1.1: Вступ до харчування

Внесені Гавайським університетом
Харчування людей в Гавайському університеті в Маноа

Розділ навичок для розвитку

Опишіть основні поняття в харчуванні
Опишіть фактори, які впливають на ваші харчові потреби
Опишіть значення досліджень та наукових методів для розуміння харчування

`О ке кахуа ма муа, ма сподіваюся ке кукулу

Спочатку фундамент, потім будівля

Рисунок \ (\ PageIndex \): Зображення Джима Холлієра/CC BY 4.0.

Що таке поживні речовини?

Поживні речовини - це речовини, необхідні організму для виконання основних функцій. Більшість поживних речовин потрібно отримувати з нашого раціону, оскільки людський організм їх не синтезує і не виробляє. Поживні речовини виконують одну або більше з трьох основних функцій: вони забезпечують енергією, вносять вклад в структуру тіла та/або регулюють хімічні процеси в організмі. Ці основні функції дозволяють нам виявляти навколишнє середовище та реагувати на нього, рухатись, виділяти відходи, дихати (дихати), рости та розмножуватися.

Існує шість класів поживних речовин, необхідних організму для функціонування та підтримки загального стану здоров’я. Це: вуглеводи, ліпіди, білки, вода, вітаміни та мінерали. Поживна їжа забезпечує поживні речовини для організму. Їжа також може містити різноманітні неживні речовини. Деякі неживні речовини, такі як антиоксиданти (містяться в багатьох рослинних продуктах харчування) є корисними для організму, тоді як інші, такі як природні токсини (поширені в деяких рослинних продуктах харчування) або добавки (наприклад, деякі барвники та консерванти, що містяться в оброблених харчових продуктах), є потенційно шкідливими.

Макроелементи

Поживні речовини, які потрібні у великих кількостях, називаються макроелементами. Існує три класи макроелементів: вуглеводи, ліпіди та білки. Макроелементи - це сполуки на основі вуглецю, які піддаються метаболічному перетворенню в клітинну енергію через зміни їх хімічних зв’язків. Хімічна енергія перетворюється на клітинну енергію, відому як АТФ, яка використовується організмом для виконання роботи та виконання основних функцій.

Кількість енергії, яку людина споживає щодня, в основному надходить із 3 макроелементів. Харчова енергія вимірюється в кілокалоріях. Для зручності використання етикетки на продуктах зазначають кількість енергії в їжі у "калоріях", що означає, що кожна калорія насправді помножується на тисячу, дорівнюючи кілокалорії. (Примітка: Використовуючи наукову термінологію, “калорія” (з великою “С”) еквівалентна кілокалорії. Тому: 1 кілокалорія = 1 калорія - 1000 калорій

Вода також є макроелементом у тому сенсі, що тіло потребує її у великих кількостях, але на відміну від інших макроелементів, вона не містить вуглецю та не дає енергії.

Примітка: Вживання алкоголю також вносить енергію (калорії) в раціон при 7 кілокалоріях/грам, тому його потрібно враховувати при щоденному споживанні енергії. Однак алкоголь не вважається "поживною речовиною", оскільки він не сприяє важливим функціям організму і насправді містить речовини, які повинні розщеплюватися і виводитися з організму для запобігання токсичних ефектів.

Рисунок \ (\ PageIndex \): Макроелементи: вуглеводи, ліпіди, білки та вода.

Вуглеводи

Вуглеводи - це молекули, що складаються з вуглецю, водню та кисню, що забезпечують організм енергією. Основними джерелами їжі вуглеводів є молоко, зернові, фрукти та крохмалисті овочі, як картопля. Некрахмалисті овочі також містять вуглеводи, але в менших кількостях. Вуглеводи в основному класифікуються на дві форми залежно від їх хімічної структури: прості вуглеводи (їх часто називають простими цукрами) та складні вуглеводи.

Прості вуглеводи складаються з однієї або двох основних одиниць цукру, пов’язаних між собою. Їх наукові назви - "моносахариди" (1 одиниця цукру) та дисахариди (2 одиниці цукру). Вони дуже швидко розщеплюються і всмоктуються в шлунково-кишковому тракті і забезпечують швидкий спалах енергії в організмі. Приклади простих цукрів включають дисахарид сахарозу, тип цукру, який ви мали б у мисці на столі для сніданку, та моносахарид глюкозу, найпоширеніший вид палива для більшості організмів, включаючи людей. Глюкоза - основний цукор, який циркулює в крові, забезпечуючи клітинами енергію. Терміни "цукор у крові" та "глюкоза в крові" можуть замінювати один одного.

Складні вуглеводи - це довгі ланцюги одиниць цукру, які можуть з’єднуватися в прямому кріслі або розгалуженому ланцюгу. Під час травлення організм розщеплює засвоювані складні вуглеводи до простих цукрів, переважно глюкози. Потім глюкоза всмоктується в кров і транспортується до всіх наших клітин, де вона зберігається, використовується для виробництва енергії або використовується для побудови макромолекул. Клітковина - це також складний вуглевод, але вона не може розщеплюватися травними ферментами в кишечнику людини. В результаті він проходить через травний тракт неперетравленим, якщо бактерії, що населяють товсту кишку або товстий кишечник, не розщеплюють його.

