том числе продуктов неполного переваривания, радионуклидов, некоторых канцерогенных веществ;
• интенсификацию обмена желчных кислот, регулирующего уровень холестерина в крови;
• снижение доступности макронутриентов (жиров и углеводов) действию пищеварительных ферментов, предотвращающее резкое повышение их содержания в крови;
• доступность действию кишечной микрофлоры (в качестве постоянного питательного субстрата), деятельность которой обеспечивает поступление в организм ценных вторичных нутриентов (витаминов группы В и др.) и проявляется в различных иных позитивных эффектах воздействия на обмен веществ.

Функции растворимых и нерастворимых пищевых волокон имеют различия: целлюлозы и гемицеллюлозы оказывают в основном действие стимуляторов перистальтики, а пектины являются сорбентами и питательным субстратом для кишечной микрофлоры.

Роль кишечной микрофлоры в процессах пищеварения и обмена веществ подробно рассматривалась в п. 2.

Теория адекватного питания формулирует основные принципы, обеспечивающие рациональное питание, в котором учитывается весь комплекс факторов питания, взаимосвязи этих факторов в обменных процессах и соответствие ферментных систем организма индивидуальным особенностям протекающих в нем химических превращений.

Основу рационального питания составляют три главных принципа:

1. Баланс энергии, который предполагает адекватность энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой в процессах жизнедеятельности.
2. Удовлетворение потребности организма в оптимальном количестве и соотношении пищевых веществ.
3. Режим питания, подразумевающий соблюдение определенного времени и числа приемов пищи, а также рационального распределения пищи при каждом ее приеме.

3.1. Первый принцип рационального питания

Пища для человеческого организма прежде всего является источником энергии. Именно при ее превращениях — окислении и распаде сложных веществ на более простые — происходит выделение энергии, необходимой организму в процессах жизнедеятельности, и именно энергия, содержащаяся в пищевых веществах, является мерой потребности человека в пище. Энергию выражают в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж); 1 ккал соответствует 4,18 кДж. Роль основных источников энергии принадлежит макронутриентам — белкам, жирам и углеводам.

Доля энергии, которая может высвободиться из макронутриентов в ходе биологического окисления, характеризует энергетическую ценность (калорийность) продукта.

Количество энергии, которое образуется при окислении компонентов пищи, определяют по количеству тепла, выделяющегося при сжигании продукта в атмосфере кислорода внутри калориметрической бомбы. При этом происходит повышение температуры воды, заполняющей пространство вокруг бомбы. Принцип устройства калориметрической бомбы, которая используется для измерения калорийности пищи, поясняется рисунком 9. Образец пищевого продукта известной массы помещается в цилиндр, выдерживающий высокое давление и погруженный в сосуд, заполненный известным количеством воды; образец поджигается электрическим разрядом и сжигается под давлением в избытке кислорода, что сопровождается выделением тепла, нагревающего воду.

Рис. 9. Схема устройства прибора для измерения калорийности пищи: 1 — термометр; 2 — «поджигающие» электроды; 3 — мешалка; 4 — теплоизоляционный кожух; 5 — «бомба»; 6 — вода известного объема; 7 — кислород под давлением; 8 — взвешенный образец пищи, предназначенный для сжигания

Количество выделившегося тепла рассчитывают с учетом того, что для нагрева 1 кг воды на 1 °С нужна 1 ккал. Другими словами, 1 ккал соответствует количеству тепловой энергии, необходимой для нагревания 1,0 кг воды на 1 °С (от 15 до 16 °С).

Энергетическая ценность 100 г продукта, исходя из его состава и теплоты сгорания отдельных компонентов, может быть рассчитана по формуле

где ei — теплота сгорания компонента (коэффициент энергетической ценности), ккал/г;

mi — массовая доля компонента в продукте, г/100 г.

Коэффициенты энергетической ценности основных пищевых компонентов с учетом их средней усвояемости, зависящей, в частности, от химического состава, способа кулинарной обработки пищи, которой она подвергалась, и т. п., представлены в табл. 2.

Таблица 2. Коэффициенты энергетической ценности макронутриентов

Kомпоненты	Усвояемость, %	Kоэффициент энергетической ценности, ккал/г
Белки	84,5	4
Жиры	94,0	9
Углеводы	95,6	4

По энергетической ценности (калорийности) пищевые продукты делятся на 4 группы:

1. Особо высокоэнергетичные: шоколад, жиры, халва 400–900
2. Высокоэнергетичные: мука, крупа, макароны, сахар 250–400
3. Среднеэнергетичные: хлеб, мясо, колбаса, яйца, яичный ликер, водка. 100–250
4. Низкоэнергетичные: молоко, рыба, картофель, овощи, фрукты, пиво, белое вино До 100

Энергетическая ценность является одним из основных свойств пищевого продукта, определяющих его пищевую ценность.

Пищевая ценность продукта — совокупность свойств пищевого продукта, при наличии которых удовлетворяются физиологические потребности человека в необходимых веществах и энергии.

Энергия, которой обеспечивается организм при потреблении и усвоении питательных веществ, расходуется на осуществление функций, связанных с жизнедеятельностью организма. Суточные энерготраты организма состоят из энерготрат основного обмена, затрат энергии на физическую активность, специфическое динамическое действие пищи (пищевой термогенез), холодовой термогенез, рост и формирование тканей у детей и дополнительных затрат энергии у беременных и кормящих грудью женщин. Главными являются основной обмен, переваривание пищи, мышечная деятельность.

Величина о сновного обмена — это минимальное количество энергии, необходимое для осуществления жизненно важных процессов, то есть затраты энергии на выполнение всех физиологических, биохимических процессов, на функционирование органов и систем организма в состоянии температурного комфорта (20 °С), полного физического и психического покоя, натощак.

Энергия, необходимая человеку для обеспечения основного обмена, зависит от возраста, пола, внешних условий и т. п. Считают, что за 1 ч человек среднего возраста расходует 1 ккал на 1 кг массы тела. У детей этот расход в 1,3–1,5 раза выше. У женщин величина основного обмена на 15 % ниже, чем у мужчин (табл. 3).

При беременности потребности в энергии увеличиваются в среднем на 15 %, при грудном вскармливании — на 25 %.

Таблица 3. Средние величины основного обмена взрослого населения* России (в ккал/сут) (по МР 3.1.2432—08)

Масса тела, кг	Величины основного обмена для возраста, лет
	18–29	30–39	40–59	свыше 60
40	— (1080)	— (1050)	— (1020)	— (960)
45	— (1150)	— (1120)	— (1080)	— (1030)
50	1450 (1230)	1370 (1190)	1280 (1160)	1180 (1100)
55	1520 (1300)	1430 (1260)	1350 (1220)	1240 (1160)
60	1590 (1380)	1500 (1340)	1410 (1300)	1300 (1230)
65	1670 (1450)	1570 (1410)	1480 (1370)	1360 (1290)
70	1750 (1530)	1650 (1490)	1550 (1440)	1430 (1360)
75	1830 (1600)	1720 (1550)	1620 (1510)	1500 (1430)
80	1920 (1680)	1810 (1630)	1700 (1580)	1570 (1500)
85	2010 (–)	1900 (–)	1780 (–)	1640 (–)
90	2110 (–)	1990 (–)	1870 (–)	1720 (–)

* Данные приведены для мужчин (в скобках — для женщин).

