Углеводы: всё, что нужно знать

Рис. 1. Примеры моно- и дисахаридов

Содержатся простые углеводы во многих фруктах, некоторых овощах, мёде. Как добавки для подслащения вкуса они широко используются в кондитерских изделиях и выпечке, сладких соках, газировках и энергетиках.

Глюкоза: зачем она нужна организму?

Углеводы отвечают за обеспечение нескольких важных функций организма, главная из которых — энергетическая. Глюкоза — основное топливо для многих биохимических и физиологических процессов, и чтобы эти процессы протекали бесперебойно, топливо всегда должно быть «под рукой». Поэтому растения и животные научились запасать глюкозу, создавая из простых молекул сложные, длинные, разветвленные полимерные структуры. У растений такой полимер называется крахмалом, у животных — гликогеном. Эти полимеры немного различаются по структуре, но выполняют одну и ту же функцию: обеспечивают длительное хранение глюкозы.

Если растения умеют создавать глюкозу буквально из ничего (благодаря способности к фотосинтезу им нужны лишь свет, вода и углекислый газ), то животные  (а значит, и мы) для обеспечения себя глюкозой должны получать углеводы извне, с пищей, или, в случае их дефицита, запускать сложные цепочки биохимических превращений, синтезируя глюкозу из белков, глицерина и других неуглеводных соединений.

Когда мы едим что-то углеводное, пищеварительная система начинает работать, расщепляя поли- и дисахариды на более простые молекулы моносахаридов: в основном это глюкоза, фруктоза и галактоза. Данный процесс начинается во рту с помощью фермента амилазы, которую выделяют слюнные железы, и продолжается в тонком кишечнике, где расщепление завершается. Далее молекулы моносахаридов всасываются через стенки тонкого кишечника и попадают в кровоток, откуда разносятся с кровью по организму. Фруктоза и галактоза в печени превращаются в глюкозу.

Попав в клетку, глюкоза включается в серию биохимических процессов — гликолиз (расщепление глюкозы) и цикл Кребса, которые обеспечивают клетку главной энергетической «валютой» — аденозинтрифосфатом (АТФ), необходимым для реализации бесчисленных клеточных функций. 

Этот процесс производства энергии происходит практически в каждой клетке нашего тела. Многие ткани и органы для получения энергии могут использовать другие источники (жиры), но некоторые в очень большой степени или даже полностью зависят только от глюкозы. Это, например, центральная нервная система, обеспечивающая общее управление организмом, и красные кровяные тельца, эритроциты, переносящие кислород. Нейроны головного мозга почти не используют жиры из-за наличия сложной «пропускной системы», которая называется гематоэнцефалическим барьером — часть жирных кислот через него не проходит, другие проходят медленно. Кроме того, нейронам для проведения импульса нужна мгновенная энергия, а глюкоза расщепляется намного быстрее, чем жирные кислоты. Как следствие, головной мозг потребляет больше всего глюкозы, в среднем 5,6 мг / 100 г ткани в минуту, или более 100 г в сутки. 

Эритроциты же, будучи узкоспециализированными клетками, вообще лишены митохондрий — структур, где расщепляются жиры. Потребление глюкозы всей эритроцитарной массой достигает 25 г в сутки. 

Поддержание нормального уровня глюкозы в крови

Мозг отслеживает и тщательно контролирует концентрацию глюкозы в крови, удерживая её в строгих пределах. Этот баланс жизненно важен для выработки энергии, поддержания работы нервной системы и нормального физического состояния. В ответ на сигналы из ЦНС поджелудочная железа корректирует уровень сахара с помощью гормонов. После еды, когда концентрация глюкозы в крови повышается, бета-клетки поджелудочной железы выделяют гормон инсулин. Он связывается с определенными рецепторами, что активирует транспортные белки, которые переносят глюкозу сквозь клеточную мембрану в цитоплазму. Благодаря этому механизму сахар из крови переходит в мышцы, печень и другие ткани, а его уровень в крови снижается.

 При голоде или между приёмами пищи концентрация глюкозы в крови падает, и альфа-клетки поджелудочной железы производят гормон глюкагон. Он даёт сигнал печени расщепить запасы гликогена и «выпустить» глюкозу обратно в кровь, чтобы поднять её уровень.

