Путь углеводов по желудочно кишечному тракту

Потребность в углеводах взрослого организма составляет 350-400 г в сутки, при этом целлюлозы и других пищевых волокон должно быть не менее 30-40 г.

С пищей в основном поступают крахмал, гликоген, целлюлоза, сахароза, лактоза, мальтоза, глюкоза и фруктоза, рибоза.

Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте

Ротовая полость

Со слюной сюда поступает кальций-содержащий фермент α-амилаза. Оптимум ее рН 7,1-7,2, активируется ионами Cl–. Являясь эндоамилазой, она беспорядочно расщепляет внутренние α1,4-гликозидные связи и не влияет на другие типы связей.

В ротовой полости крахмал и гликоген способны расщепляться α-амилазой до декстринов – разветвленных (с α1,4- и α1,6-связями) и неразветвленных (с α1,4-связями) олигосахаридов. Некоторая часть декстринов может расщепляться до мальтозы и изомальтозы, но эти дисахариды ничем не гидролизуются.

Желудок

Из-за низкой рН амилаза инактивируется, хотя некоторое время расщепление углеводов продолжается внутри пищевого комка.

Кишечник

В полости тонкого кишечника работает панкреатическая α-амилаза, гидролизующая в крахмале и гликогене внутренние α1,4-связи с образованием мальтозы, мальтотриозы и декстринов.

Дорогие студенты, доктора и коллеги.
Что касается переваривания гомополисахаридов (крахмала, гликогена) в ЖКТ…
В моих лекциях (pdf-формат) написано о трех ферментах, выделяемых с панкреатическим соком: α-амилаза, олиго-α-1,6-глюкозидаза, изомальтаза.
ОДНАКО, при перепроверке обнаружилось, что ни в одной попавшейся мне (ноябрь 2019г) публикации в англоязычном инете нет упоминания о панкреатических олиго-α-1,6-глюкозидазе и изомальтазе. В то же время в рунете такие упоминания встречаются регулярно, хотя и с расхождением – то ли это панкреатические ферменты, то ли находятся на стенке кишечника.  
Таким образом, налицо недостаточно подтвержденные данные или перепутанные или вообще ошибочные.  Поэтому пока я убираю с сайта упоминание о данных ферментах, и постараюсь уточнить информацию. 

Кроме полостного, имеется еще и пристеночное пищеварение, которое осуществляют:

• сахаразо-изомальтазный комплекс (рабочее название сахараза) – в тощей кишке гидролизует α1,2-, α1,4-, α1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу, мальтотриозу, изомальтозу,
• β-гликозидазный комплекс (рабочее название лактаза) – гидролизует β1,4-гликозидные связи в лактозе между галактозой и глюкозой. У детей активность лактазы очень высока уже до рождения и сохраняется на высоком уровне до 5-7 лет, после чего снижается,
• гликоамилазный комплекс – находится в нижних отделах тонкого кишечника, расщепляет α1,4-гликозидные связи и отщепляет концевые остатки глюкозы в олигосахаридах с восстанавливающего конца.

Роль целлюлозы в пищеварении

Целлюлоза ферментами человека не переваривается, т.к. не образуются соответствующие ферменты. Но в толстом кишечнике под действием ферментов микрофлоры некоторая часть ее может гидролизоваться с образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используется самой микрофлорой и окисляется до органических кислот (масляной, молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Малая часть глюкозы может всасываться в кровь.

Основная роль целлюлозы для человека:

• стимулирование перистальтики кишечника,
• формирование каловых масс,
• стимуляция желчеотделения,
• абсорбция холестерола и других веществ, что препятствует их всасыванию.

Метаболизм углеводов в организме человека – сложный, многоступенчатый процесс. Он включает в себя переваривание, усвоение и синтез углеводов. Пища обрабатывается в ЖКТ и поступает в кровь для последующего использования глюкозы организмом.

Биологическая роль углеводного обмена для организма человека

При патологии углеводного обмена возникают отклонения в работе центральной нервной системы, сердца, мышц и ряде других органов. При недостатке углеводов может возникать слабость, апатия, головокружение, бессознательное состояние с расстройством мышления, потеря сознания и мышечные судороги.

Углеводы являются главным источником  для функционирования мозга, а значит, — мыслительной деятельности человека. Мозг потребляет не менее 25% от общего количества калорий, поступающих из углеводов в организм человека.