Переваривание пищи, связанное с ее специфическим динамическим действием в отсутствии мышечной активности, также требует энергии. Установлено, что поступление пищи в пищеварительный тракт на определенный период увеличивает энергию, характерную для основного обмена. Наибольший расход энергии требуется для переваривания белковой пищи, наименьший — для переваривания углеводов. Считается, что при оптимальном количестве потребляемых веществ в условиях смешанного питания увеличение основного обмена за счет специфического динамического действия пищи составляет в среднем 10–15 %, что соответствует 140–160 ккал в сутки.

Мышечная деятельность, определяемая активностью образа жизни человека, требует различной энергии, которая зависит от вида физической активности и напрямую связана с характером работы. Даже самые простые, легкие движения увеличивают расход энергии сверх основного обмена — об этом свидетельствуют данные по энергетическим затратам человека (в ккал/ч) при разных видах деятельности (сверх основного обмена):

• Работа на пишущей машинке 20–40
• Сидя: чтение вслух, разговор, письмо 20
• Стояние 20–30
• Ходьба 130–200
• Восхождение на гору 200–960
• Работа домашняя 87–174
• Стирка белья домашняя 130

Работа:

• текстильщика 150–200
• каменщика 300–330
• столяра 137–176
• химика 170–250

 

• Плавание 200–700
• Бег 500–930
• Езда на велосипеде 180–300

В среднем на мышечную деятельность требуется ежедневно 1000– 2500 ккал. Расход энергии при различных видах нагрузки, включая основной обмен, представлен в табл. 4.

Таблица 4. Расход энергии при различных видах нагрузки (в ккал)

Вид деятельности	Энергозатраты
	в минуту на 1 кг массы тела	в час на человека (вес 70 кг)
Бег со скоростью 8 км/ч	0,1357	570
Гребля	0,1100	462
Езда на автомашине сидя	0,0267	112
Езда на лошади верхом, походным маршем	0,0619	260
Езда на велосипеде со скоростью 13—21 км/ч	0,1285	540
Kопание рва	0,1157	486
Kатание на коньках	0,1071	450
Лыжный спорт	0,2086	876
Передвижение по пересеченной местности	0,0343	144
Мытье посуды	0,0281	118
Надевание обуви и одежды	0,0264	111
Отдых:
стоя	0,0229	96
сидя	0,0183	77
лежа	0,0402	169
Подметание пола	0,1190	500
Плавание	0,0290	122
Пение	0,0236	99
Прием пищи сидя	0,0333	140

Объективным физиологическим критерием, определяющим количество энергии, адекватное характеру деятельности, является отношение энерготрат на выполнение конкретной работы к величине основного обмена, которое названо коэффициентом физической активности (КФА). В зависимости от этого показателя все трудоспособное мужское население дифференцировано на пять групп (табл. 5). Физическая активность, которая оценивается коэффициентом 2,5, касается, как правило, только мужчин (женское население в зависимости от энергозатрат дифференцируется только на четыре группы).

Энергетическая потребность, с учетом пола и возраста, обеспечивающая процессы жизнедеятельности (физиологические потребности населения в энергии, в ккал/cут — по МР 3.1.2432—08), приведена ниже:

• Мужчины 2100–4200 ккал/сут
• Женщины 1800–3050 ккал/сут
• Дети до 1 года 110–115 ккал/кг массы тела
• Дети старше 1 года 1200–2900 ккал/сут

У детей в возрасте до 18 лет и пожилых людей старше 60 лет средний энергетический обмен меньше по сравнению со среднестатистическими данными: у детей — из-за меньшей массы тела, у пожилых людей — из-за общего снижения интенсивности обменных процессов и физической деятельности.

Итак, для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека необходимо создание условий относительного равновесия между энергией, которую человек расходует, и энергией, которую он получает с пищей. Энергетический баланс — равновесное состояние между поступающей с пищей энергией и ее затратами на все виды физической активности, на поддержание основного обмена, роста, развития, и дополнительными затратами у женщин при беременности и грудном вскармливании. В случае положительного баланса энергии, который будет сохраняться в течение определенного периода времени, избыток энергии будет аккумулироваться в виде жира в жировой ткани, что в конечном итоге может привести к избыточной массе тела, а затем — к ожирению.

Расчеты показывают, что при длительном ежедневном превышении калорийности пищи над энергозатратами организма на 300 ккал, то есть десятой доли суточной энергетической потребности, накопление резервного жира увеличивается на 15–30 г в день, что в год составит около 5,4– 10,8 кг.

Энергетическая ценность рациона человека, как уже известно, складывается из энергетической ценности белков, жиров и углеводов при их различных комбинациях в составе разнообразных пищевых продуктов. При этом функции макронутриентов в организме различаются. Тогда как основная функция углеводов связана с обеспечением организма энергией, жиры и особенно белки наряду с функцией поставщиков энергии являются также источниками пластических материалов для постоянно протекающих процессов обновления клеточных и субклеточных структур. Кроме того, различным клеткам и тканям организма необходимы разные источники энергии.

Например, в скелетных мышцах и клетках нервной системы в качестве источника энергии используется глюкоза, входящая в состав углеводов, а для сердечной мышцы в значительном количестве необходимы жирные кислоты, входящие в состав жиров. При этом в соответствии с теорией адекватного питания нормальный ход обмена веществ обеспечивается не одним потоком макронутриентов, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ, функции которых выполняют микронутриенты — витамины и минеральные вещества.

Таблица 5. Основные группы интенсивности труда

Группы	Физическая активность	Коэффициент физической активности	Профессии
I	Очень низкая	1,4	Государственные служащие, научные работники, преподаватели вузов, колледжей, учителя средних школ, студенты, специалисты-медики, психологи, диспетчеры, операторы, в т. ч. техники по обслуживанию ЭВМ, программисты, работники финансово-экономической, юридической, административно-хозяйственной и других служб, работники конструкторских бюро, архитекторы и инженеры по промышленному и гражданскому строительству, работники музеев, архивов, библиотек, дилеры, брокеры, агенты по продаже и закупкам, патентоведы, дизайнеры, работники бюро путешествий и других родственных видов деятельности
II	Низкая	1,6	Водители городского транспорта, рабочие пищевой, текстильной, швейной, радиоэлектронной промышленности, операторы конвейеров, машинисты железнодорожного транспорта, участковые врачи, хирурги, медсестры, продавцы, работники предприятий общественного питания, парикмахеры, работники жилищно-эксплуатационной службы, реставраторы художественных изделий, гиды, фотографы, техники и операторы радио и телевещания, таможенные инспектора, работники милиции и патрульной службы и других родственных видов деятельности
III	Средняя	1,9	Слесари, наладчики, станочники, буровики, водители электрокаров, экскаваторов, бульдозеров и другой тяжелой техники, работники тепличных хозяйств, растениеводы, садовники, работники рыбного хозяйства и других родственных видов деятельности
IV	Высокая	2,2	Строительные рабочие, грузчики, рабочие по обслуживанию железнодорожных путей и ремонту автомобильных дорог, работники лесного, охотничьего и сельского хозяйства, деревообработчики, физкультурники, металлурги доменщики-литейщики и другие родственные виды деятельности
V	Очень высокая	2,5	Спортсмены высокой квалификации в тренировочный период, механизаторы и работники сельского хозяйства в посевной и уборочный периоды, шахтеры и проходчики, горнорабочие, вальщики леса, бетонщики, каменщики, грузчики немеханизированного труда, оленеводы и другие родственные виды деятельности

3.2. Второй принцип рационального питания

Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо определенное соотношение макро- и микронутриентов, что регулируется вторым принципом рационального питания.

