Введение к работе
Актуальность исследования. Питание является одним из постоянно действующих факторов среды обитания и важнейших элементов адаптации организма к внешним условиям (А.К.Батурин, 2009; В.А.Тутельян, 2009, 2010). «Основами государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года», утвержденными распоряжением Правительства Российской Федерации от 25 октября 2010 г. № 1873-р, предусмотрен комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения в оптимальном, здоровом питании с учетом их традиций, привычек и экономического положения, а также профилактику заболеваний, обусловленных неполноценным и несбалансированным питанием.
Основополагающим в формировании здорового питания населения является адекватность сложившейся структуры потребления пищевых продуктов физиологическим потребностям населения в пищевых веществах и энергии (М.М. Гаппаров 2003; А.Н. Мартинчик и др., 2005 г.). Однако структура и качество питания современного человека изменились таким образом, что проблемой становится избыточное потребление малоценной пищи с низким уровнем содержания эссенциальных макро- и микронутриентов, но высоким содержанием насыщенных жиров и быстро усваиваемых углеводов, особенно сахарозы (А.В. Истомин, 2002; В.Г.Кривошапкин и др., 2002; FAO/WHO, 2003; ВОЗ, 2003; А.К. Батурин и др., 2002, 2011; А.Д. Цикуниб, 2013; V. S. Malik et al., 2007; E.de Jong et al., 2011). При этом известно, что для обеспечения здоровья человека одинаково неблагоприятны, как недостаточное, так и избыточное потребление пищевых веществ (А.А. Покровский, 1986; Е. Грейер, 2003; В.А.Тутельян, 2009,2010). Многочисленными исследованиями установлено, что избыточное потребление сахарозы выступает риском развития алиментарного ожирения (Д.Г. Бессесен, 2004; О.К. Нетребенко, 2005; L. Dubois et al., 2007; B.Spring et al., 2008), сахарного диабета (Х.Х. Шарафетдинов, 2002; S.G.A Gimeno et al., 2003; J.R.Palmer et al., 2008), сердечно-сосудистых заболеваний (Ю.Ю.Даутов в соавт., 2009; D.Kromhout, 2001; R. Serge, 2001; R.K. Johnson, et al., 2009), атеросклероза (D. Kritchevsky, 2001), кариеса у детей (В.К. Леонтьев, 1994; Х.М.Сайфулина, 2001; H.H.Кузьмина, 2009; B.A.Burt, et al.2001; S.Mickenautsch, et al., 2007) и др.
Биологические механизмы воздействия избыточного потребления сахарозы большинство исследователей традиционно связывают с ее высоким гликемическим эффектом, меняющем гормональный профиль организма (С.М. Будылина и др., 1979; T.S. Hannon, et al., 2005, M.Walker, 2005; J.R.Palmer, et al., 2008; R.M.Viner et al., 2008; N.A. West, 2011), а данные, рассматривающие сахарозу, не только как быстрый источник глюкозы, а как самостоятельное химическое соединение, способное непосредственно повлиять на метаболические процессы в организме, эффективность процессов пищеварения, отсутствуют. Ряд авторов (Ю.М. Гальперин, 1986; Г.К. Шлыгин, 2001; А.Н. Мартинчик и др. 2005 г.; Л.Ф. Трохимчук, 2006; Е.С.Северин, 2008) относят исследования функции пищеварительной системы человека к важным проблемам физиологии, биохимии и нутрициологии, так как усвоение пищевых веществ является начальным этапом ассимиляции в организме и адаптации к различным эндогенным факторам, в том числе изменениям структуры и качества питания. Но еще в 60-х годах прошлого века выдвинута идея (A.M. Уголев, 1991; Н.Н. Иезуитова, 1999), что между различными компонентами пищи существуют взаимодействия, которые не являются простой конкуренцией различных веществ, в том числе за обладание ферментативно-резорбтивной поверхностью тонкой кишки, а представляют собой сложный комплекс полисубстратных процессов. Недостаточно изучены также вопросы, касающиеся влияния избыточного потребления сахарозы на порог вкусовой чувствительности, несмотря на то, что ряд авторов (Н.С.Благовещенская, 1985; С.М. Будылина и др., 2006; М.Н. Смагулов, 2006; M. Behrens, et al., 2004; A. Sclafani, 2006; J.I.Glendinning, 2010) признают, что вкусовая чувствительность является точным и надежным индикатором адекватности физиологических реакций организма на изменения внешней среды. В этой связи, изучение механизмов влияния избыточного содержания сахарозы в рационах питания на вкусовую чувствительность, процессы переваривания и усвоения основных пищевых веществ представляется своевременной и актуальной проблемой.