Эти два гормона уравновешивают друг друга, поддерживая тонкий баланс. Их слаженное взаимодействие гарантирует, что клетки тела всегда будут получать необходимое количество энергии, а уровень сахара в крови будет оставаться в безопасных пределах.

Разные продукты по-разному влияют на уровень сахара в крови. Одни повышают его быстро и сильно, другие — медленно и слабо. Существует такой параметр, как гликемический индекс (ГИ); он показывает, насколько резко употребление того или иного продукта поднимает сахар в крови по сравнению с чистой глюкозой. Чем ниже гликемический индекс, тем лучше продукт позволяет контролировать уровень сахара в крови при диабете. Но исследования показывают, что если нет диабета или нарушения толерантности к глюкозе (преддиабета), то учет ГИ не приносит дополнительной пользы по сравнению с обычным сбалансированным рационом: здоровым людям достаточно избегать избытка калорий и избытка углеводов, особенно простых.

Таблица 1. Гликемический индекс некоторых продуктов

Гликоген

Если глюкоза не израсходовалась полностью, наше тело запасает её в виде гликогена. В некотором роде это такая «энергетическая кладовка»; когда нам нужно быстро получить энергию — например, на тренировке — организм берёт глюкозу из этих запасов.

Важным местом хранения гликогена является печень, где его может запасаться до 100 и более грамм. Если уровень глюкозы в крови падает (например, когда человек голоден), печень расщепляет гликоген и выбрасывает глюкозу в кровь, откуда ее забирают нуждающиеся в энергии ткани и органы. 

Другое важное место хранения — мышцы, и поскольку масса скелетной мускулатуры может составлять до 50% от всей массы тела, гликогена здесь может хранится много, до 300 и даже 500 г. Во время физической нагрузки мышцы интенсивно расходуют собственные запасы гликогена. Скорость его расщепления определяется объемом и интенсивностью работы, а также уровнем тренированности спортсмена. Например, за двухчасовую высокоинтенсивную тренировку мышцы могут израсходовать до 13,5 г гликогена на 1 кг мышечной массы. При этом всю высвобождаемую глюкозу работающая мышца использует только для удовлетворения собственных энергетических потребностей: она не отдает глюкозу другим тканям (в том числе другим мышцам), что обеспечивает максимальную эффективность мышечных сокращений.

Нормы потребления углеводов для разных групп населения

Чтобы все органы и ткани нашего тела функционировали бесперебойно, важно получать достаточное количество углеводов с пищей. Общие рекомендации ВОЗ и FDA таковы. 

Минимальная доза углеводов, необходимая для работы мозга и эритроцитов, составляет порядка 130 г/сутки. Оптимальная рекомендуемая доза зависит от физической активности:

• низкая активность — 3‒5 г/кг веса тела;

• регулярные тренировки или физическая работа — 5‒7 г/кг;

• тяжелые/частые тренировки или тяжелая физическая работа — 7‒10 г/кг и более.

При этом на добавленный сахар (тот, который добавили к напиткам и продуктам в процессе их приготовления) должно приходиться не более 5% от суточного калоража.

В рационе спортсменов количество углеводов зависит от вида спорта, интенсивности и длительности нагрузок, спортивных целей (набор массы, развитие выносливости, похудение).

Для спортсменов-силовиков (бодибилдинг, пауэрлифтинг) рекомендуется 5‒7 грамм углеводов на 1 кг веса тела в день. Например, атлету весом 80 кг нужно 400‒560 г/сут. В дни тяжелых тренировок норма увеличивается, в дни отдыха — немного снижается.

Для спортсменов, развивающих выносливость (марафонцы, триатлеты, велосипедисты), потребность выше — 7‒10 г на 1 кг веса. При длительных нагрузках (более 1,5‒2 часов) важно поддерживать уровень глюкозы в крови во время тренировки с помощью спортивных напитков, гелей и т. п.

В период «сушки» количество углеводов часто сокращают, чтобы организм активнее сжигал жир. Однако слишком резкое снижение может привести к тому, что организм замедлит метаболизм и начнет сжигать мышцы.

Таблица 2. Нормы потребления углеводов

Клетчатка

Моно-, дисахариды и часть сложных углеводов усваиваются и служат источником энергии. Однако есть сложные углеводы, а также другие вещества растительного происхождения, которые чрезвычайно важны для нашего здоровья, но не усваиваются организмом, и их энергетическая ценность равна или почти равна нулю. Речь идет о клетчатке, или пищевых волокнах.