В соответствии со вторым принципом рационального питания, должно быть обеспечено удовлетворение потребности организма в основных пищевых веществах, включающих источники энергии (белки, жиры, углеводы), незаменимые аминокислоты, незаменимые высшие жирные кислоты, витамины, минеральные вещества.

Итак, в состав полноценного рациона должны входить питательные вещества пяти классов, каждый из которых выполняет в организме свои специфические функции. Обобщенно физиологическое значение основных групп питательных веществ можно представить следующим образом. Углеводы являются наиболее распространенными питательными веществами: в результате окисления углеводов в организме человека образуется основная часть энергии. Коэффициент энергетической ценности — 4 ккал/г. Кроме того, они служат предшественниками в биосинтезе многих компонентов клеток.

Сами по себе углеводы не являются незаменимыми нутриентами в составе пищи человека. Однако продукты, богатые углеводами, более доступны и дешевы по сравнению с продуктами, содержащими большое количество белков и жиров, поэтому именно они составляют основную часть продуктов питания в большинстве стран.

Четыре пятых населения земного шара питаются в основном растительной пищей, в которой на долю углеводов приходится 70, а иногда и 90 % суммарной калорийности. В развитых странах, где население потребляет в сравнительно больших количествах мясные и молочные продукты, на долю углеводов приходится лишь 45 % калорийности дневного рациона.

Углеводы пищи представлены преимущественно полисахаридами (крахмал) и в меньшей степени моно- (глюкоза, фруктоза, галактоза), ди- (сахароза, лактоза) и олигосахаридами. Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека составляет 50–60 % от энергетической суточной потребности (от 257 до 586 г/сут). Потребление добавленного сахара не должно превышать 10 % от калорийности суточного рациона. Большое количество сахарозы и других низкомолекулярных сахаров, являющихся кариогенными, оказывает неблагоприятное воздействие на зубную эмаль.

Физиологическая потребность в углеводах для детей до года соответствует 13 г/кг массы тела, для детей старше года она составляет от 170 до 420 г/сут.

К классу углеводов относятся также пищевые волокна, суточная потребность в которых для взрослого человека составляет 20 г, для детей старше 3 лет — 10–20 г.

Жиры, или триацилглицерины, — продукты животного и растительного происхождения. Как и углеводы, они являются одним из основных источников энергии (коэффициент энергетической ценности — 9 ккал/г), а кроме того, служат источником углеродных атомов в биосинтезе холестерина и других стероидов. Триацилглицерины растительного происхождения являются также источником незаменимых жирных кислот. Показатель качества жировых компонентов, отражающий содержание в них полиненасыщенных жирных кислот, называется биологической эффективностью.

В отличие от углеводов, жиры задерживаются и перевариваются в желудке обычно медленнее, в связи с чем они лучше, чем углеводы, способствуют насыщению.

По последним данным, физиологическая потребность в жирах составляет от 70 до 154 г/сут для мужчин и от 60 до 102 г/сут для женщин, что соответствует 30–33 % общей калорийности суточного рациона. Физиологическая потребность в жирах для детей до года — 5,5–6,5 г/кг массы тела, для детей старше года — от 40 до 97 г/сут.

Для взрослых потребление насыщенных жирных кислот должно составлять не более 10 % от калорийности суточного рациона, мононенасыщенных кислот — 10 %, полиненасыщенных жирных кислот — 6–10 %. Оптимальное соотношение в суточном рационе полиненасыщенных жирных кислот семейства ω-6 к кислотам семейства ω-3 должно составлять 5–10 : 1 при суточном потреблении 8–10 г (5–8 % от калорийности суточного рациона) и 0,8–1,6 г (1–2 % от калорийности суточного рациона) для ω-6 и ω-3 жирных кислот соответственно.

Для детей физиологическая потребность в насыщенных жирных кислотах должна составлять не более 10 %, а полиненасыщенных — 5–10 % от калорийности суточного рациона. Физиологическая потребность в ω-6 и ω-3 жирных кислотах — 4–9 и 0,8–1 % от калорийности суточного рациона для детей от 1 года до 14 лет и 5–8 и 1–2 % для детей от 14 до 18 лет соответственно.

Отклонение в течение длительного времени содержания жиров в дневном рационе от оптимального (особенно насыщенных жиров животного происхождения) способствует развитию таких заболеваний, как атеросклероз и ишемическая болезнь сердца. Кроме того, подавляющим большинством эпидемиологических исследований доказана пропорциональная зависимость между потреблением жиров и степенью ожирения. Для профилактики ожирения необходимо соблюдение баланса жира. Тогда как углеводный и белковый балансы устанавливаются в течение

24 ч, жировой требует большего времени, поэтому именно он является критическим параметром регулирования массы тела. Существуют две возможности избежать положительного баланса жира, способствующего увеличению веса. Это умеренное потребление жира при компенсирующем увеличении доли углеводов в рационе, или его интенсивное окисление, которое обеспечивается повышением уровня и интенсивности физических нагрузок. Причем нашло признание утверждение, что наиболее эффективны физические упражнения меньшей интенсивности, но большей продолжительности, поскольку именно они способствуют мобилизации жира жировой ткани.

Физиологически ценными компонентами липидной природы являются фосфолипиды, содержащиеся в растительных жирах, которые необходимы для обновления клеток и внутриклеточных структур. Суточная потребность организма взрослого человека в фосфолипидах составляет 5–7 г.

Белки, поступающие с пищей, выполняют три основные функции:

1. они являются источником 8 незаменимых и 12 заменимых аминокислот, которые используются в качестве строительных блоков в ходе биосинтеза белка не только у детей (в том числе и новорожденных), но и у взрослых, обеспечивая постоянное возобновление белков и их кругооборот;
2. аминокислоты служат предшественниками гормонов, порфиринов и многих других биомолекул;
3. окисление углеродного скелета аминокислот вносит хотя и небольшой, но важный вклад в ежедневный общий расход энергии, хотя, в принципе, использование белков в качестве энергетического материала является для организма процессом маловыгодным, поскольку белки представляют собой наиболее дефицитное и ценное пищевое вещество, а кроме того, их окислению с выделением энергии сопутствует образование некоторых токсических для организма веществ.

1 г белка при окислении в организме дает 4 ккал. Физиологическая потребность в белке составляет от 65 до 117 г/сут для мужчин и от 58 до 87 г/сут для женщин. Суточная потребность в белке детей до 1 года — 2,2– 2,9 г/кг массы тела, детей старше 1 года — 36–87 г. Уточнение потребности в белке для детей старше 1 года сделано на основе результатов новых исследований по фактическому потреблению белка большинством детей обследованной популяции.

Показатель качества пищевого белка, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах для синтеза белка, получил название биологической ценност и.