Один грам засвоюваних вуглеводів дає 4 кілокалорії енергії клітинам організму для виконання роботи. Окрім забезпечення енергією та слугують будівельним матеріалом для більших макромолекул, вуглеводи необхідні для нормальної роботи нервової системи, серця та нирок. Як зазначалося, глюкоза може зберігатися в організмі для подальшого використання. У людини накопичувальна молекула вуглеводів називається глікогеном, а у рослин - крохмалем. Глікоген і крохмаль - складні вуглеводи.

Ліпіди

Ліпіди також є сімейством молекул, що складаються з вуглецю, водню та кисню, але на відміну від вуглеводів вони не розчиняються у воді. Ліпіди містяться переважно у вершковому маслі, оліях, м’ясах, молочних продуктах, горіхах та насінні, а також у багатьох перероблених харчових продуктах. Три основні типи ліпідів - це тригліцериди (триацилгліцерини), фосфоліпіди та стерини. Основна робота триацилгліцеринів - забезпечувати або зберігати енергію. Ліпіди забезпечують більше енергії на грам, ніж вуглеводи (9 кілокалорій на грам ліпідів проти 4 кілокалорій на грам вуглеводів). На додаток до накопичення енергії, ліпіди служать головним компонентом клітинних мембран, оточують і захищають органи (в тканинах, що зберігають жир), забезпечують ізоляцію для сприяння регуляції температури. Фосфоліпи та стерини мають дещо іншу хімічну структуру і використовуються для регулювання багатьох інших функцій в організмі.

Білки

Білки - це макромолекули, що складаються з ланцюгів основних субодиниць, які називаються амінокислотами. Амінокислоти складаються з вуглецю, кисню, водню та азоту. До харчових джерел білків належать м’ясо, молочні продукти, морепродукти та різноманітна різноманітна рослинна їжа, зокрема соя. Слово білок походить від грецького слова, що означає "першочергове значення", що є влучним описом цих макроелементів; вони також розмовно відомі як «робочі коні» життя. Білки забезпечують основну структуру кісток, м'язів і шкіри, ферменти та гормони і відіграють певну роль у проведенні більшості хімічних реакцій, що відбуваються в організмі. За підрахунками вчених, в організмі людини існує понад сто тисяч різних білків. Генетичні коди в ДНК - це, в основному, рецепти білків, які визначають порядок, в якому 20 різних амінокислот зв’язуються, утворюючи тисячі конкретних білків. Оскільки амінокислоти містять вуглець, вони можуть використовуватися організмом для отримання енергії та забезпечувати 4 кілокалорії енергії на грам; однак забезпечення енергією не є найважливішою функцією білка.

Вода

Є ще одна поживна речовина, яку ми повинні мати у великій кількості: вода. Вода не містить вуглецю, але складається з двох атомів водню та одного атома кисню на молекулу води. Більше 60 відсотків вашої загальної маси тіла - це вода. Без води ніщо не могло б транспортуватися в організм або з нього, хімічні реакції не відбувались би, органи не пом’якшувались, а температура тіла сильно коливалась. В середньому доросла людина споживає трохи більше двох літрів води на день як від їжі, так і від вживання рідини. Оскільки вода настільки важлива для основних процесів життя, загальне споживання і випуск води є надзвичайно важливим. Ця тема буде детально розглянута в розділі 4.

Таблиця \ (\ PageIndex \): Функції поживних речовин. Поживні речовиниОсновна функція

Вуглеводи	Забезпечте готове джерело енергії для організму (4 кілокалорії/грам) та структурні компоненти для утворення клітин.
Жир	Забезпечує накопичену енергію для тіла (9 кілокалорій/грам), функціонує як структурні компоненти клітин, а також як сигнальні молекули для належного клітинного зв'язку. Він забезпечує ізоляцію життєво важливих органів і працює для підтримки температури тіла.
Білок	Необхідний для формування тканин та органів, відновлення клітин та вироблення гормонів та ферментів. Забезпечують енергією, але не основною функцією (4 кілокалорії/грам)
Вода	Транспортує необхідні поживні речовини до всіх частин тіла, транспортує відходи для утилізації та допомагає регулювати температуру тіла
Мінерали	Регулюють процеси в організмі, необхідні для належної функції клітин і складають тканину тіла.
Вітаміни	Регулюють процеси в організмі та сприяють нормальному функціонуванню системи організму.

Мікроелементи

Мікроелементи також необхідні для виконання функцій організму, але вони потрібні організму в менших кількостях. Мікроелементи включають всі необхідні мінерали та вітаміни. Існує шістнадцять основних мінералів та тринадцять основних вітамінів (див. Таблицю \ (\ PageIndex \) та таблицю \ (\ PageIndex \) для повного переліку та їх основних функцій).

На відміну від вуглеводів, ліпідів та білків, мікроелементи не є джерелом енергії (калорій) для організму. Натомість вони відіграють роль кофакторів або компонентів ферментів (тобто коферментів), що полегшують хімічні реакції в організмі. Вони беруть участь у всіх аспектах функцій організму, починаючи з виробництва енергії, до перетравлення поживних речовин і до побудови макромолекул. Мікроелементи відіграють багато важливих ролей в організмі.

Мінерали

Мінерали - це тверді неорганічні речовини, що утворюють кристали, і класифікуються залежно від того, скільки їх нам потрібно. Мікроелементи, такі як молібден, селен, цинк, залізо та йод, потрібні лише в кількох міліграмах або менше. Макромінерали, такі як кальцій, магній, калій, натрій і фосфор, потрібні в сотнях міліграмів. Багато мінералів мають вирішальне значення для функції ферментів, тоді як інші використовуються для підтримання рідинного балансу, побудови кісткової тканини, синтезу гормонів, передачі нервових імпульсів, скорочення та розслаблення м’язів та захисту від шкідливих вільних радикалів в організмі, які можуть спричинити такі проблеми зі здоров’ям, як рак.

Таблиця \ (\ PageIndex \): Мінерали та їх основні функції. МінералиОсновні функції

Макрос
Натрію	Баланс рідини, нервова передача, скорочення м’язів
Хлорид	Баланс рідини, вироблення шлункової кислоти
Калій	Баланс рідини, нервова передача, скорочення м’язів
Кальцій	Підтримка здоров’я кісток і зубів, передача нервів, скорочення м’язів, згортання крові
Фосфор	Підтримка здоров’я кісток і зубів, кислотно-лужний баланс
Магній	Вироблення білка, передача нервів, скорочення м’язів
Сірка	Виробництво білка
Слід
Залізо	Несе кисень, допомагає у виробництві енергії
Цинк	Виробництво білка та ДНК, загоєння ран, ріст, функція імунної системи
Йод	Виробництво гормонів щитовидної залози, ріст, метаболізм
Селен	Антиоксидант
Мідь	Кофермент, метаболізм заліза
Марганець	Кофермент
Фтор	Підтримка здоров’я кісток і зубів, профілактика карієсу
Хром	Допомагає інсуліну в метаболізмі глюкози
Молібден	Кофермент

Вітаміни

Тринадцять вітамінів класифікуються як водорозчинні або жиророзчинні. Водорозчинні вітаміни - це вітамін С та всі вітаміни групи В, до складу яких входять тіамін, рибофлавін, ніацин, пантотенова кислота, піридоксин, біотин, фолат та кобаламін. Жиророзчинні вітаміни - це A, D, E і K. Вітаміни необхідні для виконання багатьох функцій в організмі, таких як сприяння виробленню енергії, вироблення еритроцитів, синтез кісткової тканини, підтримка нормального зору, функції нервової системи, та функція імунної системи.

Нестача вітамінів може спричинити серйозні проблеми зі здоров’ям і навіть смерть. Наприклад, дефіцит ніацину викликає хворобу, яка називається пелагра, яка була поширеною на початку ХХ століття в деяких районах Америки. Загальні ознаки та симптоми пелагри відомі як "4D - діарея, дерматит, деменція та смерть". Поки вчені не виявили, що кращі дієти полегшують ознаки та симптоми пелагри, багато людей із цією хворобою потрапляли до лікарні в божевільних притулках, чекаючи смерті. Також було виявлено, що інші вітаміни запобігають певним розладам та захворюванням, таким як цинга (вітамін С), нічна сліпота (вітамін А) та рахіт (вітамін D).

Таблиця \ (\ PageIndex \): Вітаміни та їх основні функції. Основні функції вітамінів

Водорозчинний
Тіамін (B1)	Кофермент, допомога енергетичному метаболізму
Рибофлавін (В2)	Кофермент, допомога енергетичному метаболізму
Ніацин (B3)	Кофермент, допомога енергетичному метаболізму
Пантотенова кислота (В5)	Кофермент, допомога енергетичному метаболізму
Піридоксин (В6)	Коензим, допомога у синтезі амінокислот
Біотин (B7)	Метаболізм коферментів, амінокислот і жирних кислот
Фолат (B9)	Кофермент, необхідний для росту
Кобаламін (B12)	Кофермент, синтез еритроцитів
C (аскорбінова кислота)	Синтез колагену, антиоксидант
Жиророзчинні
A	Зір, розмноження, робота імунної системи
D	Підтримка здоров’я кісток і зубів, робота імунної системи
Е	Антиоксидант, захист клітинної мембрани
К	Підтримка здоров’я кісток і зубів, згортання крові

Вкладач

Гавайський університет при Маноа Програма харчової науки та харчування: Елісон Калабрезе, Шеріл Гіббі, Біллі Майнке, Марі Кайноа Фіалковскі Ревілла та Алан Тітченал