Rola i znaczenie węglowodanów w żywieniu człowieka

Węglowodany, inaczej cukry, są podstawowym składnikiem odżywczym (obok białek i tłuszczów) i bardzo ważnym źródłem energii. Cechą charakterystyczną przy ich spożyciu jest słodki smak odczuwalny dzięki receptorom znajdującym się głównie na koniuszku języka. Poszczególne cukry różnią się między sobą strukturą chemiczną, właściwościami fizykochemicznymi i łatwością przyswajania.

Wykorzystywane są przez organizm w formie utlenianej glukozy jako materiał energetyczny. Połowa uzyskanej z węglowodanów energii wydzielana jest w postaci ciepła, pozostała część natomiast gromadzona jest w postaci wysokoenergetycznych wiązań pirofosforanowych ATP.

Poziom glukozy we krwi jest bardzo ważnym czynnikiem decydującym o prawidłowym funkcjonowaniu organizmu, a jego utrzymanie (glukostaza) wymaga bardzo precyzyjnej regulacji metabolizmu węglowodanów. Swój udział w tym procesie mają między innymi układ nerwowy i gruczoły wydzielania wewnętrznego (trzustka, kora, rdzeń nadnerczy). Jeśli ilość spożytych cukrów przekracza zapotrzebowanie energetyczne organizmu, ich nadmiar ulega w wątrobie przekształceniu w procesie glikogenolizy do glikogenu, który stanowi materiał zapasowy gromadzony w mięśniach i wątrobie.

Gdy organizm nie otrzymuje przyswajalnych węglowodanów, uruchamia zapas glikogenu, który w procesie glikogenolizy rozkładany jest ponownie do glukozy w celu zaspokojenia potrzeb energetycznych. Jeśli jednak brak w organizmie zmagazynowanego glikogenu do wytwarzania glukozy zużywane są aminokwasy glukogenne lub glicerol (z triacylogliceroli). Proces syntezy glukozy z prekursorów niecukrowych (np. wspomniane aminokwasy lub glicerol) nosi nazwę glukoneogenezy. Komórki czerpiące energię niemal wyłącznie z glukozy (erytrocyty, neurony) przy jej braku obumierają. Nieodwracalne zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym widoczne są już po trzech minutach braku glukozy!

Stężenie glukozy we krwi wpływa istotnie na metabolizm pozostałych składników odżywczych, zwłaszcza tłuszczów. Niewystarczająca podaż węglowodanów prowadzi do powstawania związków ketonowych (rozkład lipidów) i nadmiernego katabolizmu białek pochodzących z mięśni. Z kolei zwiększone spożycie cukrów skutkuje syntezą niektórych aminokwasów (np. alaniny) i triacylogliceroli odkładanych w formie tłuszczu zapasowego, co jest prostą drogą do otyłości.

Poza funkcją odżywczą niektóre węglowodany wchodzą w skład różnych układów komórkowych. Budują tkankę łączną (mukopolisacharydy), błony komórkowe (glikoproteiny) i materiał genetyczny – RNA i DNA (ryboza, deoksyryboza).

Zobacz również:

Najważniejszym węglowodanem jest glukoza (cukier gronowy), gdyż właśnie w postaci glukozy wchłania się większość cukrów obecnych w produktach spożywczych lub ulega w nią przekształceniu w wątrobie Z glukozy mogą też powstawać wszystkie inne cukry. Glukoza jest cukrem prostym występującym m.in. w owocach i miodzie, jest też składnikiem cukru buraczanego (sacharozy), laktozy (cukru mlecznego), skrobi i wspomnianego glikogenu.

Szczególnie duże znaczenie spośród wszystkich węglowodanów ma błonnik pokarmowy. Nie pełni on funkcji energetycznych (jest nieprzyswajalny), ale ma duże znaczenie dla naszego zdrowia. Dzięki swoim właściwościom (zdolności do wiązania wody, wymiany kationów, lepkości i zdolnościom sorpcyjnym) błonnik ma znaczny wpływ na funkcjonowanie organizmu. Szczególnie korzystnie wpływa na pracę przewodu pokarmowego, gdyż chłonie wodę i zwiększa objętość treści pokarmowej. W ten sposób zmniejsza łaknienie, nasila ruchy perystaltyczne jelit, ułatwia wypróżnianie i eliminację z organizmu substancji toksycznych. Wiąże także między innymi kwasy żółciowe i cholesterol, obniżając w ten sposób ich stężenie we krwi. Ponadto błonnik pokarmowy, a dokładnie jego składniki – pektyny i hemicelulozy – stanowią pożywkę dla bakterii wchodzących w skład naturalnej mikroflory jelit.