Источниками полноценного белка, содержащего полный набор незаменимых аминокислот в количестве, достаточном для биосинтеза белка в организме человека, являются продукты животного происхождения (молоко и молочные продукты, мясо и мясопродукты, яйца, рыба, морепродукты), которые усваиваются организмом на 93–96 %. Для взрослых рекомендуемая в суточном рационе доля белков животного происхождения от общего количества белков — 50 %, для детей — 60 %.

Витамины являются незаменимыми компонентами специфических коферментов или ферментов, участвующих в метаболизме и других специализированных реакциях.

Они являются органическими микропитательными веществами, ежедневная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов и даже микрограммов. В соответствии с последними рекомендациями ВОЗ она должна удовлетворяться прежде всего за счет потребления натуральных продуктов.

Неорганические вещества и микроэлементы необходимы для нормального питания. Их можно разделить на две группы: а) макроэлементы, то есть те, которые требуются в граммовых количествах (кальций, фосфор, магний); б) микроэлементы, потребность в которых не превышает миллиграммов или даже микрограммов (железо, йод, цинк, медь и др.).

Неорганические вещества выполняют различные функции. Они являются структурными компонентами костей и зубов, электролитами при поддержании водно-солевого баланса крови и тканей, а также простетическими группами ферментов. Содержание в пищевом рационе основных минеральных веществ должно обеспечивать физиологические потребности человека, отраженные в формуле сбалансированного питания А. А. Покровского. Оптимальное соотношение основных макроэлементов — кальция, фосфора и магния — должно составлять 1 : 1,3 : 0,5.

3.3. Третий принцип рационального питания

Согласно третьему принципу рационального питания принципиальным для нормального функционирования организма является не только какие продукты питания и в каком количестве потребляет человек, но и то, как и когда происходит это потребление. В основу третьего принципа рационального питания положены четыре основных правила:

• регулярность питания, которая учитывает комплекс факторов, обеспечивающих нормальное пищеварение;
• дробность питания в течение суток, которая должна составлять не менее 3–4 раз в день;
• рациональный подбор продуктов при каждом приеме;
• оптимальное распределение пищи в течение дня, при котором ужин не должен превышать одной трети дневного рациона.

Рекомендуемый режим питания приведен в табл. 6.

Таблица 6. Суточное распределение пищевого рациона (в %)

Режим питания	1-й завтрак	2-й завтрак	Обед	Ужин
Четырехразовое питание	20–3	15–20	15–20	15–20
Трехразовое питание	3	—	45–50	20–25
Питание при малом обеденном перерыве и в летние месяцы в жарком климате	35	—	23	42
Питание при работе в ночную смену	20	—	40–45	25–30

Регулярность питания связана с соблюдением времени приема пищи, при котором у человека формируется рефлекс выделения пищеварительного сока, что обеспечивает нормальное пищеварение и усвоение пищи.

Рациональное распределение пищи в течение дня (дробность питания) по количеству потребляемой пищи и ее энергетической ценности обеспечивает равномерную нагрузку на пищеварительный аппарат и создает условия для своевременного обеспечения организма необходимой энергией и питательными веществами.

Формирование подбора продуктов при каждом приеме должно обеспечивать оптимальные условия для усвоения пищи. Продукты, содержащие белки животного происхождения, рациональнее потреблять в первой половине дня, а молочную и растительную пищу — во второй. В любом случае, при составлении меню необходимо обеспечить разнообразие блюд с учетом сезонных продуктов (зелени, свежих овощей и фруктов).

Оптимальное распределение пищи в течение дня дифференцируется в зависимости от возраста, характера физической активности, распорядка дня. Для людей среднего возраста наиболее рациональным принято четырехразовое питание, для пожилых людей — пятиразовое с промежутками между приемами в 4–5 ч. Менее рациональным является трехразовое питание, при котором увеличивается объем потребляемой пищи и нагрузка на пищеварительный аппарат.

Официальная статистика свидетельствует о тенденции к увеличению числа приемов пищи в течение дня. Эти тенденции особенно ярко проявляются в развитых странах и обусловлены изменениями образа жизни современного человека. У французов, например, количество дневных приемов пищи возросло сегодня до 6, а у некоторых американцев — до 20. Эти тенденции повлекли за собой изменения в упаковке продуктов: наряду с крупной упаковкой появились различные виды мелкой (порционной) расфасовки продуктов, готовых к употреблению, создающие возможность «перекусить» в любое время и в любом месте.

4. Рекомендуемые нормы потребления пищевых веществ и энергии

Согласно принципам рационального питания, чтобы сохранить здоровье на многие годы, человек должен поддерживать баланс энергии, потреблять разнообразный и сбалансированный рацион, соблюдать режим питания.

Разнообразный и сбалансированный рацион не создает проблем в отношении безопасности питания, связанных главным образом с определенным дефицитом или избытком отдельных питательных веществ или их комбинаций.

Дисбаланс питательных веществ занимает второе по значимости место (после микробного заражения) среди наиболее важных потенциальных источников вреда в пищевых продуктах.

Сегодня продолжительное неправильное питание рассматривается как фактор повышения риска наиболее типичных для нашей цивилизации заболеваний взрослого населения. К этим болезням, возникновение и развитие которых связывают с неправильным питанием, относятся:

• раковые заболевания (рак желудочно-кишечного тракта и молочной железы), алиментарными факторами риска которых являются повышенное потребление жиров и соли, а также присутствие в продуктах канцерогенных добавок (нитратов, нитрозаминов, бензпиренов и др.);
• сердечно-сосудистые заболевания, которые связывают с повышенным содержанием холестерина в крови;
• нарушение функций желудочно-кишечного тракта, обусловленное отклонениями в функциях кишечной микрофлоры, низким содержанием в продуктах пищевых волокон;
• остеопорозы — изменение состава костей в преклонном возрасте, связанное с потерей кальция;
• ожирение, обусловленное повышенным потреблением жиров, алкоголя на фоне низкой физической активности.

Анализ основных проблем здоровья, связанных с питанием, свидетельствует о том, что наиболее распространенными являются заболевания, обусловленные дисбалансом основных питательных веществ.

Мероприятия по мониторингу питания различных групп населения России показывают, что в настоящее время основными нарушениями пищевого статуса по макронутриентам являются:

• избыточное потребление животных жиров;
• дефицит полиненасыщенных жирных кислот;
• дефицит полноценных (животных) белков.

Главной стратегией здравоохранения, которая рекомендуется для решения этой проблемы, является разработка национальных норм потребления пищевых веществ и энергии с учетом пищевого статуса, уровня жизни и других национальных и государственных особенностей конкретной страны.

В России такие нормы были разработаны Институтом питания РАМН и утверждены Главным государственным санитарным врачом. Нормы физиологических потребностей для взрослого населения дифференцированы в зависимости от пола, возраста и коэффициента физической активности. Нормативы физиологических потребностей в основных пищевых веществах (макронутриентах) и энергии, утвержденные в 2008 г. в виде Методических рекомендаций (МР 3.1.2432—08), представлены в табл. 7.

