Поступившие с пищей углеводы распределяются по трем направлениям:
глюкоза крови «закрывает» ныне существующую потребность в энергии;
когда текущий запрос удовлетворен, глюкоза пополняет депо, превращаясь в гликоген;
когда кладовые гликогена уже наполнились под самое горлышко, избыток глюкозы превращается в липиды и отправляется в жировые клетки.
Главный источник углеводов (крахмала, дисахаридов, фруктозы, глюкозы) продукты растительного происхождения: мука, крупы, бобовые, фрукты и овощи. Основной поставщик простых сахаров (глюкозы) пищевая промышленность, радующая нас кондитерскими изделиями, сладкой газировкой и соками в пакетах, в которых, если честно, никакой пользы, кроме вреда, нет. В мясе содержание углеводов настолько минимально, что их количество принимают за 0.
Поскольку из глюкозы легче всего извлечь энергию, она первой отправляется в топку химических реакций в любимый всеми студентами-медиками и биологами цикл Кребса. Это длинная цепь превращений со множеством реакций. Самая важная из них реакция окислительного фосфорилирования, в которой глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты превращаются в АТФ биобатарейку с запасом чистейшей энергии для всех физиологических процессов [9]. Проходит реакция окислительного фосфорилирования в митохондриях. Это энергоблоки наших клеток и организма, от их количества и качества зависит наш обмен веществ и самочувствие. А еще в митохондриях проходит реакция бета-окисления жирных кислот (из еды и жировых депо) с образованием тепла, воды и углекислого газа. Проще говоря, митохондрии это место, где сгорают наши жиры и сахар.
Для дыхания, сердцебиения, разных видимых и скрытых процессов нам постоянно, каждую секунду, нужна энергия. Но извне мы получаем ее эпизодически только после еды. Для кормления клеток в перерывах между приемами пищи предусмотрен механизм запасания глюкозы в форме гликогена.
Гликоген это «депо» углеводов в организме (350500 г и больше), доступная дровница для быстрого обеспечения топливом любых биологических реакций. Когда глюкозы в крови много, депо накапливается, а когда ее уровень опускается к нижней границе, начинает отдавать часть запасов для питания клеток. Этот процесс называется гликогенолиз то есть расщепление гликогена.
Больше всего гликогена припасено в печени и скелетных мышцах, но в небольших количествах он хранится в сердце, почках и других органах. Гликоген печени поддерживает нормальный уровень глюкозы в крови, этой глюкозой подкармливается мозг между приемами пищи. А мышцы используют свои запасы исключительно на двигательную активность, не отдавая ни грамма голодающему мозгу или эритроцитам. Резерва гликогена в печени (примерно 80140 г) могло бы хватить на автономное питание в течение 68 часов, если бы поступление глюкозы из других источников прекратилось [11]. Гликоген мышц (250 г и более) может быть израсходован за 612 часов физической работы или за 2448 часов лежания на боку.
Без углеводов в питании гипотетически можно обойтись не такой это дефицитный товар. Организм может получить глюкозу из гликогена, как описано выше, а может синтезировать de novo из неглюкозных остатков: из аминокислот, лактата и глицерина, образующегося при расщеплении жиров. Этот механизм называется глюконеогенез. Он не столь быстрый, как доставка готового сахара из крови или гликогена, поэтому при опустошении гликогенового депо и полном переходе на эксклюзивное питание глюкозой, синтезированной de novo, нашему мозгу, где скорость обменных процессов очень высока, будет очень худо. В ожидании провианта голодный мозг будет страдать, а мы испытывать усталость, сонливость и головную боль. Тем не менее, благодаря гликогенолизу и глюконеогенезу наши клетки получают сахар в любое время суток и без связи с едой, а голодная смерть без углеводов им не грозит.