По химическим свойствам клетчатка делится на растворимую и нерастворимую, а по способности быть переработанной микробами кишечника — на ферментируемую и неферментируемую.

Растворимая клетчатка при взаимодействии с водой образует гелеобразную массу. Практически все виды такой клетчатки ферментируются, то есть перевариваются бактериями толстого кишечника. В результате образуются различные продукты метаболизма, и в том числе короткоцепочечные жирные кислоты, которые снабжают энергией клетки толстой кишки, оказывают противовоспалительное действие, подавляют аппетит за счет влияния на выработку гормонов сытости и даже улучшают чувствительность к инсулину, снижая риск диабета 2-го типа. Содержится растворимая клетчатка в овсянке, ячмене, бобовых, корнеплодах, яблоках, цитрусовых и других фруктах, где представлена такими веществами как инулин, пектины, камеди и пр.

Шелуха семян подорожника, или псиллиум — растворимая, но не ферментируемая бактериями клетчатка, благодаря чему она не вызывает вздутия живота и широко используется в качестве слабительного, в том числе для облегчения симптомов при синдроме раздраженного кишечника. Кроме того, псиллиум абсорбирует жиры, замедляя их всасывание, и тем самым снижает уровень холестерина в крови, а также способствует похудению. 

Нерастворимая клетчатка — это грубые пищевые волокна, которые в воде не растворяются, а только набухают. К ним, например, относится полисахарид целлюлоза — главный структурный компонент клеточных стенок, который отвечает за поддержание формы и механическую прочность клеток. 

Нерастворимая клетчатка проходит через желудок и тонкий кишечник в почти неизмененном виде, но в толстом кишечнике некоторые виды волокон — часть гемицеллюлоз, резистентные (то есть устойчивые к перевариванию) крахмалы — все же частично ферментируются бактериями. Волокон этого типа много в картофеле, зеленых бананах, зерновых и бобовых. Другие виды нерастворимой клетчатки, — например, целлюлоза и лигнин, источниками которых являются цельнозерновые продукты, отруби, корнеплоды, — бактериями почти не перерабатываются.

Польза нерастворимой клетчатки заключается в том, что она абсорбирует воду, увеличивая объем кишечного содержимого; благодаря этому приходит в норму перистальтика кишечника и снижается риск запоров. Также она связывает тяжелые металлы и некоторые другие токсичные вещества. 

Все виды клетчатки увеличивают объем пищевого комка, ускоряя насыщение. Кроме того, абсорбируя питательные вещества, они замедляют их всасывание в кровь, что продлевает чувство сытости. Все это помогает контролировать вес.

Таблица 3. Виды клетчатки

Польза клетчатки: свежие данные

Хотя роль клетчатки в пищеварении хорошо изучена, последние данные говорят о том, что мы её по-прежнему недооцениваем. В свежих обзорах, опубликованных в 2023‒24 годах, на основе анализа большого количества качественных исследований сообщается, что добавление всего лишь 10 г клетчатки в день снижает риск смертности от всех болезней на 10%, в частности, от ишемической болезни сердца — на 14%, от инсульта — на 12%. Употребление клетчатки (из овощей и отрубей) в количестве 30 г в день снижает риск диабета на 24%, а приём большого количества клетчатки из злаков уменьшает риск колоректального рака на 22%. В голландском исследовании 2023 года ученые показали, что люди, потребляющие от 25 г клетчатки в день, имеют на 23% меньший риск ожирения, а в японском исследовании того же года продемонстрировано, что высокое потребление клетчатки уменьшает риск развития деменции.

Всё это говорит о том, что потребление клетчатки очень сильно влияет на состояние нашего здоровья, и польза от неё сопоставима с пользой регулярных физических нагрузок. Если в вашем рационе не хватает клетчатки, никакие диеты и пищевые добавки не спасут ситуацию.