Обозначенный перечень вопросов послужил основанием для проведения работы, определил ее цели и задачи.
Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы, проводимой по заданию Минобрнауки РФ в 2012-2014 гг. (ЕЗН, код ГРНТИ 31.27.29, № проекта 4.1884.2011, № гос. контракта 01201276011).
Цель диссертационного исследования: обоснование физиологических механизмов обмена сахарозы в условиях ее избыточного потребления
Задачи:
-
Провести физиолого-гигиеническую оценку индивидуального питания различных групп населения и установить уровень потребления сахарозы.
-
Изучить показатели заболеваемости различных возрастных категорий населения отдельными алиментарно-зависимыми заболеваниями, такими как инсулиннезависимый сахарный диабет и ожирение.
-
Выявить механизмы влияния избыточного потребления сахарозы на вкусовую чувствительность к сладкому.
-
Исследовать особенности влияния сахарозы на активность гидролитических ферментов желудочно-кишечного тракта (-амилазы, пепсина, ренина, панкреатической липазы и сахаразо-изомальтазного комплекса кишечника) и процессы переваривания основных пищевых веществ.
-
Изучить влияние избыточного потребления сахарозы на физиологические показатели и функциональное состояние организма.
Теоретико-методологическая основа исследования.
Исследования опирались на комплекс научных идей, постулатов и фундаментальных положений физиологии, биохимии и токсикологии питания и нутрициологии:
-содержание отдельных нутриентов в пище должно соответствовать физиологическим потребностям отдельного человека в энергии и отдельных пищевых веществах в данный период времени, а также характеру обмена веществ и механизмам пищеварения, выработанным эволюцией (А.А.Покровский,1986, А.М.Уголев, 1991; Г.К. Шлыгин, 2001; В.А.Тутельян, 2009,2010);
-избыточное потребление отдельных нутриентов может приводить к дезорганизации метаболических процессов в организме и нарушению физиологических функций (М.Н. Шатерников, 1930; А.А. Покровский, 1986; Б.Л Смолянский, 1990; А.Н. Мартинчик и др., 2002; А.К.Батурин, 2003).
Научная новизна исследования. На основании комплекса физиологических, биохимических и гигиенических исследований впервые установлено разнонаправленное эффекторное воздействие сахарозы на ферменты желудочно-кишечного тракта:
-снижает активность -амилазы и интенсивность переваривания крахмала;
-не оказывает достоверного влияния на активность пепсина, но ингибирует ренин, в связи с чем, введение прикорма с сахарозой детям до года может привести к снижению эффективности переваривания и усвоения казеиногена молока;
-активирует панкреатическую липазу, повышающая как скорость образования жировой эмульсии, так и ее устойчивость: т.е. при одновременном содержании в пище нейтрального жира и сахарозы интенсивность переваривания и усвоения жира в кишечнике существенно повышается, что может выступить фактором риска развития ожирения;
-приводит к индукции активности и количества сахаразо-изомальтазного комплекса кишечника, увеличивает скорость расщепления сахарозы, повышает постабсорбтивный гипергликемический эффект, нагрузку на поджелудочную железу и риск нарушения толерантности к глюкозе.
Показано оптимизирующее влияние лимитирования уровня потребления сахара на отдельные физиологические показатели функционального состояния организма: индекс массы тела, адаптационный потенциал, индекс физического состояния, устойчивость к недостатку кислорода, состояние поджелудочной железы.
Научно обоснован и разработан алгоритм оптимизации потребления сахара в виде пошаговой индивидуальной программы.
Положения, выносимые на защиту:
1.Питание различных групп населения, в особенности молодежи, характеризуется существенным превышением физиологических норм и эволюционно сложившихся традиционных уровней потребления сахара.
2.Избыточное потребление сахара снижает вкусовую чувствительность к сладкому и провоцирует ее избыточное потребление.