Pozostałe węglowodany również pełnią istotną rolę. Na przykład pektyna, która w przeciwieństwie do błonnika jest włóknem rozpuszczalnym w wodzie, sprzyja procesowi akceptacji po resekcji jelit. Powstałe w wyniku fermentacji pektyny krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są bowiem substratem dla komórek wyściełających nabłonek jelita grubego i stymulują wzrost śluzówki jelit.

Bardzo ważne jest dostarczanie organizmowi odpowiedniej ilości węglowodanów. Powinny one stanowić ok. 50-65% całodziennego zapotrzebowania energetycznego. Uwzględniając współczynnik energetyczny (ilość energii potrzebnej do spalenia jednego grama) dla węglowodanów 4 kcal/g ilość spożywanych cukrów przez ważącego 70 kg 25-letniego mężczyznę powinna wynosić ok. 435 g dziennie.

Produktami bogatymi w węglowodany, które przyswajalne są w pierwszej kolejności są surowce zawierające sacharozę, skrobię ziemniaczaną oraz miód pszczeli. Choć szczególnie dużą zawartością sacharozy cechują się wyroby cukiernicze, nie powinny one mieć znaczącego udziału w diecie ze względu na małą wartość z punktu widzenia żywieniowego.

Przyjmowane wraz z pokarmem węglowodany są najłatwiej i najszybciej przyswajalnym źródłem energii. Dzięki temu mają największy wpływ na poziom glukozy we krwi obserwowany po posiłku. Dla wielkości stężenia glukozy we krwi ma znaczenie nie tylko ilość spożytych węglowodanów, ale także ich rodzaj. Istotną cechą różniącą poszczególne węglowodany jest tzw. indeks glikemiczny (IG), który określa jaki wpływ na poziom glukozy we krwi mają poszczególne produkty spożywcze. Im niższa wartość IG tym niższy poposiłkowy wzrost glikemii. Na indeks glikemiczny mają wpływ takie czynniki, jak zastosowane metody i stopień przetworzenia żywności, obecność i skład błonnika pokarmowego czy dojrzałość owoców. Zalecane jest spożywanie głównie pokarmów o niskim indeksie glikemicznym (IG<50), do których należą m.in.: jaja, czereśnie, śliwki, sałata, rzodkiew, odtłuszczony twaróg, jabłka, nasiona, szpinak. Produkty o wysokim IG powinny być ograniczone, a najlepiej wyeliminowane z diety.

Wyjątkowym cukrem jest wspomniany błonnik pokarmowy. Ze względu na jego znaczącą rolę w żywieniu człowieka ustalono zalecane spożycie dla tego składnika, które wynosi 27-40 g/dobę (w zależności od zapotrzebowania energetycznego). Taka ilość błonnika pokarmowego w codziennej diecie ma znaczenie w zapobieganiu chorobom cywilizacyjnym – cukrzycy, miażdżycy oraz niektórym nowotworom. Dobrymi źródłami błonnika są między innymi nasiona roślin strączkowych, owoce, warzywa i produkty zbożowe, szczególnie pełnoziarniste.

Źródła:
Andrzej Dżugaj: Węglowodany i ich metabolizm, Uniwersytet Wrocławski, Instytut Genetyki i Mikrobiologii [dostęp: fundacjarozwojunauki.pl]
Janusz Książyk: Znaczenie węglowodanów w żywieniu człowieka. Pediatria Współczesna. Gastroenterologia, Hepatologia i Żywienie Dziecka 2001; 3 (1): 41-45.
Gertig H., Przysławski J.: Bromatologia. Zarys nauki o żywności i żywieniu. PZWL, Warszawa 2007.

Autor: Marta Grochowska