История науки рассматривает три основные теории питания: античную, теорию сбалансированного питания и теорию адекватного питания.
Античная теория питания связана с именами Аристотеля и Галена и является частью их представлений о живом. Согласно этой теории питание всех структур организма происходит за счет крови, которая непрерывно образуется в пищеварительной системе из пищевых веществ, в результате сложного процесса неизвестной природы. В печени происходит очистка этой крови, после чего она используется для питания всех органов и тканей. На основе этой теории были построены многочисленные лечебные диеты древних.
Теория сбалансированного питания.
Теория сбалансированного питания возникла более 200 лет назад и преобладала в диетологии до последнего времени. Формирование научных представлений о питании и роли пищевых веществ в процессах жизнедеятельности началось лишь в середине XIX века с появлением классической парадигмы питания, которой предшествовал ряд научных открытий, непосредственно или опосредованно связанных с питанием. К ним относятся открытие витаминов, ионов микроэлементов, научные достижения, связанные с выяснением структуры белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот, роли микроэлементов в жизнедеятельности организма, структуры и организации биологических систем, научные данные, связанные со строением организма на клеточном уровне.
Впервые за всю историю эволюции цель питания стали связывать со здоровьем человека.
Суть теории сбалансированного питания сводилась к следующим положениям.
1. При идеальном питании приток веществ точно соответствует их потере.
2. Приток питательных веществ обеспечивается путем разрушения пищевых структур и использования организмом образовавшихся органических и неорганических веществ.
3. Энергетические затраты организма должны быть сбалансированы с поступлением энергии.
Согласно этой теории, нормальное функционирование организма обеспечивается при его снабжении не только необходимыми энергией и белком, но также при соблюдении определенных соотношений между многочисленными незаменимыми факторами питания, каждый из которых выполняет свою специфическую функцию в обмене веществ.
В основе концепции сбалансированного питания лежит определение пропорций отдельных пищевых веществ в рационе, отражающих сумму обменных реакций, которые характеризуют химические процессы, обеспечивающие в итоге жизнедеятельность организма. Одной из главных биологических закономерностей, на которых базируется теория, является правило соответствия ферментных наборов организма химическим структурам пищи.
Формула сбалансированного питания, по А. А. Покровскому, представляет собой таблицу, включающую перечень пищевых компонентов с потребностями в них в соответствии с физиологическими особенностями организма. Формула составлена на общую энергетическую ценность суточной нормы пищевых веществ, равную 3000 ккал.
В соответствии с тенденциями к снижению энергетических потребностей современного человека, также пересматриваются нормы потребления макронутриентов (источников энергии).
Исходя из формулы сбалансированного питания, полноценный рацион (от лат. слова гаао - расчет, мера - порция пищи определенного состава на известный срок) должен содержать питательные вещества пяти классов:
- источники энергии - белки, жиры, углеводы;
- незаменимые аминокислоты;
- витамины;
- незаменимые жирные кислоты;
- неорганические элементы.
Вода, хотя и не является питательным веществом в прямом смысле слова, также необходима человеку для воспроизведения потерь в различных процессах, например, при дыхании, потоотделении и т. п.
Обычно организмом используется 300-400 мл метаболической (эндогенной) воды, освобождающейся в процессе биологического окисления; остальное количество, обеспечивающее суточную потребность (1750-2200 г), должно поставляться в организм с жидкими продуктами питания.
Таким образом, сбалансированное питание связано с учетом всех факторов питания, их взаимосвязи в обменных процессах, а также соответствия ферментативных систем химическим превращениям в организме. Но балансовый подход к питанию привел к ошибочному заключению, что ценными являются только усваиваемые организмом компоненты пищи, остальные же относятся к балласту.
Был сделан опрометчивый вывод о том, что повышение качества пищи связано с удалением балластных веществ и обогащением ее нутриентами (питательными веществами). Однако обобщение последующего опыта, связанного с созданием и потреблением такой пищи, а также изучение роли балластных веществ и кишечной микрофлоры в процессах пищеварения показали, что выводы теории сбалансированного питания требуют корректировки. В 80-е годы XX века была сформулирована новая теория питания, представляющая собой развитие теории сбалансированного питания с учетом новейших знаний о функциях балластных веществ и кишечной микрофлоры в физиологии питания.
Эта теория, автором которой явился российский физиолог академик А. М. Уголев, была названа теорией адекватного питания.