Метаболизм углеводов в организме ребенка в 3-4 раза интенсивнее, чем у взрослого. В детском и подростковом возрасте повышается потребность как в углеводах, так и в других нутриентах пищи – белках и жирах.

Еще одной особенностью детского углеводного обмена являются резкие колебания уровня глюкозы. Чем младше ребенок, тем меньше в его крови глюкозы при замере натощак. Помимо того, у детей неразвиты гликогеновые депо, а усвояемость углеводов составляет 98-99%.

Взрослым людям требуется почти в половину меньше углеводов, чем ребенку.

Краткие сведения об углеводах (виды, значение и функции углеводов. Для чего они нужны)

По структуре углеводы делятся на 3 группы.

• Моносахариды это простейшие органические соединения. В их число входят: глюкоза, фруктоза, дезоксирибоза и рибоза, а также альдозы и кетозы.
• Олигосахариды включают в себя от 2 до 10 моносахаридных остатков. Самые известные — дисахариды – подгруппа олигосахаридов, состоящая из двух моносахаридов. К ним относятся лактоза, сахароза и мальтоза. Это плотные сладкие кристаллические вещества.
• Полисахариды состоят из наибольшего числа моносахаридов. В отличие от олигосахаридов и моносахаридов, многие полимеры не растворяются в воде и выполняют резервную, структурную функции в организме. Примеры полисахаридов: крахмал, гликоген, инулин, хитин, пектины, целлюлоза и арабиноксиланы.

Самые часто встречаемые в пище углеводы – это глюкоза, фруктоза, лактоза, крахмал и целлюлоза (клетчатка):

У целлюлозы есть «двойник» – туницин, найденный в 1845 гг. Карлом Эрнестом Шмидтом у простейших оболочников. Новые исследования показали, что он также находится в телах слизней, моллюсков и членистоногих животных.

В первую очередь, углеводы выполняют энергетическую функцию. Человек, как и любое другое существо, нуждается в энергии для полноценной жизнедеятельности. Энергия расходуется постоянно — во время работы, умственной активности и даже во сне.

Сахариды входят в структуру клеточных мембран и сложных молекул рибозы и дезоксирибозы, которые участвуют в построении ДНК.

Биосинтез и обмен углеводов

В отличие от растений, животные не могут синтезировать углеводы самостоятельно. Они вынуждены получать сахариды с пищей. Растения, в свою очередь, образуют углеводы путем фотосинтеза с помощью хлоропластов из углерода, воды и солнечной энергии.

Переваривание углеводов в ЖКТ

Травоядные животные получают крахмал, сахарозу и клетчатку из растений и запасают гликоген, который потребляют хищники.

Этапы пищеварения. Всасывание и расщепление углеводов

Протяженность желудочно-кишечного тракта у человека составляет примерно 5-6 метров. Каждый этап пищеварения в организме специфичен и выполняет жизненно важные функции. Его строение на всей протяженности длине однотипно, имеет 3 наружный, средний и внутренний слои.

В процессе пищеварения участвуют особые белковые молекулы – ферменты, выделяемые внутренним слоем ЖКТ. Каждый фермент расщепляет определенный компонент пищи – белки, жиры и углеводы.

Особенности процесса пищеварения в ротовой полости

От тщательного пережевывания пищи зависит ее усвояемость. В ротовой полости еда механически и химически обрабатывается. За механическое измельчение отвечают зубы. За химическую обработку – слюна. Помимо того, в ротовой полости проходит вкусовой анализ и обеззараживание пищи.

В слюне содержатся ферменты, расщепляющие крахмал и гликоген до олигосахаридов. А-амилаза и мальтаза (ферменты) действуют и при попадании пищевого комка в желудок. Причем, состав слюны зависит от вида питания.

От горьких, кислых или несъедобных веществ вырабатывается наибольшее количество слюны. Если пища твердая и сухая, то слюна более вязкая. После глотания пищевой комок попадает в пищевод и желудок, где продолжается его обработка и расщепление компонентов.

Процессы пищеварения в желудке. Пищеварительные ферменты. Перистальтика

Желудок является отделом ЖКТ, где пища перемешивается с желудочным соком, соляной кислотой и ферментами, механически обрабатывается рефлекторными сокращениями стенок. Здесь преобладает кислотная среда во время трапезы, после чего она сменяется на слабощелочную.