3.Сахароза оказывает разнонаправленное эффекторное влияние на активность основных ферментов ЖКТ: ингибирует амилазу, снижая интенсивность переваривания крахмала; не оказывает достоверного влияния на активность пепсина, но ингибирует ренин, снижая эффективность переваривания и усвоения казеиногена молока; активирует липазу, повышая интенсивность переваривания и усвоения жира организмом; приводит к индукции активности и количества сахаразо-изомальтазного комплекса кишечника, повышая гипергликемический эффект сахарозы.
4.Лимитирование уровня потребления сахара оказывает оптимизирующее влияние на отдельные физиологические показатели функционального состояния организма, в первую очередь, состояние поджелудочной железы, индекс массы тела, адаптационный потенциал, индекс физического состояния, устойчивость к недостатку кислорода.
Теоретическая значимость. Получены новые научные данные о воздействии сахарозы на кинетику реакций, катализируемых ферментами желудочно-кишечного тракта, такими как -амилаза, пепсин, ренин, панкреатическая липаза и сахаразо-изомальтазный комплекс. Расширены представления об особенностях и физиолого-биохимических механизмах переваривания основных пищевых веществ (крахмала, белков, нейтрального жира и сахарозы) в условиях избыточного потребления сахарозы и обоснованы механизмы взаимосвязи избыточного потребления сахарозы с динамикой вкусовой чувствительности к сладкому, а также интенсивностью и направленностью метаболических процессов в организме, выступающих фактором риска развития ожирения и инсулиннезависимого сахарного диабета.
Практическая значимость. Сформированный на основе исследований индивидуального питания банк данных по уровню потребления сахарозы разными группами населения может быть использован властными структурами, как часть программы государственного мониторинга питания и здоровья населения для принятия управленческих решений.
Данные о влиянии избыточного потребления сахарозы на эффективность переваривания крахмала и нейтрального жира могут быть использованы в разработке продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) продуктов, продуктов для питания здоровых и больных людей, а данные об ингибировании ренина сахарозой могут выступить дополнительным аргументом для медиков в пропаганде грудного вскармливания и быть использованы производителями при разработке продуктов детского питания до одного года.
Сравнительные результаты диагностики вкусовой чувствительности, полученные при его первичном проведении и в режиме лонгитюдных исследований, позволяют рекомендовать этот метод для ведения банка данных динамики вкусовой чувствительности на уровне популяции.
Основные научно-методические разработки настоящего диссертационного исследования могут быть использованы в учебном процессе по физиологии и биохимии при подготовке специалистов-биологов.
Биомедицинский и социальный эффект работы обусловлен направленностью на профилактику социально-значимых заболеваний, таких как ожирение и инсулиннезависимый сахарный диабет.
Апробация работы. Результаты исследования доложены и обсуждены на III Всероссийской научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (г. Ростов-на-Дону, 2010 г.), III съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (г. Ялта - Украина 2011 г.), Всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2011), VIII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (г. Ростов-на-Дону, 2012 г.).
Внедрение результатов исследования.
Материалы диссертационной работы широко использованы при проведении:
- l республиканской школы-семинара «Учимся здоровому питанию» (совместный приказ Министерства образования и науки РА и ФГБОУ ВПО «Адыгейский Государственный Университет» № 225 от 21. 03. 2012 г);
-практико-обучающего семинара для административных, педагогических и медицинских работников общеобразовательных учреждений, ответственных за организацию школьного питания (Договор на оказание услуг № ШП-1 от 7.11.2012 г.),
-республиканского смотра-конкурса на выявление лидеров в организации школьного питания в Республике Адыгея в 2012 г. (Приказ Министерства образования и науки Республики Адыгея от 07.11.2012 года № 1041).
Рекомендации и практические результаты работы используются в учебно-воспитательном процессе общеобразовательных школ Республики Адыгея (МБОУ «СОШ №1», МБОУ «ООШ №20») в рамках реализаций здоровьесберегающих технологий.
Материалы диссертационного исследования, касающиеся механизмов влияния сахарозы на особенности функционирования пищеварительных ферментов in vitro и вкусовую чувствительность сахарозы, внедрены в учебный процесс Адыгейского государственного университета по дисциплинам «Биохимия с основами биорегуляции», «Анализ пищевых продуктов».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе, 2 статьи в реферируемом журнале перечня ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах компьютерного текста, содержит 32 таблицы, иллюстрирована 16 рисунками. Работа состоит из введения, четырех глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, библиографического указателя использованной литературы, включающего 135 отечественных и 80 иностранных источников, и 9 приложений.