Нормы потребления клетчатки

Сколько клетчатки нужно есть каждый день, и из каких продуктов её лучше получать? Рекомендации зависят от возраста, пола и уровня физической активности. В среднем, по мнению ВОЗ и ряда диетологов, минимальное потребление клетчатки должно составлять не менее 25 г/сут, оптимальное — 30‒38 г/сут. Однако средний человек ест всего 10‒20 г/сут, т. е. намного меньше, чем нужно. Главные причины в том, что в нашем рационе мало цельных продуктов, в том числе бобовых и злаков, а хлеб, макароны, сладости и снеки клетчатки почти не содержат. Кроме того, часто на столе не хватает овощей и фруктов: многие едят их в лучшем случае 1‒2 раза в день, а нужно 4‒5 порций; причем одних только овощей, по рекомендациям ВОЗ, должно быть не менее 400 г/сут.

Недостаток и избыток углеводов: последствия

Дисбаланс углеводов в рационе может серьезно влиять на здоровье. Разберем последствия как дефицита, так и избытка углеводов.

Дефицит

При потреблении углеводов ниже рекомендуемой нормы организм начинает адаптироваться. Активизируется «внутреннее производство» глюкозы — глюконеогенез: организм берёт неуглеводные вещества (аминокислоты из белков, глицерин из жиров, лактат и пр.) и превращает их в глюкозу. При крайне низком потреблении углеводов (менее 50 г/сут) печень начинает производить так называемые кетоновые тела, которые некоторые ткани и органы способны использовать вместо глюкозы для энергообеспечения. 

Но несмотря на эти адаптации, длительный дефицит углеводов серьезно сказывается на состоянии здоровья. Он ведет к потере мышечной массы, деминерализации костей, нарушению работы печени и почек, увеличению в крови уровня «плохого» холестерина (липопротеинов низкой плотности). Снижаются когнитивные функции, усиливается раздражительность и тревожность, учащаются нарушения сна.

Недостаток клетчатки, особенно ферментируемой, приводит к нарушениям пищеварения, дисбактериозу и снижению иммунитета, так как полезные бактерии кишечника лишаются питания.

Избыток 

В современном мире, где рафинированные сахара и быстрые углеводы доступны повсеместно, чрезмерное потребление углеводов стало настоящим бичом, загоняющим человека в «объятия» ожирения, диабета и других метаболических заболеваний.

Избыток углеводов редко связан с высоким потреблением овощей и зелени. Как правило, мы переедаем «вкусненьким»: это кондитерские изделия, сладкие напитки, другие продукты с добавленным сахаром. Их избыточное потребление может негативно влиять на здоровье. При этом на данный момент нет надежных доказательств, что сахар является прямой причиной ожирения, диабета или сердечно-сосудистых заболеваний. Сейчас считается, что его влияние опосредовано: многие научные исследования показывают, что проблема не в самом сахаре, а в его количестве. Точнее, в том, что избыток простых углеводов провоцирует переедание. Сладкие продукты имеют высокую калорийность, но насыщают ненадолго: они вызывают мощный выброс инсулина, который быстро снижает концентрацию глюкозы в крови, после чего мы снова начинаем испытывать голод. В результате увлечение сладостями легко приводит к превышению суточной нормы калорий и развитию ожирения. Жир откладывается не только под кожей, но и в печени, мышцах, вокруг внутренних органов (висцеральный жир). Работа печени нарушается, меняется липидный состав крови, жировая ткань выделяет в кровь различные биологически активные вещества. Все это влияет на чувствительность инсулиновых рецепторов, вызывает повреждение стенок сосудов и т. д.

Как избежать переедания углеводов?

Выбирайте продукты с высоким содержанием сложных углеводов: гречку, овсянку, киноа, перловку, коричневый рис. Не забывайте про бобовые — чечевицу, фасоль. Потребляйте больше клетчатки — она замедляет всасывание сахаров. Вместо сладостей и мороженого ешьте фрукты и ягоды, например, яблоки, бананы, вишню, голубику — но не более 2‒3 порций в день. Проверяйте продукты (соусы, йогурты, напитки) на содержание «скрытого» сахара — то есть такого, который незаметно добавляют в продукты, даже в те, которые не кажутся сладкими. Производители используют разные названия сахара: патока, мальтоза, глюкозо-фруктозный сироп, меласса и пр. Из-за этого потребители часто не догадываются, сколько сахара на самом деле потребляют. Добавляйте в рацион больше белка — это уменьшит тягу к сладкому и замедлит всасывание углеводов. 

Разовый перебор простых углеводов не страшен: просто сделайте следующий прием пищи белково-овощным.

Углеводы не враг, но их избыток ведет к серьезным проблемам. Баланс и осознанное питание — ключ к здоровью!