Обычно пища пребывает в желудке 6-10 часов, в зависимости от состава. Общая длительность переваривания углеводов в ЖКТ составляет от 20 до 40 мин., белковой пищи – до 2 часов, чистых жиров – до 3-4 ч. Стоит учитывать, что это время переваривания чистых нутриентов.

Смешанная пища проходит этот путь дольше. Жидкость переходит в тонкую кишку сразу после поступления в желудок.

Соляная кислота, отвечающая за кислотную среду в желудке, вызывает денатурацию белков и активирует ферменты. Помимо того, она выполняет защитную, регуляторную в отношении моторики желудка и 12-перстной кишки и стимулирующую секрецию функции.

Таким образом, в желудке протекают процессы механической, химической обработки и незначительное всасывание углеводов.

В течение 2-3 мин. после приема пищи наступает релаксация желудка – стенки расслабляются, что помогает депонировать пищевой комок и стимулировать секрецию желудочного сока. Перистальтические сокращения сокращаются три раза в минуту.

Ферменты желудка – пепсин, химозин, липаза, содержащиеся в желудочном соке. Пепсин и химозин специализируются на расщеплении белковых структур. Липаза – слабый фермент, действующий на жиры.

Интересный факт: активность ферментов зависит от типа питания. Например, у народов далекого Севера, активность липазы намного выше, чем у европейских рас.

Их рацион состоит из мяса и жира, поэтому в ходе эволюции организм приспособился получать необходимое количество энергии.

Как происходит пищеварение в тонком кишечнике

Химус движется по тонкой кишке и обрабатывается кишечным соком. Здесь соединения олигосахаридов, белков и жиров распадаются до конечных продуктов. Ферменты олиго- и дисахаридаза, отвечающие за обработку углеводов, весьма немногочисленны, но очень эффективны.

Пища попадает в тонкий кишечник в виде значительно переваренного продукта. Его обрабатывают более 20 ферментов. Моторика тонкой кишки обеспечивает продвижение пищевого комка по кишечнику.

Наибольшее значение имеет процесс всасывания в тонком кишечнике. После расщепления поступившие с пищей вещества с помощью специфичных клеток-ворсинок всасываются в стенки кишечника, направляясь в кровь и лимфу.

Функции печени, метаболизм углеводов

Печень выполняет как пищеварительные, так и непищеварительные функции. Во всех пищеварительных функциях печени участвует выделяемый ею секрет – желчь.

Печень поддерживает уровень глюкозы в пределах нормы. При повышении уровня сахара лишняя глюкоза конвертируется в гликоген. Если концентрация сахара снижается до пороговых значений, печень запускает реакции, направленные на распад гликогена и выброса глюкозы в кровь.

Важность желчного пузыря

Желчный пузырь является резервуаром для хранения желчи вне периода пищеварения. Здесь вещество концентрируется, густеет и приобретает коричневый цвет. Место для скопления желчи необходимо: она продуцируется непрерывно.

Когда пищевой комок достигает кишечника, желчный пузырь выбрасывает содержимое в кишку для последующего переваривания.

Особенности толстого кишечника

Толстый кишечник практически не участвует в обработке пищи. Однако, здесь тоже имеются ферменты и кишечный сок, облегчающий продвижение химуса.

Наибольшим значением обладает микрофлора кишечника. Бактерии делятся на группы, очень многочисленны и необходимы для нормального функционирования организма.

Главная микрофлора толстого кишечника – бифидобактерии, сопутствующая – лактобактерии и энтерококки, остаточная – дрожжи, аэробные бациллы и другие.

Бактерии вырабатывают ферменты, которые расщепляют клетчатку и остаточные после переваривания в тонкой кишке полимеры. Более того, нормальная микрофлора атакует патогенную, тем самым предотвращая многие инфекции. Синтез витаминов K и B1, B6 и B12 также заслуга микроорганизмов.

Депо гликогена

После переваривания углеводов в ЖКТ часть энергии запасается в виде гликогена. В печени взрослого человека количество гликогена достигает 100-150 г. По вместительности этого вещества клетки печени на первом месте. Всего в организме может храниться до 450 г гликогена.

Вторая «кладезь» гликогена – мышцы. Здесь его откладывается 200-300 г. Если быть точнее, энергия запасается не в мышечные волокна, а в питательной жидкости, которая их окружает.