Но дабы не обрекать мозг на существование впроголодь, даже в низкоуглеводных диетах предусмотрено поступление хотя бы небольшого количества сахаров, но не полное их исключение. В зарубежных публикациях не рекомендуют сокращать прием углеводов с пищей ниже 80 г в день, а российские диетологи удерживают нижнюю планку их потребления на более высоком уровне 130 г для людей, страдающих ожирением [12]. Особая история кетогенная диета, которая предусматривает крайне суровое ограничение углеводов (до 2030 г в сутки), но этот тип питания заслуживает отдельного разбирательства.
Быть в балансе!
После того, как мы поели, в пищеварительной системе начинают расщепляться все наши бифштексы, шпинат и тортики на простые вещества. В желудке и кишечнике белки распадаются на аминокислоты, жиры на жирные кислоты и глицерин, сложные и простые углеводы на молекулы глюкозы. Только в такой форме в виде простых молекул небольшого размера питательные вещества могут попасть из кишечника в кровь.
С началом всасывания питательных веществ в кишечнике поджелудочная железа выбрасывает в кровь специальный гормон инсулин. Инсулин распределяет поступившие в организм вещества жирные и аминокислоты, но самое главное он контролирует уровень сахара (глюкозы) [13]. Задача инсулина по максимуму загнать глюкозу и аминокислоты в клетку, снарядив ее всем необходимым для выработки энергии и внутриклеточного синтеза, а лишние липиды запрятать про запас в жировую ткань. Словно ключик, инсулин открывает специальные каналы в клеточных стенках, через которые глюкоза поступает внутрь. В клетках эти молекулы вступают в химические реакции с образованием энергии. Чем выше уровень сахара в крови тем больше инсулина вырабатывается одномоментно. Чем больше инсулина было выброшено в кровь тем быстрее нормализуется уровень глюкозы и тем полнее «нальются баки» гликогена в печени и мышцах. Как только содержание глюкозы в крови снизится, синтез инсулина прекратится и его уровень в крови упадет. До нового приема пищи.
А во время перерыва за сахаром крови будет следить другой гормон глюкагон. Если уровень сахара начнет снижаться, глюкагон заставит печень отдать накопленную в гликогене глюкозу и синтезировать ее de novo. За счет слаженного взаимодействия инсулина и глюкагона поддерживается стабильный уровень сахара, возрастающий после еды и не падающий между приемами пищи ниже 3,3 ммоль/л в крови «из пальчика».
Жиры влияют на выброс инсулина слабо, а инсулин на жировой обмен максимально. Под действием этого гормона процесс расщепления жира (липолиз) тормозится, а отложение жиров в клетки жировой ткани (липогенез) усиливается. Но все это происходит только в период инсулинового пика после еды. Как только пик спадет (вместе с уровнем глюкозы и аминокислот в крови), будут запущены процессы автономного питания, о которых написано выше выход глюкозы гликогена, образование ее de novo и расщепление жиров. Вот почему так нежелательно при похудении постоянное жевание неважно чего, фруктов или кофейка с печеньками. И то, и другое в режиме non-stop стимулируют секрецию инсулина. Жирам в этот момент нет смысла распадаться, ведь организм не испытывает потребности в дополнительной энергии. Зачем продавать акции, если для оплаты текущих счетов есть наличные глюкоза крови?
Сотни тысяч лишних джоулей
Если у нас сохранен баланс между поступлением питательных веществ и их расходованием на энергетические процессы и построение всего необходимого наш организм пребывает в состоянии status quo, а вес остается стабильным. Если же питательных веществ больше, чем требуется, излишки попадают в жировую ткань. Оставшиеся не у дел углеводы, белки и жиры в результате химических реакций превращаются в ацетил-КоА, а из последнего образуются липиды (жирные кислоты) и с током крови доставляются в жировую ткань. Если потребуется дополнительная энергия, а питание вовремя не подвезут, вначале в расход пойдет гликоген с мышечной тканью, а затем на утилизацию будут пущены жирные кислоты из жировых клеток (адипоцитов).