Funkcje węglowodanów w organizmie

W tej części naszego przeglądu węglowodanów wyjaśniamy różne rodzaje i podstawowe funkcje węglowodanów, w tym cukrów. Aby uzyskać przegląd tego, jak spożycie węglowodanów jest powiązane ze zdrowiem, zapoznaj się z artykułem „Czy węglowodany są dla ciebie dobre czy złe?”.

1. Wprowadzenie

Węglowodany, obok tłuszczu i białka, są jednym z trzech makroskładników odżywczych w naszej diecie, a ich główną funkcją jest dostarczanie organizmowi energii. Występują w wielu różnych postaciach, takich jak cukry i błonnik pokarmowy oraz w wielu różnych produktach spożywczych, takich jak produkty pełnoziarniste, owoce i warzywa. W tym artykule badamy różnorodność węglowodanów występujących w naszej diecie i ich funkcje.

2. Co to są węglowodany?

W swojej najbardziej podstawowej postaci węglowodany składają się z bloków budulcowych cukrów i można je klasyfikować według liczby jednostek cukru połączonych w ich cząsteczce. Glukoza, fruktoza i galaktoza to przykłady cukrów jednojednostkowych, znanych również jako monosacharydy. Cukry dwujednostkowe nazywane są disacharydami, wśród których najbardziej znane są sacharoza (cukier stołowy) i laktoza (cukier mleczny). Monosacharydy i disacharydy są zwykle określane jako proste węglowodany. Cząsteczki długołańcuchowe, takie jak skrobia i błonnik pokarmowy, są znane jako węglowodany złożone. W rzeczywistości jednak różnice są wyraźniejsze. Tabela 1 zawiera przegląd głównych rodzajów węglowodanów w naszej diecie.

Tabela 1. Przykłady węglowodanów w oparciu o różne klasyfikacje.

Węglowodany są również znane pod następującymi nazwami, które zwykle odnoszą się do określonych grup węglowodanów:

• cukry
• węglowodany proste i złożone
• odporna skrobia
• błonnik pokarmowy
• prebiotyki
• cukry wewnętrzne i dodane

Różne nazwy wynikają z faktu, że węglowodany są klasyfikowane w zależności od ich budowy chemicznej, ale także ze względu na ich rolę, czy źródło w naszej diecie. Nawet wiodące organy zajmujące się zdrowiem publicznym nie ustaliły wspólnych definicji dla różnych grup węglowodanów.

3. Rodzaje węglowodanów

3.1. Monosacharydy, disacharydy i poliole

Węglowodany proste – te z jedną lub dwiema jednostkami cukru – są również znane jako cukry. Przykłady to:

• Glukoza i fruktoza:monosacharydy, które można znaleźć w owocach, warzywach, miodzie, ale także w produktach spożywczych, takich jak syropy glukozowo-fruktozowe
• Cukier stołowy lub sacharoza jest disacharydem glukozy i fruktozy i występuje naturalnie w buraku cukrowym, trzcinie cukrowej i owocach
• Laktoza, disacharyd składający się z glukozy i galaktozy, jest głównym węglowodanem w mleku i produktach mlecznych
• Maltoza to disacharyd glukozy znajdujący się w syropach pochodzących ze słodu i skrobi

Cukry monosacharydowe i disacharydowe są zwykle dodawane do żywności przez producentów, kucharzy i konsumentów i są określane jako „cukry dodane”. Mogą również występować jako „wolne cukry”, które naturalnie występują w miodzie i sokach owocowych.

Poliole lub tak zwane alkohole cukrowe są również słodkie i mogą być stosowane w żywności w podobny sposób do cukrów, ale mają niższą zawartość kalorii w porównaniu ze zwykłym cukrem stołowym (patrz poniżej). Występują naturalnie, ale większość stosowanych przez nas polioli powstaje w wyniku przemiany cukrów. Sorbitol jest najczęściej stosowanym poliolem w żywności i napojach, podczas gdy ksylitol jest często stosowany w gumach do żucia i miętówkach. Izomalt to poliol wytwarzany z sacharozy, często stosowany w cukiernictwie. Poliole mogą mieć działanie przeczyszczające, gdy są spożywane w zbyt dużych ilościach.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o cukrach w ogóle, przeczytaj nasz artykuł „Cukry:odpowiadanie na często zadawane pytania”, artykuł „Odpowiadanie na często zadawane pytania dotyczące substancji słodzących” lub zbadaj możliwości i trudności związane z zastąpieniem cukru w ​​wypiekach i przetworzonej żywności ( Cukry z perspektywy technologii żywności”).

3.2. Oligosacharydy

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) definiuje oligosacharydy jako węglowodany zawierające 3-9 jednostek cukru, chociaż inne definicje dopuszczają nieco dłuższe łańcuchy. Najbardziej znane to oligofruktany (lub w ścisłym znaczeniu naukowym:fruktooligosacharydy), które składają się z do 9 jednostek fruktozy i naturalnie występują w warzywach o niskiej słodyczy, takich jak karczochy i cebula. Raffinoza i stachioza to dwa inne przykłady oligosacharydów występujących w niektórych roślinach strączkowych, zbożach, warzywach i miodzie. Większość oligosacharydów nie jest rozkładana na monosacharydy przez ludzkie enzymy trawienne i jest wykorzystywana przez mikrobiotę jelitową (więcej informacji znajdziesz w naszym materiale na temat błonnika pokarmowego).

3.3. Polisacharydy

Do wytworzenia polisacharydów potrzeba dziesięciu lub więcej – a czasem nawet kilku tysięcy – jednostek cukru, które zwykle dzieli się na dwa rodzaje:

• Skrobia, która jest głównym zapasem energii w warzywach korzeniowych, takich jak cebula, marchew, ziemniaki i produkty pełnoziarniste. Ma różnej długości łańcuchy glukozy, mniej lub bardziej rozgałęzione i występuje w granulkach, których wielkość i kształt różnią się między roślinami, które je zawierają. Odpowiedni polisacharyd u zwierząt nazywa się glikogenem. Niektóre skrobie mogą być trawione jedynie przez mikrobiotę jelitową, a nie przez mechanizmy naszego organizmu:są one znane jako skrobie odporne.
• Polisacharydy nieskrobiowe, które są częścią grupy błonnika pokarmowego (chociaż kilka oligosacharydów, takich jak inulina, jest również uważanych za błonnik pokarmowy). Przykładami są celuloza, hemicelulozy, pektyny i gumy. Głównymi źródłami tych polisacharydów są warzywa i owoce, a także produkty pełnoziarniste. Cechą charakterystyczną polisacharydów nieskrobiowych, a właściwie wszystkich błonników pokarmowych, jest to, że ludzie nie mogą ich trawić; stąd ich niższa średnia zawartość energii w porównaniu z większością innych węglowodanów. Niektóre rodzaje błonnika mogą jednak być metabolizowane przez bakterie jelitowe, co powoduje powstanie związków korzystnych dla naszego organizmu, takich jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe. Dowiedz się więcej o błonniku pokarmowym i jego znaczeniu dla naszego zdrowia w naszym artykule na temat „pełnych ziaren” i „błonnika pokarmowego”.

Odtąd będziemy odnosić się do „cukrów”, gdy mówimy o mono- i disacharydach, oraz „błonnika”, gdy mówimy o polisacharydach nieskrobiowych.

4. Funkcje węglowodanów w naszym organizmie

Węglowodany są istotną częścią naszej diety. Co najważniejsze, dostarczają energii dla najbardziej oczywistych funkcji naszego ciała, takich jak poruszanie się czy myślenie, ale także dla funkcji „w tle”, których przez większość czasu nawet nie zauważamy. Podczas trawienia węglowodany, które składają się z więcej niż jednego cukru, są rozkładane na monosacharydy przez enzymy trawienne, a następnie są bezpośrednio wchłaniane, powodując reakcję glikemiczną (patrz poniżej). Organizm wykorzystuje glukozę bezpośrednio jako źródło energii w mięśniach, mózgu i innych komórkach. Niektóre węglowodany nie mogą zostać rozłożone i albo ulegają fermentacji przez nasze bakterie jelitowe, albo przechodzą przez jelita bez zmian. Co ciekawe, węglowodany odgrywają również ważną rolę w strukturze i funkcji naszych komórek, tkanek i narządów.

4.1. Węglowodany jako źródło energii i ich magazynowanie

Węglowodany rozłożone głównie na glukozę są preferowanym źródłem energii dla naszego organizmu, ponieważ komórki w naszym mózgu, mięśniach i wszystkich innych tkankach bezpośrednio wykorzystują cukry proste do zaspokojenia swoich potrzeb energetycznych. W zależności od rodzaju gram węglowodanów dostarcza różne ilości energii:

• Skrobia i cukry są głównymi węglowodanami dostarczającymi energię i dostarczają 4 kilokalorii (17 kilodżuli) na gram
• Poliole dostarczają 2,4 kilokalorii (10 kilodżuli) (erytrytol w ogóle nie jest trawiony, a zatem daje 0 kalorii)
• Błonnik pokarmowy 2 kilokalorie (8 kilodżuli)

Monosacharydy są bezpośrednio wchłaniane przez jelito cienkie do krwiobiegu, gdzie są transportowane do potrzebujących komórek. Kilka hormonów, w tym insulina i glukagon, również wchodzi w skład układu pokarmowego. Utrzymują poziom cukru we krwi, usuwając lub dodając glukozę do krwi w razie potrzeby.

Jeśli nie jest stosowany bezpośrednio, organizm przekształca glukozę w glikogen, polisacharyd podobny do skrobi, który jest magazynowany w wątrobie i mięśniach jako łatwo dostępne źródło energii. W razie potrzeby, na przykład między posiłkami, w nocy, w okresie aktywności fizycznej lub podczas krótkich okresów postu, nasz organizm przekształca glikogen z powrotem w glukozę, aby utrzymać stały poziom cukru we krwi.

Mózg i czerwone krwinki są szczególnie zależne od glukozy jako źródła energii i mogą wykorzystywać inne formy energii z tłuszczów w ekstremalnych okolicznościach, na przykład w bardzo długich okresach głodu. Z tego powodu nasz poziom glukozy we krwi musi być stale utrzymywany na optymalnym poziomie. Potrzebne jest około 130 g glukozy dziennie, aby pokryć zapotrzebowanie energetyczne samego mózgu dorosłego.

4.2. Odpowiedź glikemiczna i indeks glikemiczny

Kiedy jemy żywność zawierającą węglowodany, poziom glukozy we krwi wzrasta, a następnie spada, proces znany jako odpowiedź glikemiczna. Odzwierciedla tempo trawienia i wchłaniania glukozy, a także wpływ insuliny na normalizację poziomu glukozy we krwi. Na szybkość i czas trwania odpowiedzi glikemicznej wpływa szereg czynników:

• Samo jedzenie:
  • Rodzaj cukru(ów), które tworzą węglowodany; np. fruktoza ma niższą odpowiedź glikemiczną niż glukoza, a sacharoza ma niższą odpowiedź glikemiczną niż maltoza
  • Struktura cząsteczki; np. skrobia o większej liczbie rozgałęzień jest łatwiej rozkładana przez enzymy i dlatego jest łatwiej przyswajalna niż inne
  • Stosowane metody gotowania i przetwarzania
  • Ilość innych składników odżywczych w pożywieniu, takich jak tłuszcz, białko i błonnik
• Stosunki (metaboliczne) u każdej osoby:
  • Zasięg żucia (awaria mechaniczna)
  • Szybkość opróżniania żołądka
  • Czas przejścia przez jelito cienkie (na który częściowo wpływa jedzenie)
  • Sam metabolizm
  • Pora dnia, w której spożywane jest jedzenie

Wpływ różnych pokarmów (a także techniki przetwarzania pokarmów) na odpowiedź glikemiczną jest klasyfikowany w stosunku do standardowego, zwykle białego chleba lub glukozy, w ciągu dwóch godzin po jedzeniu. Ten pomiar nazywa się indeksem glikemicznym (GI). IG 70 oznacza, że ​​jedzenie lub napój powoduje 70% odpowiedzi glukozy we krwi, która byłaby obserwowana przy tej samej ilości węglowodanów z czystej glukozy lub białego chleba; jednak przez większość czasu węglowodany są spożywane jako mieszanka oraz wraz z białkami i tłuszczami, które mają wpływ na GI.

Żywność o wysokim IG powoduje większą reakcję na poziom glukozy we krwi niż żywność o niskim IG. Jednocześnie pokarmy o niskim IG są trawione i wchłaniane wolniej niż pokarmy o wysokim IG. W środowisku naukowym toczy się wiele dyskusji, ale obecnie nie ma wystarczających dowodów, aby sugerować, że dieta oparta na żywności o niskim IG wiąże się ze zmniejszonym ryzykiem rozwoju chorób metabolicznych, takich jak otyłość i cukrzyca typu 2.

4.3. Czynność jelit i błonnik pokarmowy

Chociaż nasze jelito cienkie nie jest w stanie strawić błonnika pokarmowego, błonnik pomaga zapewnić dobre funkcjonowanie jelit poprzez zwiększenie masy ciała w jelicie, a tym samym stymulację pasażu jelitowego. Gdy niestrawne węglowodany przejdą do jelita grubego, niektóre rodzaje błonnika, takie jak gumy, pektyny i oligosacharydy, są rozkładane przez mikroflorę jelitową. Zwiększa to ogólną masę jelita i ma korzystny wpływ na skład naszej mikroflory jelitowej. Prowadzi to również do powstawania bakteryjnych produktów przemiany materii, takich jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, które są uwalniane w okrężnicy z korzystnym wpływem na nasze zdrowie (więcej informacji znajdziesz w naszych artykułach dotyczących błonnika pokarmowego).

5. Podsumowanie

Węglowodany są jednym z trzech makroskładników w naszej diecie i jako takie są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Występują w różnych formach, od cukrów, przez skrobię, po błonnik pokarmowy, i są obecne w wielu spożywanych przez nas produktach spożywczych. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak wpływają na nasze zdrowie, przeczytaj nasz artykuł „Czy węglowodany są dla ciebie dobre czy złe?”.