Запасы расходуются на физическую активность. При интенсивной мышечной деятельности гликоген распадается и используется самими мышцами.
Анаболизм и катаболизм гликогена

Единство этих процессов обеспечивает поддержание уровня глюкозы в допустимых значениях. Количество печеночного гликогена зависит от рациона. Во время длительного голодания преобладает катаболизм, и концентрация гликогена снижается до нуля.

Гликогеногенез – синтез гликогена, требующий затрат энергии. Его начало приходится на 1-2 ч. после приема углеводной пищи. На самом деле, этот процесс протекает во всех тканях животных, но несущественно.

Регуляция метаболизма гликогена

Регуляция этих процессов осуществляется переключением. Причем регуляторами выступают гормоны инсулин, адреналин и глюкагон. Определенные концентрации гормонов вызывают включение или выключение соответствующего процесса.

Синтез инсулина регулируется уровнем сахара в крови. Чем выше уровень глюкозы – тем больше вырабатывается инсулина. Он и распределяет свободные моносахариды в жировую ткань и депо.

Глюкагон – гормон поджелудочной железы, который вырабатывается во время низкого уровня глюкозы в крови. Вместе с инсулином включает анаболизм гликогена.

Адреналин выделяется надпочечниками. Его синтез управляется нервной системой в стрессовых ситуациях. Адреналин запускает реакцию «бей или беги», что является сигналом для начала катаболизма гликогена.

Одновременный распад и синтез невозможен. Это приведет лишь к бесполезной трате энергии. Выработанный в процессе анаболизма гликоген тут же распадется под действием катаболизма.

Катаболизм глюкозы

Важнейший процесс расщепления глюкозы посредством воздействия ферментов и образования энергии, лактата, этанола и масляной кислоты. Является основным способом получения энергии.

Катаболизм включает в себя 2 стадии:

1. Анаэробный гликолиз не требует кислорода и выделяет мало энергии, которая используется в основном скелетными мышцами на начальном этапе интенсивной работы.
2. Аэробный гликолиз нуждается в кислороде. Результатом этого процесса являются углекислый газ и вода – конечные продукты окисления глюкозы.

Первый этап поставляет энергию мгновенно. Это очень актуально в стрессовых ситуациях. Следующий этап занимает некоторое время, но выделяет намного больше энергии.

Нарушение переваривания и всасывания углеводов

Встречаются патологии, нарушающие адекватное переваривание углеводов в ЖКТ. Такие нарушения ведут к сдвигам в работе всех систем органов человека. Подобные нарушения могут возникать вследствие врожденных особенностей. Могут иметь как наследственный, так и приобретенный характер.

За качественное переваривание компонентов пищи отвечают ферменты, поэтому нарушения в работе лактазы, а-амилазы и других представителей ферментной группы вызывают нарушения физического развития.

Приобретение нарушений в процессе пищеварения возникают при заболеваниях органов желудочно-кишечного тракта – колитах, гастритах, энтеритах и после операций.

Врожденной патологией является дефицит лактазы. Недостаточное количество фермента делает невозможным переваривание молочных продуктов. У больного наблюдается диарея, спазмы, метеоризм и рвота при употреблении продукции, содержащей молоко.

Нарушение метаболизма углеводов и связанные с ним заболевания

­Расстройства углеводного обмена объединяют в несколько групп.

Хроническое снижение уровня сахара в крови ниже пороговых значений называется гипогликемией. Зачастую это заболевание связано с недостаточным потреблением углеводов. Также к гипогликемии склонны люди, страдающие от алкоголизма.

Диабет принято различать на 1 и 2 тип. За последние 18 лет в России выявлено 2,5 млн пациентов с этим диагнозом. На данный момент мире 454 млн страдают от инсулинорезистентности.

Заболевание напрямую связано с гормоном надпочечников – инсулином, который играет ключевую роль в транспортировке молекул глюкозы из крови к органам.

Диабет 1 типа чаще встречается у детей и провоцируется вирусными инфекциями. Уровень инсулина никогда не бывает повышенным, наблюдается абсолютный дефицит гормона. Больные нуждаются в лечении инсулином: обычно он вводится внутривенно.

Сахарный диабет 2 типа не так опасен и вызван зачастую образом жизни человека. Нарушается эффективность или выработка инсулина – относительный дефицит гормона. Встречается в 90-95% среди всех больных диабетом.