Теория адекватного питания. В основе теории лежат четыре принципиальных положения:
- пища усваивается как поглощающим ее организмом, так и населяющими его бактериями;
- приток нутриентов в организме обеспечивается за счет извлечения их из пищи и в результате деятельности бактерий, синтезирующих дополнительные питательные вещества;
- нормальное питание обусловливается не одним, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ;
- физиологически важными компонентами пищи являются балластные вещества, получившие название «пищевые волокна».
Под термином «пищевые волокна» объединяют биополимерные компоненты растительной пищи, к которым относятся неперевариваемые полисахариды, включающие целлюлозу, гемицеллюлозы, пектины (в нативном виде протопектины) и соединения полифенольной природы - лигнины. Целлюлозы и гемицеллюлозы являются практически нерастворимыми компонентами, тогда как пектиновые вещества и лигнины относятся к растворимым полимерам.
Эти компоненты, составляющие структурную основу клеточных стенок и оболочек плодов, при технологической переработке растительного сырья в пищевые продукты в основной массе удаляются. Примерами могут являться технология переработки зерна в муку, шлифование риса, отжим сока из плодов, различные процессы экстракции. В соответствии с теорией сбалансированного питания, эти компоненты считались балластными веществами, их удаление из пищи в ходе технологических процессов признавалось необходимым, что привело в итоге к значительному сокращению их содержания в традиционном рационе питания и, как следствие, отрицательно сказалось на здоровье населения.
Хотя ферментные системы человека не содержат ферментов, соответствующих структурам пищевых волокон, и последние не могут усваиваться и являться источником энергии и пластических материалов для организма, они представляют собой единый физиологически активный комплекс, обеспечивающий ряд важных функций, связанных с процессами пищеварения и обмена веществ в целом.
Специфические физиологические свойства пищевых волокон включают:
- стимуляцию кишечной перистальтики;
- адсорбцию различных токсичных продуктов, в т. ч. продуктов неполного переваривания, радионуклидов, некоторых канцерогенных веществ;
- интенсификацию обмена желчных кислот, регулирующего уровень холестерина в крови;
- снижение доступности макронутриентов (жиров и углеводов) действию пищеварительных ферментов, предотвращающее резкое повышение их содержания в крови;
- доступность действию кишечной микрофлоры (в качестве постоянного питательного субстрата), деятельность которой обеспечивает поступление в организм ценных вторичных нутриентов (витаминов группы В и других) и проявляется в различных иных позитивных эффектах воздействия на обмен веществ.
Функции растворимых и нерастворимых пищевых волокон имеют различия: целлюлозы и гемицеллюлозы оказывают в основном действие стимуляторов перистальтики, а пектины являются сорбентами и питательным субстратом для кишечной микрофлоры.
Растворимые пищевые волокна содержатся во фруктах, овощах, сушеных бобах, чечевице, соевых бобах, овсе, рисе и ячмене.
К продуктам, содержащим нерастворимые пищевые волокна, относятся хлеб из цельнозерновой муки, отруби, злаки. Пищевые волокна не содержат калорий и играют важную роль в процессе пищеварения. Они содержат пектин и клетчатку.
Теория адекватного питания формулирует основные принципы, обеспечивающие рациональное питание, в котором учитывается весь комплекс факторов питания, взаимосвязи этих факторов в обменных процессах и соответствие ферментных систем организма индивидуальным особенностям протекающих в нем химических превращений. Поэтому практической реализацией постулатов теории адекватного питания являются законы рационального питания:
1. Баланс энергии, который предполагает адекватность энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой в процессах жизнедеятельности.
2.Удовлетворение потребности организма в оптимальном количестве и соотношении пищевых веществ.
3. Режим питания, подразумевающий соблюдение определенного времени и числа приемов пищи, а также рационального распределения пищи при каждом ее приеме.
Принципы рационального питания
Пища для человеческого организма является, прежде всего, источником энергии. Именно при ее превращениях - окислении и распаде сложных веществ на более простые - происходит выделение энергии, необходимой организму в процессах жизнедеятельности, и именно энергия, содержащаяся в пищевых веществах, служит мерой потребности человека в пище. Энергию выражают в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж);
1 ккал соответствует 4,18 кДж. Роль основных источников энергии принадлежит макронутриентам - белкам, жирам и углеводам.
Доля энергии, которая может высвободиться из макронутриентов в ходе биологического окисления, характеризует энергетическую ценность (калорийность) продукта.
Коэффициенты энергетической ценности основных пищевых компонентов с учетом их средней усвояемости, зависящей, в частности, от химического состава, способа кулинарной обработки пищи, которой она подвергалась, и т. п. По энергетической ценности (калорийности) пищевые продукты делятся на 4 группы:
1. Особо высокоэнергетичные: шоколад, жиры, халва 400-900.
2. Высокоэнергетичные: мука высшего сорта, крупа, макароны, сахар 250-400.
3. Среднеэнергетичные: хлеб, мясо, колбаса, яйца, яичный ликер, водка … 100-250.
4. Низкоэнергетичные: молоко, рыба, картофель, овощи, фрукты, пиво, белое вино… до 100.
Энергетическая ценность является одним из основных свойств пищевого продукта, определяющих его пищевую ценность.
Пищевая ценность продукта - совокупность свойств пищевого продукта, при наличии которых удовлетворяются физиологические потребности человека в необходимых веществах и энергии.
Энергия, которой обеспечивается организм при потреблении и усвоении питательных веществ, расходуется на осуществление трех главных функций, связанных с жизнедеятельностью организма. К ним относятся основной обмен, переваривание пищи, мышечная деятельность.
Основной обмен - это минимальное количество энергии, необходимое человеку для поддержания жизни в состоянии полного покоя (во время сна в комфортных условиях).
Энергия, необходимая человеку для обеспечения основного обмена, зависит от возраста, пола, внешних условий и т. п. Считают, что за 1 час человек среднего возраста расходует 1 ккал на 1 кг массы тела. У детей этот расход в 1,3-1,5 раза выше. Для мужчины в возрасте 30 лет при среднем весе 65 кг (условно принят за стандарт) он составляет 1570 ккал, для женщины (30 лет, 55 кг) - 1120 ккал.
Переваривание пищи, связанное с ее специфическим динамическим действием в отсутствие мышечной активности, также требует энергии. Установлено, что поступление пищи в пищеварительный тракт на определенный период увеличивает энергию, характерную для основного обмена. Наибольший расход энергии требуется для переваривания белковой пищи, наименьший - для переваривания углеводов. Считается, что при оптимальном количестве потребляемых веществ в условиях смешанного питания увеличение основного обмена за счет специфического динамического действия пищи составляет в среднем 10-15%, что соответствует 140-160 ккал в сутки.
Мышечная деятельность, определяемая активностью образа жизни человека, требует различной энергии, которая зависит от вида физической активности и прямо связана с характером работы. Даже самые простые, легкие движения увеличивают расход энергии сверх основного обмена - об этом свидетельствуют затраты энергии (в ккал/час) при разных видах деятельности (сверх основного обмена).
В среднем на мышечную деятельность требуется ежедневно 1000-2500 ккал. Объективным физиологическим критерием, определяющим количество энергии, адекватное характеру деятельности, является соотношение общих энергозатрат на все виды жизнедеятельности с величиной основного обмена, которое названо коэффициентом физической активности (КФА). В зависимости от этого показателя все трудоспособное мужское население дифференцировано на пять групп. Физическая активность, которая оценивается коэффициентом 2,4, касается, как правило, только мужчин; женское население в зависимости от энергозатрат дифференцируется только на четыре группы.
У детей в возрасте до 18 лет и пожилых людей старше 60 лет средний энергетический обмен меньше по сравнению со среднестатистическими данными: у детей - из-за меньшей массы тела, у пожилых людей - из-за общего снижения интенсивности обменных процессов и физической деятельности.
Итак, для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека необходимо создание условий относительного равновесия между энергией, которую человек расходует, и энергией, которую он получает с пищей. Баланс энергии означает соотношение между энергией потребляемой и расходуемой. В случае положительного баланса энергии, который будет сохраняться в течение определенного периода времени, избыток энергии будет аккумулироваться в виде жира в жировой ткани, что, в конечном итоге, может привести к избыточной массе тела, а затем - к ожирению.
Расчеты показывают, что при длительном ежедневном превышении калорийности пищи над энергозатратами организма на 300 ккал, т. е. десятой доли суточной энергетической потребности, накопление резервного жира увеличивается на 15-30 г в день, что в год составит около 5,4-10,8 кг. Энергетическая ценность рациона человека, как уже известно, складывается из энергетической ценности белков, жиров и углеводов при их различных комбинациях в составе разнообразных пищевых продуктов. При этом функции макронутриентов в организме различаются. Тогда как основная функция углеводов связана с обеспечением организма энергией, жиры и, особенно, белки, наряду с функцией поставщиков энергии, являются также источниками пластических материалов для постоянно протекающих процессов обновления клеточных и субклеточных структур. Кроме того, различным клеткам и тканям организма необходимы разные источники энергии.
Например, в скелетных мышцах и клетках нервной системы в качестве источника энергии используется глюкоза, входящая в состав углеводов, а для сердечной мышцы в значительном количестве необходимы жирные кислоты, входящие в состав жиров. При этом, в соответствии с теорией адекватного питания, нормальный ход обмена веществ обеспечивается не одним потоком макронутриентов, а несколькими потоками питательных и регуляторных веществ, функции которых выполняют микронутриенты - витамины и минеральные вещества.
Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо определенное соотношение макро - и микронутриентов, что регулируется вторым принципом рационального питания.
Второй принцип рационального питания
В соответствии со вторым принципом рационального питания, должно быть обеспечено удовлетворение потребности организма в основных пищевых веществах, включающих источники энергии (белки, жиры, углеводы), незаменимые аминокислоты, незаменимые высшие жирные кислоты, витамины, минеральные вещества.
Итак, в состав полноценного рациона должны входить питательные вещества пяти классов, каждый из которых выполняет в организме свои специфические функции. Обобщенно физиологическое значение основных групп питательных веществ можно представить следующим образом.
Углеводы являются наиболее распространенными питательными веществами: в результате окисления углеводов в организме человека образуется основная часть энергии. Коэффициент энергетической ценности - 4 ккал/г. Кроме того, они служат предшественниками в биосинтезе многих компонентов клеток.
Сами по себе углеводы не являются незаменимыми нутриентами в составе пищи человека. Однако продукты, богатые углеводами, более доступны и дешевы по сравнению с продуктами, содержащими большое количество белков и жиров, поэтому именно они составляют основную часть продуктов питания в большинстве стран.
Четыре пятых населения земного шара питаются в основном растительной пищей, в которой на долю углеводов приходится 70, а иногда и 90% суммарной калорийности. В развитых странах, где население потребляет в сравнительно больших количествах мясные и молочные продукты, на долю углеводов приходится лишь 45% калорийности дневного рациона.
В соответствии с основами рационального питания, суточная потребность организма человека в углеводах составляет 400-500 г, что соответствует 53-58% калорийности дневного рациона. При этом на долю сахара должно приходиться всего 10-20%, т. е. 50-100 г. Большое количество сахарозы и других низкомолекулярных сахаров оказывает неблагоприятное воздействие на зубы. Основная доля углеводной пищи приходится на крахмал - высокомолекулярный полисахарид, состоящий из молекул 0-глюкозы. К классу углеводов относятся также пищевые волокна, суточная потребность в которых достигает 25 г (в том числе, пектиновых веществ - 5-6 г).
Жиры или триацилглицерины - продукты животного и растительного происхождения. Как и углеводы, они являются одним из основных источников энергии (коэффициент энергетической ценности - 9 ккал/г), а кроме того, служат источником углеродных атомов в биосинтезе холестерина и других стероидов. Триацилглицерины растительного происхождения являются также источником незаменимых жирных кислот. Показатель качества жировых компонентов, отражающий содержание в них полиненасыщенных жирных кислот, называется биологической эффективностью.
В отличие от углеводов, жиры задерживаются и перевариваются в желудке обычно медленнее, в связи с чем они лучше, чем углеводы, способствуют насыщению.
По последним данным, суточная потребность организма в жирах составляет 60-80 г, что соответствует 30-35% от общей энергетической ценности рациона.
Оптимальное соотношение растительных и животных жиров соответствует 7 : 3, т. е. на долю животных жиров в дневном рационе должно приходиться 30, а на долю растительных - 70%. Такое соотношение обеспечивает при утилизации жиров в процессе пищеварения поступление различных видов высших жирных кислот в следующих пропорциях: 30% - насыщенных, 60% - мононенасыщенных, 10% - полиненасыщенных, что признано оптимальным с позиций рационального питания.
Отклонение в течение длительного времени содержания жиров в дневном рационе от оптимального (особенно насыщенных жиров животного происхождения) способствует развитию таких заболеваний, как атеросклероз и ишемическая болезнь сердца. Кроме того, подавляющим большинством эпидемиологических исследований доказана пропорциональная зависимость между потреблением жиров и степенью ожирения. Для профилактики ожирения необходимо соблюдение баланса жира. Тогда как углеводный и белковый балансы устанавливаются в течение 24 часов, жировой требует большего времени, поэтому именно он является критическим параметром регулирования массы тела. Существуют две возможности избежать положительного баланса жира, способствующего увеличению веса. Это умеренное потребление жира при компенсирующем увеличении доли углеводов в рационе, или его интенсивное окисление, которое обеспечивается повышением уровня и интенсивности физических нагрузок. Причем, нашло признание утверждение, что наиболее эффективны физические упражнения меньшей интенсивности, но большей продолжительности, поскольку именно они способствуют мобилизации жира жировой ткани.
Белки, поступающие с пищей, выполняют три основные функции:
1) они являются источником 8 незаменимых и 12 заменимых аминокислот, которые используются в качестве строительных блоков в ходе биосинтеза белка не только у детей (в т. ч. и новорожденных), но и у взрослых, обеспечивая постоянное возобновление белков и их кругооборот;
2) аминокислоты служат предшественниками гормонов, порфиринов и многих других биомолекул;
3) окисление углеродного скелета аминокислот вносит, пусть и небольшой, но важный вклад в ежедневный общий расход энергии, хотя, в принципе, использование белков в качестве энергетического материала является для организма процессом маловыгодным, поскольку белки представляют собой наиболее дефицитное и ценное пищевое вещество, а кроме того, их окислению с выделением энергии сопутствует образование некоторых токсических для организма веществ. Суточная потребность в белках 85-90 г. Показатель качества пищевого белка, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма в аминокислотах для синтеза белка, получил название биологической ценности.
Самыми полноценными являются белки животного происхождения, поскольку они содержат незаменимые аминокислоты в количестве, приближающем их к идеальному белку, т. е. белку, аминокислотный состав которого отражает необходимое соотношение аминокислот для организма человека.
Для нормального питания количество незаменимых аминокислот должно составлять 36-40%, что обеспечивается при соотношении белков растительных к животным, равном 45 : 55%.
Витамины являются незаменимыми компонентами специфических коферментов или ферментов, участвующих в метаболизме и других специализированных реакциях.
Они являются органическими микропитательными веществами, ежедневная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов и даже микрограммов. В соответствии с последними рекомендациями ВОЗ, она должна удовлетворяться, прежде всего, за счет потребления натуральных продуктов.
Неорганические вещества и микроэлементы необходимы для нормального питания. Их можно разделить на две группы: а) макроэлементы, то есть те, которые требуются в граммовых количествах (кальций, фосфор, магний); б) микроэлементы, потребность в которых не превышает миллиграммов или даже микрограммов (железо, йод, цинк, медь и другие).
Неорганические вещества выполняют различные функции. Они являются структурными компонентами костей и зубов, электролитами при поддержании водно-солевого баланса крови и тканей, а также простетическими группами ферментов. Содержание в пищевом рационе основных минеральных веществ должно обеспечивать физиологические потребности человека, отраженные в формуле сбалансированного питания
А. А. Покровского. Оптимальное соотношение основных макроэлементов - кальция, фосфора и магния - должно составлять 1 : 1,3 : 0,5.
Третий принцип рационального питания
Согласно третьему принципу рационального питания, принципиальным для нормального функционирования организма является не только, какие продукты питания и в каком количестве потребляет человек, но и то, как и когда происходит это потребление. В основу третьего принципа рационального питания положены четыре основных правила:
- регулярность питания, которая учитывает комплекс факторов, обеспечивающих нормальное пищеварение;
- дробность питания в течение суток, которая должна составлять не менее 3-4 раз в день;
- рациональный подбор продуктов при каждом приеме;
- оптимальное распределение пищи в течение дня, при котором ужин не должен превышать одной трети дневного рациона. Регулярность питания связана с соблюдением времени приема пищи, при котором у человека формируется рефлекс выделения пищеварительного сока, что обеспечивает нормальное пищеварение и усвоение пищи.
Рациональное распределение пищи в течение дня (дробность питания) по количеству потребляемой пищи и ее энергетической ценности обеспечивает равномерную нагрузку на пищеварительный аппарат и создает условия для своевременного обеспечения организма необходимой энергией и питательными веществами.
Формирование подбора продуктов при каждом приеме должно обеспечивать оптимальные условия для усвоения пищи. Продукты, содержащие белки животного происхождения, рациональнее потреблять в первой половине дня, а молочную и растительную пищу - во второй. В любом случае, при составлении меню необходимо обеспечить разнообразие блюд с учетом сезонных продуктов (зелени, свежих овощей и фруктов).
Оптимальное распределение пищи в течение дня дифференцируется в зависимости от возраста, характера физической активности, распорядка дня. Для людей среднего возраста наиболее рациональным принято четырехразовое питание, для пожилых людей - пятиразовое с промежутками между приемами в 4-5 часов. Менее рациональным является трехразовое питание, при котором увеличиваются объем потребляемой пищи и нагрузка на пищеварительный аппарат.