Таблица 7. Суточные нормы физиологических потребностей для взрослого населения

Группа	Коэффициент физической активности	Возраст	Энергия, ккал	Белки,г		Жиры, г	Углеводы, г
				Всего	В т.ч. жи­вотные
Мужчины
I	1.4	18-29	2450	72	36	81	358
		30-39	2300	63	34	77	335
		40-59	2100	65	32,5	70	303
II	1,6	18-29	2800	80	40	93	411
		30-39	2650	77	38,5	88	387
		40-59	2500	72	36	83	366
III	1,9	18-29	3300	94	47	ПО	484
		30-39	3150	89	44,5	105	462
		40-59	2950	84	42	98	432
IV	2,2	18-29	3850	108	54	128	566
		30-39	3600	102	51	120	528
		40-59	3400	96	48	113	499
V	2,4	18-29	4200	117	58,5	154	586
		30-39	3950	III	55,5	144	550
		40-59	3750	104	52	137	524
Женщины
I	1,4	18-29	2000	61	30,5	67	289
		30-39	1900	59	29,5	63	274
		40-59	1800	58	29	60	257
II	1,6	18-29	2200	66	33	73	318
		30-39	2150	65	32,5	72	311
		40-59	2100	63	31,5	70	305
III	1.9	18-29	2600	76	38	87	378
		30-39	2550	74	37	85	372
		40-59	2500	72	36	83	366
IV	2,2	18-29	3050	87	43,5	102	462
		30-39	2950	84	42	98	432
		40-59	2850	82	41	95	417
Лица пожилого возраста
Мужчины		60-74	2300	68	34	77	335
		>75	1950	61	33	65	280
Женщины		60-74	1975	61	30,5	66	284
		>75	1700	55	30	57	242

Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии, представляющие собой развитие действовавших в РФ нормативов СССР от 1991 г., базируются на основных положениях Концепции оптимального питания:

• энергетическая ценность рациона человека должна соответствовать энерготратам организма;
• величины потребления основных пищевых веществ — белков, жиров и углеводов — должны находиться в пределах физиологически необходимых соотношений между ними. В рационе предусматриваются физиологически необходимые количества животных белков — источников незаменимых аминокислот, физиологические пропорции ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, оптимальное количество витаминов;
• содержание макроэлементов и эссенциальных микроэлементов должно соответствовать физиологическим потребностям человека;
• содержание минорных и биологически активных веществ в пище должно соответствовать их адекватным уровням потребления.

Из данных таблицы следует, что потребность представителей различных групп в основных питательных веществах, являющихся источниками энергии и пластических материалов, неодинакова и увеличивается от первой к четвертой группе для всех возрастных категорий трудоспособного мужского и женского населения. Физиологические потребности в пищевых веществах и энергии у лиц престарелого и старческого возраста существенно снижены.

С повышением уровня жизни энергетические затраты, а следовательно, и потребность в основных макропитательных веществах должны снижаться. По этой причине нормы физиологических потребностей для жителей, например, Восточной и Западной Европы и жителей Америки отличаются. Наряду с болезнями, обусловленными дисбалансом основных питательных веществ, даже в развитых странах Европы пока сохраняются болезни недостаточности, обусловленные дефицитом в продуктах питания некоторых микронутриентов.

К их числу относятся:

• дефицит большинства витаминов, в том числе провитамина А — β-каротина;
• дефицит минеральных веществ — кальция и железа;
• дефицит микроэлементов — йода, фтора, селена, цинка;
• дефицит пищевых волокон.

Одной из основных причин повышения риска возникновения дефицита микронутриентов является тенденция к снижению потребностей в энергии в связи со снижением уровней физической активности. Как следствие, для поддержания массы тела и предотвращения ожирения человек стремится есть меньше, изменяет сложившийся рацион питания, что влечет за собой снижение общего содержания витаминов и минеральных веществ и возникновение их недостатка.

Для обеспечения здоровья содержание в рационе минеральных веществ и витаминов должно поддерживаться на уровне, соответствующем физиологическим потребностям человека (см. формулу сбалансированного питания в п. 3).

В связи с этим с уменьшением потребности организма в энергии и сокращением количества потребляемой для восстановления энергозатрат пищи должна увеличиваться плотность питательных веществ (отношение витаминов и минеральных веществ в продукте к его энергетической ценности).

К числу приемов поддержания необходимого уровня потребления микронутриентов относятся:

• обогащение нутриентами традиционных продуктов питания (например, витаминизация);
• потребление с пищей мультивитаминных и витаминно-минеральных комплексов.

По последним рекомендациям ВОЗ в обычных условиях наиболее эффективна стратегия первичной профилактики, связанной с увеличением потребления пищевых источников микронутриентов — овощей и фруктов — на фоне повышения физической активности.

5. Пищевой рацион современного человека. Основные группы пищевых продуктов

Пищевой рацион современного человека, определяющий в итоге его здоровье, формируется на базе физиологических потребностей в энергии, в макро- и микронутриентах с учетом трех принципов рационального питания. При этом он так или иначе отражает индивидуальные особенности, экономические возможности и пищевые привычки человека.

По сути, сегодня не существует строгих, нормативно закрепленных правил составления пищевого рациона. Пожалуй, единственным правилом является разнообразие рациона, обеспечивающее все физиологические потребности человека. Общие рекомендации специалистов по формированию пищевого рациона включают:

• потребление разнообразных пищевых продуктов;
• поддержание идеальной массы тела;
• снижение потребления жиров, насыщенных жиров и холестерина;
• повышение потребления высокомолекулярных углеводов (крахмала, клетчатки);
• сокращение потребления сахара;
• сокращение потребления натрия (NaCl).

Последние рекомендации ВОЗ в области продовольственной политики включают следующие положения: а) производство злаковых культур и картофеля должно обеспечить более 50 % поступления энергии; б) производство овощей (включая картофель) и фруктов должно обеспечить их потребление на уровне не менее 400 г в день на человека.

В общем случае в ежедневный рацион должны входить следующие четыре группы продуктов питания:

• мясо, рыба, яйца — источники белков и минеральных веществ;
• картофель, хлеб, крупы и другие продукты из зерновых — источники белков, углеводов;
• молоко и молочные продукты (в том числе йогурты, сыры) — источники белков, углеводов, кальция, витаминов группы В;
• фрукты и овощи — источники витаминов и минеральных веществ.

Примерный набор традиционных пищевых продуктов, обеспечивающий физиологические потребности организма в энергии и основных пищевых веществах, приведен в табл. 8.

Таблица 8. Рекомендуемый набор продуктов для полного удовлетворения потребности организма в энергии и основных веществах

Основные продукты	Kоличество продуктов
	г/день	кг/год
Все хлебопродукты (в переводе на муку)	330	120,4
Kартофель	265	96,7
Овощи и бахчевые	400	146,0
Фрукты свежие	260	94,9
Сухофрукты	10	3,6
Сахар	100	36,5
Масло растительное	20	7,3
Мясо и мясопродукты (в товарном виде)	205	74,8
Рыба и рыбопродукты (в товарном виде)	50	18,2
Сало	5	1,8
Молоко	450	164,2
Масло животное	15	5,5
Творог	20	7,3
Сметана	18	6,6
Сыр	18	6,6
Молоко и молочные продукты (в переводе на молоко)	1090	390,0
Яйца	40	14,6

С изменением потребности в энергии составление рациона должно предусматривать необходимость соответствия уровня микронутриентов физиологическим нормам.

Установлено, что при длительном потреблении пищевого рациона, имеющего энергетическую ценность менее 1500 ккал, оптимальное снабжение организма питательными веществами нарушается.

С учетом тенденций к дальнейшему снижению потребностей человека в энергии пищевой рацион должен обеспечивать необходимый уровень эссенциальных микронутриентов.

В этом аспекте предполагаемая формула пищи XXI в., обеспечивающая оптимальное питание, заключается в постоянном использовании в составе рациона традиционных натуральных пищевых продуктов, продуктов из генетически модифицированных источников с улучшенными потребительскими свойствами и повышенной пищевой ценностью, продуктов с заданными свойствами (функциональных пищевых продуктов), биологически активных добавок к пище — концентратов микронутриентов и ряда минорных непищевых компонентов пищи (нутрицевтиков и парафармацевтиков):

Традиционные продукты (натуральные)  +   Натуральные продукты модифицированного и заданного состава + Биологически активные добавки (нутрицевтики, парафармацевтики)

Практическим решением этой формулы является концепция здорового питания.

6. Концепция здорового питания. Функциональные ингредиенты и продукты

Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1873-р от 25 октября 2010 г. были утверждены «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года». По определению, под государственной политикой в области здорового питания понимается комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение в соответствии с требованиями медицинской науки потребностей различных групп населения в здоровом питании с учетом их традиций, привычек и экономического положения.

Запланированный комплекс мероприятий является логическим продолжением и развитием «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года», принятой Постановлением Правительства РФ от 10 августа 1998 г. № 917, реализация которой включала принятие региональных программ, направленных на улучшение структуры питания населения, а также организацию центров оздоровительного питания.

Здоровое питание — питание, удовлетворяющее потребности организма в энергии и пищевых веществах, а также способствующее профилактике хронических неинфекционных заболеваний, сохранению здоровья и долголетия.

Однако, как отмечено в документе «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года», несмотря на положительные тенденции в питании населения, смертность от хронических болезней, развитие которых в значительной степени связано с алиментарным фактором, остается значительно выше, чем в большинстве европейских стран. Этот факт свидетельствует о необходимости развития программ, направленных на оптимизацию питания населения.

Цель государственной политики в области здорового питания — сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, обусловленных неполноценным и несбалансированным питанием. Достижение этой цели связано, в частности, с развитием производства функциональных пищевых продуктов, в том числе продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами.

История появления функциональных пищевых продуктов за рубежом связана с развитием концепции позитивного (функционального) питания, которая была сформулирована в начале 1980-х гг. в Японии как попытка создания системы официального одобрения пищевых продуктов, содержащих специфические (функциональные) ингредиенты с доказанным полезным влиянием на здоровье человека.

Функциональные продукты (сокращенное название термина «физиологически функциональные пищевые продукты»), то есть продукты, содержащие ингредиенты, которые приносят пользу здоровью человека, повышают его сопротивляемость заболеваниям, способны улучшить многие физиологические процессы в организме человека, позволяя ему долгое время сохранять активный образ жизни. Положительное влияние функциональных продуктов на здоровье включает:

• уменьшение уровня холестерина в крови;
• сохранение здоровых зубов и костей;
• обеспечение энергией;
• уменьшение заболеваний некоторыми формами рака.

Эти продукты предназначены для широкого круга потребителей и имеют вид обычной пищи. Они могут и должны потребляться регулярно в составе нормального рациона питания.

Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые качества, физиологическое воздействие. Традиционные продукты, в отличие от функциональных, характеризуются только первыми двумя составляющими. По сравнению с обычными повседневными продуктами, функциональные должны быть полезными для здоровья, безопасными с позиций сбалансированного питания и питательной ценности продуктов. Важно отметить, что эти требования относятся к продукту в целом, а не только к отдельным его ингредиентам.

Продукты здорового питания не являются лекарствами и не могут излечивать, но помогают предупредить болезни и старение организма в сложившейся экологической обстановке. Место позитивного питания исследователи определяют как среднее между обычным, когда человек ест то, что он хочет или может с целью насытить организм, и лечебным питанием, предназначенным для больных людей.

Функциональные ингредиенты. Все продукты позитивного питания содержат ингредиенты, придающие им функциональные свойства. По теории Д. Поттера на сегодняшнем этапе развития рынка эффективно используются следующие основные виды функциональных ингредиентов:

• пищевые волокна (растворимые и нерастворимые);
• витамины (А, группы В, D и т. д.);
• минеральные вещества (кальций, железо);
• полиненасыщенные жиры (растительные масла, рыбий жир, ω-3- и ω-6-жирные кислоты);
• антиоксиданты: β-каротин, витамин С (аскорбиновая кислота) и витамин Е (α-токоферол);
• пробиотики (препараты живых микроорганизмов);
• пребиотики (олигосахариды как субстрат для полезных бактерий).

Представление о физиологическом воздействии основных видов функциональных ингредиентов дает табл. 9.

Таблица 9. Эффекты физиологического воздействия функциональных ингредиентов

Факторы риска	Возрастные заболевания	Пищевые ингредиенты с защитными функциями
Kурение; повышенное давление; повышенное содержание холестерина; низкий уровень антиоксидантов (витаминов Е и С) в пище	Сердечнососудистые	Линолевая кислота; -3жирные кислоты; витаминыантиоксиданты; флавоноиды; фолаты; пищевые волокна; минеральные вещества
Потребление сверхжирной пищи, вяленого, соленого, копченого мяса, содержащих нитрозамины, полициклические углеводороды; недостаточное количество фруктов и овощей (витаминов, пищевых волокон)	Рак	Витамин С; -каротин; пищевые волокна; фитоэлементы; витамин D; кальций
Наследственность, избыточный вес, вирусная инфекция; потребление избыточного количества сахара, молочных белков	Сахарный диабет	Пищевые волокна; витамин D; хром
Повышенное давление; избыточное количество поваренной соли, насыщенных жирных кислот в пище	Инсульт	Витамин Е; -3жирные кислоты; витамин А; флавоноиды
Солнечная радиация, плохая экология; диабет, галактоземические расстройства; употребление некоторых лекарств	Kатаракта	Витамин С; каротиноиды; витамины группы В
Недостаток физической активности; пониженное содержание эстрогена, кальция в организме	Остеопороз	Kальций; витамин K; витамины С, В6, D; фосфор, бор, магний
Свободные радикалы, алюминий, пестициды; употребление некоторых лекарств	Болезни мозга и нервной системы, (в т. ч. болезнь Паркинсона)	Витаминыантиоксиданты
Избыточное потребление высококалорийной пищи, нарушение оптимального соотношения нутриентов	Ожирение	Пищевые волокна; витамины; минеральные вещества

Функциональные свойства пищевых волокон связаны в основном с работой желудочно-кишечного тракта. Специфические физиологические свойства пищевых волокон описаны ниже. Пища, богатая волокнами, оказывает положительное воздействие на процессы пищеварения и, следовательно, уменьшает риск возникновения заболеваний, связанных с этими процессами, например рака кишечника. Развитие рака — комплексный процесс с многочисленными факторами. Пищевые волокна увеличивают объем каловых масс посредством разбавления их содержимого. Это ведет к уменьшению взаимодействия канцерогенных продуктов метаболизма со слизистой оболочкой кишечника.

Растворимые и нерастворимые волокна увеличивают ощущение сытости, так как пища, обогащенная волокнами, требует более длительного времени для пережевывания и переваривания, тем самым вызывая большее выделение слюны и желудочного сока. Удовлетворение чувства голода предотвращает избыточное потребление пищи, связанное с ожирением. Установлено, что растворимые волокна, особенно пектин, оказывают положительное действие на обмен холестерина в организме. Одним из возможных объяснений эффекта снижения уровня холестерина является то, что растворимые волокна способствуют экстрагированию желчных кислот и увеличивают их выделение из организма.

Волокна имеют большое практическое значение при профилактике такого заболевания, как сахарный диабет. Употребление жирной и сладкой пищи, что типично для нашего общества, ведет к повышению массы тела, предваряя развитие диабета.

Употребление в пищу продуктов, содержащих волокна, положительно влияет на состояние зубов и полости рта. Более длительный процесс пережевывания такой пищи способствует удалению бактериального налета, имеющегося на зубах. Высоковолокнистая пища содержит меньшее количество сахаров, чем продукты, богатые углеводами и жирами, что также способствует уменьшению риска образования кариеса.

Специфические области физиологического воздействия пищевых волокон показаны на рис. 10.

Рис. 10. Специфические области физиологического воздействия волокон

Витамины и антиоксидант ы, к которым относятся витамины А, С, Е, витамины группы В и провитамин А — β-каротин, являясь функциональными ингредиентами, играют важную роль в позитивном питании.

Они участвуют в метаболизме, укрепляют иммунную систему организма, помогают предупредить такие заболевания, как цинга и бери-бери.

К антиоксидантам относятся β-каротин и витамины С и Е. Антиоксиданты замедляют процессы окисления ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов, путем взаимодействия с кислородом, а также разрушают уже образовавшиеся пероксиды.

Действие пищевых антиоксидантов основано на их способности образовывать малоактивные радикалы, прерывая реакцию автоокисления по схеме: АН + R· → А· + RH, А· + R· → AR

Таким образом, антиоксиданты защищают организм человека от свободных радикалов, проявляя антиканцерогенное действие, а также блокируют активные перекисные радикалы, замедляя процесс старения.

Функциональные свойства антиоксидантов и витаминов показаны на рис. 11.

Минеральные вещества как функциональные ингредиенты обладают следующими свойствами:

• натрий стабилизирует осмотическое давление межклеточной жидкости, улучшает работу мышц;
• калий играет важную роль в метаболизме клетки, способствует нервно-мышечной деятельности, регулирует внутриклеточное осмотическое давление, улучшает работу мышц;
• магний активизирует деятельность ферментов и нервно-мышечную деятельность, снижает риск атеросклероза;
• кальций способствует работе клеточных мембран, ферментативной активности, участвует в строении костной ткани;
• фосфор участвует в строении костных тканей, способствует функционированию нервных клеток, работе ферментов и метаболизму клетки;
• цинк способствует росту организма, участвует в работе металлоферментов;
• селен активизирует иммунную систему, является детоксикантом, участвует в контроле свободных радикалов;
• йод регулирует количество гормонов щитовидной железы (противозобное средство);
• железо участвует в кроветворении, переносит кислород.

Рис. 11. Области физиологического воздействия витаминов и антиоксидантов

Полиненасыщенные жирные кислоты особенно усиленно изучались учеными в течение последних 20 лет.

Установлено, что наиболее эффективными функциональными ингредиентами этой группы являются ненасыщенные жирные кислоты с расположением первой двойной связи, считая от СН3-группы, между третьим и четвертым углеродными атомами — омега-3-жирные кислоты. К таким кислотам относятся линоленовая, эйкозапентаеновая и докозагексаеновая. Ненасыщенные жирные кислоты получаются при расщеплении липопротеинов низкой плотности, холестерина, предотвращают агрегацию кровяных тел и образование тромбов, снимают воспалительные процессы и т.д. Функциональные свойства полиненасыщенных жирных кислот показаны на рис. 12.

Пробиотики — препараты и продукты питания, в состав которых входят вещества микробного и немикробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения (с пищей) благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма человека через оптимизацию его микроэкологического статуса (кишечную микрофлору).

Рис. 12. Основные направления физиологического воздействия полиненасыщенных жирных кислот в снижении риска заболеваний

Пробиотическими эффектами обладают, в частности, различные виды бифидо- и лактобактерий.

Пробиотики принадлежат к функциональным ингредиентам комплексного воздействия. Система «организм человека–кишечная микрофлора» способна к саморегуляции. Однако в настоящее время известно большое число факторов, превышающих компенсаторные возможности микроэкологической системы. К их числу относятся фармакологические препараты, промышленные яды, пестициды, радиация, стрессовые состояния и т.п.

Дисбаланс микробной экологии человека приводит к тяжелым заболеваниям как желудочно-кишечного тракта, так и организма в целом. Пробиотики помогают восстановить и поддерживать нормальную микрофлору организма, обладают многофакторным регулирующим и стимулирующим воздействием, они являются для организма источником незаменимых аминокислот, в том числе триптофана, снижают уровень холестерина в крови.

Основные физико-химические эффекты пробиотиков включают:

• профилактику и лечение инфекционных заболеваний кишечника;
• профилактику ревматоидных артритов;
• профилактику аллергических заболеваний;
• предупреждение стрессовых состояний;
• проявление гипохолестеринемической эффективности.

Максимальный положительный эффект на организм человека оказывают продукты, содержащие живые бифидобактерии в количестве не менее 107 КОЕ/мл.

К важнейшим свойствам пробиотиков относятся их антиканцерогенная и антимутагенная активности.

Пребиотики — пищевые добавки немикробного происхождения, неперевариваемые в кишечнике человека и способные оказывать благоприятный эффект на его организм через селективную стимуляцию роста и активности микрофлоры (бифидогенные факторы).

К бифидогенным факторам относятся различные олигосахариды (углеводы, содержащие от 2 до 10 остатков моносахаридов) из медового сиропа, хлопковых семян, различных зерен.

Максимальный физиологический эффект достигается при комбинации пробиотиков и пребиотиков.

Требования к функциональным ингредиентам. Ингредиенты, придающие продуктам функциональные свойства, должны соответствовать следующим требованиям:

• быть полезными для питания и здоровья (полезные качества должны быть научно обоснованы, а ежедневные дозы одобрены специалистами);
• быть безопасными с точки зрения сбалансированного питания;
• иметь точные физико-химические показатели и точные методики их определения;
• не снижать питательную ценность пищевых продуктов;
• употребляться перорально (как обычная пища);
• иметь вид обычной пищи (не выпускаться в таких лекарственных формах, как таблетки, капсулы, порошки);
• быть натуральными.

Функциональные пищевые продукты. В основе создания функциональных пищевых продуктов лежит модификация составов традиционных продуктов, обеспечивающая повышение содержания в них полезных ингредиентов до уровня, соотносимого с физиологическими нормами их потребления.

С учетом способа модификации продукта, обеспечивающего проявление им физиологически функциональных свойств, функциональные пищевые продукты подразделяются на следующие разновидности:

• натуральные продукты, естественно содержащие требуемые количества функционального ингредиента или группы ингредиентов;
• натуральные продукты, из которых удален компонент, препятствующий проявлению физиологической активности присутствующих в них функциональных ингредиентов;
• натуральные продукты, в которых исходные потенциальные функциональные ингредиенты модифицированы таким образом, что они начинают проявлять свою биологическую или физиологическую активность или эта активность усиливается;
• натуральные пищевые продукты, в которых в результате тех или иных модификаций биоусвояемость входящих в них функциональных ингредиентов увеличивается;
• натуральные продукты, дополнительно обогащенные каким-либо функциональным ингредиентом или группой ингредиентов;
• натуральные или искусственные продукты, которые в результате применения комбинации вышеуказанных технологических приемов приобретают способность сохранять и улучшать здоровье человека и (или) снижать риск возникновения заболеваний.

Сегодня наиболее активно развивается направление обогащенных пищевых продуктов, которые вошли в число самых популярных объектов инновационных разработок во всем мире.

Пищевая технология значительно продвинулась в обогащении продуктов и изделий многими необходимыми микронутриентами — витаминами, минеральными веществами, пищевыми волокнами, аминокислотами, полиненасыщенными жирными кислотами.

В соответствии с Гигиеническими требованиями безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов (СанПиН 3.2.1078—01, Дополнение № 22), обогащение пищевых продуктов с целью улучшения пищевого статуса населения (предотвращения и ликвидации имеющегося дефицита витаминов, макро- и микроэлементов) осуществляется путем добавления одного или нескольких микронутриентов в количестве, обеспечивающем удовлетворение за счет данного продукта при обычном уровне его потребления (усредненная суточная порция) от 15 до 50 % от физиологической нормы. Обогащению подлежат пищевые продукты массового потребления, используемые регулярно и повсеместно в повседневном питании взрослого населения и детей старше 3 лет, а также продукты, подвергающиеся рафинированию и иным технологическим воздействиям, приводящим к существенным потерям витаминов, минеральных веществ и других микронутриентов. Критериями выбора перечня обогащающих микронутриентов, их доз и форм являются безопасность, полезность и эффективность для улучшения пищевого статуса.

Методология проектирования составов таких продуктов связана с выбором сочетаний и видов ингредиентов, которые обеспечивают максимальную эффективность этих веществ с учетом их химической стабильности в процессе производства и хранения продукта, потенциального взаимодействия ингредиентов между собой и с другими ингредиентами пищи в составе продукта, способов и стадий их внесения в пищевую систему.

Технологическими задачами разработки продуктов функционального назначения являются выбор обогащающих ингредиентов или их комбинаций (смесей), их количеств и соотношений в смеси, исследование влияния обогащающих ингредиентов или их смесей на свойства полуфабриката и качество готового изделия, выбор стадии, способа и формы введения функционального ингредиента в продукт и внесение уточнений и изменений параметров отдельных стадий процесса получения готового продукта. Таким образом, создание функционального пищевого продукта связано с существенной модификацией, которой подвергается как состав продукта, так и способ его получения. Совокупность этих модификаций и составляет новую технологию продукта.

При этом одним из значимых технологических рисков при обогащении пищевых продуктов, которым сопровождается модификация рецептурного состава, является изменение органолептических свойств, что становится критической контрольной точкой при проектировании функциональных пищевых продуктов. С учетом этих изменений восстановление традиционных или формирование новых потребительских свойств пищевого продукта также является элементом новой технологии.

В настоящее время выпускаются пять групп функциональных пищевых продуктов: хлеб и хлебобулочные изделия, готовые зерновые завтраки, молочные продукты, растительные масла и эмульсионные жировые продукты, соки и безалкогольные напитки.

Функциональные ингредиенты, типичные для этих видов пищевых продуктов, перечислены в табл. 10.

Таблица 10. Пищевые продукты — природные источники функциональных ингредиентов

Продукт	Ингредиенты
Продукты на основе злаков (хлеб, хлебобулочные изделия, зерновые завтраки) Молочные продукты Растительные масла и продукты на их основе Соки и безалкогольные напитки	Пищевые волокна; витамины А, Е, В; кальций; фитоэлементы Кальций; рибофлавин (витамин В); молочнокислые штаммы ацидофилов и бифидум лактобактерий; пептиды; линолевая кислота Линолевая кислота; линоленовая кислота; омега-Зжирные кислоты; витамины Витамины С и В; p-каротин; растворимые пищевые волокна; фитоэлементы

Продукты на основе злаков (хлеб, хлебобулочные изделия, зерновые завтраки) полезны для здоровья благодаря содержанию в них растворимых и нерастворимых пищевых волокон, которые, как известно, уменьшая уровень холестерина, способствуют снижению риска сердечно-сосудистых заболеваний, а также стабилизируют пищеварительные функции организма, предупреждая заболевания желудочно-кишечного тракта.

Основные тенденции изменения традиционных рецептурных составов продуктов с целью улучшения здоровья населения включают использование цельного зерна, обогащение растительными источниками и очищенными препаратами пищевых волокон, обогащение витаминами и минеральными веществами, повышение содержания белка, введение антиоксидантов, использование экстрактов растений.

Молочные продукты — ценный источник таких функциональных ингредиентов, как кальций и рибофлавин. Их функциональные свойства могут быть повышены добавлением витаминов A, D, Е, β-каротина, макро- и микроэлементов (кальция, магния, железа, йода), белка, а также пищевых волокон (пектина, инулина, гуммиарабика и др.) и бифидобактерий. К функциональным продуктам могут быть отнесены: молоко и ферментированные молочные продукты с пониженным содержанием жира; ферментированные молочные продукты, содержащие живые микроорганизмы (биойогурты и другие родственные им продукты); молоко и ферментированные молочные продукты, обогащенные различными функциональными ингредиентами, такими как витамины, минеральные вещества и их премиксы, пищевые волокна. Функциональные молочные продукты могут быть эффективны при предупреждении сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных заболеваний, остеопороза, рака и других заболеваний.

Растительные масла, масла на негидрированной растительной жировой основе, эмульсионные масложировые продукты различного типа — главные источники полиненасыщенных жирных кислот. Они способствуют предупреждению сердечно-сосудистых заболеваний. Для усиления функционального действия в их состав могут быть введены такие ингредиенты, как витамины А, D, Е, фитостерины, некоторые виды растворимых пищевых волокон, дополнительные источники полиненасыщенных жирных кислот, некоторые триацилглицерины. Эти продукты при снижении массовой доли жира в их составе эффективны также для предупреждения ожирения.

К функциональным жировым продуктам можно отнести специальные смеси растительных масел сбалансированного жирно-кислотного состава по ω-3 и ω-6 кислотам и спреды пониженной калорийности, не содержащие источников трансизомерных кислот и холестерина, обогащенные витаминами, фитостеринами.

Напитки являются самым технологичным продуктом для создания новых видов функционального питания, поскольку введение в них новых функциональных ингредиентов не представляет большой сложности. К категории функциональных относятся: соки прямого отжима; восстановленные соки, нектары и напитки, обогащенные функциональными ингредиентами (витаминами, минералами, витаминно-минеральными премиксами, пищевыми волокнами, растительными экстрактами); напитки, полученные комбинированием различных основ. Обогащенные витаминами, микроэлементами, пищевыми волокнами напитки могут использоваться для предупреждения сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваний, рака и других болезней, а также интоксикаций разного вида.