Таким образом, причинами нарушений метаболизма углеводов можно считать как наследственные дефекты, так и сбои в функционировании печени и поджелудочной железы. Причинами могут стать опухоли, неправильное питание и стресс.

Инсулиновая и глюкагоновая реакция

В ответ на переваривание углеводов в ЖКТ организм запускает 2 реакции. После любого приема пищи, зачастую даже не содержащего много углеводов, надпочечниками вырабатывается инсулин. Его задача: регулировать концентрацию глюкозы и вязкость крови.

В первую очередь, сахариды направляются в печень и скелетные мышцы для пополнения депо. Если депо заполнено, то энергия конвертируется в жировую ткань. Относится инсулин к анаболическим гормонам.

Глюкагон решает, нужно ли печени задействовать внутренние резервы. Он тоже вырабатывается поджелудочной железой и является пептидным гормоном.

Если инсулин запасает энергию, то глюкагон активирует расщепление жиров, резервов в печени и конвертирование жирных кислот в кетоны, которые также являются энергией.

Действие глюкагона подобно адреналину: высвобождается глюкоза для быстрой реакции организма, увеличивается частота и сила сердцебиения, а также повышается артериальное давление.

Лечение нарушений углеводного обмена

В зависимости от типа расстройства, применяют соответствующий метод лечения:

• Медикаментозное – препараты, снижающие концентрацию глюкозы в крови.
• Инсулинотерапия – препараты, содержащие инсулин.
• Коррекция питания – включает в себя разработку индивидуального плана в зависимости от типа нарушений и особенностей организма; зачастую базируется на уменьшении калорий и увеличении клетчатки. Используется дробное питание. В редких случаях, наоборот, интервальное голодание.
• Физические нагрузки – тренировки и упражнения разной интенсивности.

Современная медицина способна замещать недостаток ферментов искусственно. Это таблетки и вещества, вводящиеся орально и внутривенно. Минус такого лечения – стоимость. Для лечения недостатка ферментов часто используется диета.
Как улучшить процесс пищеварения

Правильное питание способствует эффективному пищеварению и улучшению общего самочувствия.

Человек может улучшить пищеварение, соблюдая рекомендации диетологов:

• Потребление натуральной пищи существенно снижает вероятность заболевания обмена веществ. Дело в том, что рацион западного современного человека содержит большое количество рафинированных углеводов, которые быстро всасываются и повышают уровень глюкозы крови. Высокая концентрация насыщенных и транс-жиров не менее плачевно сказывается на метаболизме.
• Увеличение количества клетчатки способствует размножению нормальной микрофлоры в толстом кишечнике. Помимо того, пищевые волокна очищают ЖКТ, замедляют всасывание жирных кислот и быстрых углеводов.
• Растительные жиры – прекрасный источник калорий, макро- и микронутриентов. Жиры, в отличие от углеводов, вызывают насыщение, облегчают запоры. Многие гормоны имеют основу, состоящую из жирных кислот. Натуральные растительные жиры являются структурной единицей гормонов, ферментов и оболочки, покрывающей нервные клетки.
• Вода очень важна в процессе пищеварения. Источниками жидкости могут быть овощи, фрукты и напитки. Несмотря на распространенное мнение о том, что чай и кофе не являются источниками жидкости – на 99% эти продукты состоят из жидкости.
• Жевание является первым этапом пищеварения. Тщательно пережеванная пища намного легче усваивается. Выделяемая в процессе пережевывания слюна размягчает пищевой комок и снижает кислотность, предотвращает диспепсию и изжогу.
• Движение – жизнь. Физические нагрузки способствуют циркуляции крови, ускорению метаболизма, эффективности эндокринной, сердечно-сосудистой и нервной систем.

Продукты, необходимые для правильного пищеварения

Соблюдение правильно составленного рациона и периодических тренировок заметно улучшает переваривание, и способствует ускорению метаболизма. Здесь важно не впадать в крайности: нельзя питаться лишь углеводами или, наоборот, в корне урезать их количество в рационе.

В этом случае могут возникнуть проблемы с нормальным функционированием ЖКТ. Нужно найти баланс макронутриентов с учетом особенностей организма. В этом помогут формулы расчета КБЖУ.

Автор: Свиткевич Юлия Вячеславовна

Видео о переваривании углеводов

Как усваиваются углеводы: