Artykuł pochodzi ze strony
Laboratorium Pierwiastków Śladowych BIOMOL-MED
Ludzki metabolizm funkcjonuje dzięki stałemu dopływowi pożywienia, na które składają się cukry (węglowodany), tłuszcze (lipidy), białka. Ilość i jakość pożywienia decyduje o stanie naszego zdrowia. Opracowano metody oceniające właściwą masę ciała w stosunku do wzrostu i wskazujące ilości energii potrzebnej człowiekowi do podstawowej przemiany materii, jak do wykonania różnego wysiłku fizycznego i umysłowego. Określona została wydajność energetyczna procesów katabolicznych wszystkich składników pokarmowych. Czy posiadając tak rozległą wiedzę na temat odżywiania ludzkiego organizmu, jesteśmy w stanie wskazać idealnie zrównoważony sposób odżywiania? Hipotetycznie jest to możliwe. Stosując kalorymetry zliczające ilości energii wytworzonej przez nasz organizm w określonym czasie, moglibyśmy określać zapotrzebowanie energetyczne.
SKŁADNIKI POKARMOWE
W praktyce jest to niemożliwe, ponieważ na sprawność przemian energetycznych organizmu mają wpływ zarówno ilość pokarmu, jak i jego jakość. Wskazując na ilość, należy mieć na uwadze zawartość w pokarmach tłuszczów, cukrów i białek. Należy tu wspomnieć o tym, iż każdy z tych składników może być w wielu formach o różnej wartości odżywczej ocenianej wg różnych kryteriów, np. cukry mogą być oceniane wg indeksu glikemicznego, lipidy wg zawartości cholesteroli lub poszczególnych kwasów tłuszczowych, białka wg zawartości poszczególnych aminokwasów egzo- i endogennych.
Na jakość składają się wszystkie związki chemiczne i biochemiczne niezbędne do przebiegu procesów katabolicznych i anabolicznych. W tym przypadku możemy wskazać związki nieorganiczne (minerały) i organiczne (witaminy, kwasy tłuszczowe, aminokwasy, białka, antyoksydanty, naturalne ekstrakty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego).
WŁAŚCIWA DIETA
Znając reguły dietetyki, powinniśmy bez trudu wskazać dla każdego właściwy sposób odżywiania. Na tej podstawie opracowano setki diet, a ilość chorób cywilizacyjnych cały czas rośnie. Szczególnym zagrożeniem staje się z powrotem gruźlica, choroba złego odżywiania.
Pozostaje aktualne pytanie: w jaki sposób można wskazać właściwą dietę?
GENETOTROFIA, GEOBIOCHEMIA
Zakładając, iż diety zostały ułożone przez specjalistów, można przyjąć założenie, iż spełniają podstawowe wymogi odżywcze. Pozostaje do rozwiązania problem: komu daną dietę zalecić? Wiemy, że każdy z nas jest inny, tzn. jest indywidualnością biochemiczną, i każdy żyje w innym środowisku. O indywidualności biochemicznej traktuje nauka zwana genetotrofią. Natomiast o wpływie środowiska na nasz organizm – geobiochemia. Obie te dziedziny mają bezpośredni wpływ na nasz metabolizm, determinując określone efekty fizjologiczne. Próba sklasyfikowania tego zjawiska może być dobrym rozwiązaniem, szczególnie dla osób cierpiących na ciągle powracające zaburzenia metaboliczne.
W przypadku wystąpienia choroby – zarówno krótkotrwałej jak i przewlekłej – należy przede wszystkim uwzględnić te elementy odżywcze, które będą sprzyjały powrotowi do zdrowia. Czynniki genetyczne i środowiskowe determinujące sposoby żywienia muszą zejść na plan drugi. Ideałem byłoby połączenie wszystkich elementów, ale czasem jest to bardzo trudne.
TYPOWANIE METABOLICZNE
Typowanie metaboliczne można przeprowadzić na podstawie różnych parametrów. Z biochemicznego punktu widzenia najważniejsze elementy oceny metabolizmu to: energetyka organizmu, równowaga pomiędzy procesami katabolicznymi i anabolicznymi, równowaga neuroendokrynna, potencjał antyoksydacyjny, równowaga kwasowo-zasadowa środowiska wewnątrzkomórkowego. Nie ma metod diagnostycznych jednoznacznie określających typ metaboliczny. Możemy jednak próbować określać poszczególne jego elementy wybranymi technikami diagnostycznymi. Na podstawie analizy pierwiastkowej włosów wskazujemy szybkość tempa przemian energetycznych. Decydującą rolę odgrywa proporcja wapnia do fosforu.
Proporcja wapnia do fosforu
Przyjęto, iż w całkowicie zrównoważonym organizmie proporcja Ca/P powinna wynosić około 2,6. Wartość jej niższa od 2,6 wskazuje na szybkie tempo przemian energetycznych, wyższa – wolne tempo przemian energetycznych. Aby zrozumieć, dlaczego wskazana proporcja jest tak istotna, należy przypomnieć, w jaki sposób ludzki organizm pozyskuje energię do wszystkich przemian metabolicznych.
FOSFORYLACJA, ATP - ADP
Głównym związkiem wysokoenergetycznym w naszym organizmie jest adenozynotrifosforan, ATP. Powstaje on przede wszystkim w procesach fosforyzacji, tzn. przyłączenia grupy fosforanowej do adenozynodifosforanu, ADP. W ludzkim metabolizmie dominują dwie fosforylacje: substratowa i oksydacyjna.
GLUKOZA - GLIKOLIZA
Najważniejszym dla ludzkiego organizmu źródłem energetycznym jest glukoza. Energia jest z niej pozyskiwana w procesie "spalania" glukozy, nazwanym glikolizą. Właściwie energia biochemiczna w postaci ATP powstaje w jednej części glikolizy zwaną fosforyzacją substratową. Energię tę organizm pozyskuje bardzo szybko, bezpośrednio z podstawowego substratu energetycznego. Od momentu spożycia glukozy do momentu wytworzenia energii upływa zaledwie parę minut. To źródło energetyczne można porównać do rozrusznika w samochodzie. Jest niezbędne do uruchomienia innych procesów metabolicznych. Żadna komórka naszego organizmu nie przeżyje bez glukozy. Dlatego ilość glukozy we krwi musi być zawsze w określonym zakresie stężeń. W przypadku nadmiaru glukozy pojawia się we krwi insulina, mająca za zadanie wprowadzenie glukozy z krwi do wnętrza komórek. W przypadku niedoboru glukagon odtwarza glukozę z glikogenu wątrobowego, a w przypadku jej braku uruchomione zostają procesy glukoneogenezy, tzn. tworzenia glukozy z aminokwasów glukogennych białek stanowiących konstrukcję naszego organizmu.
FOSFORYZACJA SUBSTRATOWA
Ilość energii pozyskiwana z fosforyzacji substratowej nie powinna przekraczać kilku procent całkowitego zapotrzebowania energetycznego człowieka. Ostatecznym produktem katabolizmu glukozy (glikolizy) jest acetylo-CoA.
TŁUSZCZE – b-OKSYDACJA
Drugim źródłem energii są tłuszcze. Tłuszcze są estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych. Lipaza z soku trzustkowego hydrolizuje wiązania estrowe, uwalniając wolne kwasy tłuszczowe, które zostają wchłonięte w jelitach. Kwasy tłuszczowe są następnie transportowane przez różne frakcje lipidowe krwi do komórek, aby w nich ulec "spaleniu", czyli b-oksydacji. Jest to proces składający się z czterech etapów, wymagający dostarczenia dużej ilości energii. Pomimo tego jego ostateczna wydajność energetyczna jest wyższa od glikolizy. Ostatecznym produktem b-oksydacji jest acetylo-CoA. Czyli tak samo jak w przypadku glikolizy.
Acetylo-CoA w zależności od potrzeb naszego organizmu może być: źródłem energii lub substratem do wielu procesów anabolicznych.
CYKL KREBSA
W warunkach normalnych związek ten zostaje włączony w przemiany cyklu Krebsa. W wyniku ciągle powtarzającego się cyklu reakcji, z kwasów tłuszczowych zostają wychwycone wodory przez nikotyniany, tworząc formę zredukowaną NADH2+.
W przypadku krótkotrwałego niedoboru glukozy w organizmie w procesie glukoneogenezy z acetylo-CoA powstaje glukoza. W przypadku długotrwałego braku glukozy, w organizmie zaczyna brakować pirogronianu, który przekształcając się w szczawiooctan, umożliwia utworzenie cyklicznego ciągu reakcji, czyli cyklu Krebsa. Jeżeli cykl zwolni, acetylo-CoenzymA nie może być, w odpowiedniej ilości, wprowadzony do cyklu Krebsa. W rezultacie kondensuje, tworząc związki ketonowe, powodując ketozę.
MITOCHONDRIUM
Procesy "spalania" glukozy i kwasów tłuszczowych prowadzą do cyklu Krebsa. Cukry i tłuszcze są wiązkami węgla, tlenu i wodoru. Dla przemian energetycznych najistotniejszą rolę odgrywa wodór. Bowiem to on z cyklu Krebsa w postaci zredukowanych nikotynianów i flawinianów wędruje do mitochondrium, organeli komórkowych, w których powstaje zdecydowana większość energii biochemicznej w tzw. oddychaniu wewnątrzkomórkowym.
W zależności od zapotrzebowania energetycznego, komórki mogą mieć od kilku do kilkuset mitochondriów. Na przykład komórka mięśnia sercowego ma ponad 300 tych organeli, a komórka nerki niewiele ponad 50.
L-KARNITYNA
Zredukowane nikotyniany nie mogą dostać się do wnętrza mitochondrium. Niezbędna jest pomoc L-karnityny, która umożliwia przesłanie wodoru ze zredukowanego nikotynianu do wnętrza mitochondrium. Na wewnętrznej błonie mitochondrialnej znajduje się pięć kompleksów białkowych, które przeprowadzają szereg reakcji red-oks, umożliwiając wędrówkę pomiędzy nimi protonów i elektronów, kończącą się procesem nazwanym fosforyzacja oksydacyjna. Stanowi on najważniejsze źródło energii dla ludzkiego organizmu.
Dzięki L-karnitynie na pierwszy kompleks białkowy wprowadzone są kationy wodorowe. Na drugi kompleks białkowy trafiają elektrony powstające z przemian kwasów tłuszczowych z części cyklu Krebsa. Umożliwia to łódeczka szczawianowa – jabłczanowa, łącząca przestrzeń zewnątrz- i wewnątrzmitochondrialną.
KOENZYM Q10
Obydwa kompleksy białkowe wypompowują strumień kationów i elektronów na ubichinon, czyli koenzym Q10. Stanowi on przysłowiowe ucho igielne w procesie oddychania komórkowego.
RODNIKI
W przypadku nadmiaru protonów lub niedoboru ubichinonu, na jego poziomie generowany jest anionorodnik ponadtlenkowy. Rodnik ten rozpoczyna kaskadę reakcji wolnorodnikowych, prowadzącą do degradacji struktur wewnątrz mitochondrium i osłabienia wydajności wytwarzania energii.
BARIERA ANTYOKSYDACYJNA
W przypadku właściwego przebiegu procesów oddychania wewnątrzkomórkowego, tylko około 2% energii zostaje utraconej na korzyść generowania wolnych rodników. Przed taką ilością wolnych rodników w pełni zabezpiecza nas dysmutaza ponadtlenkowa, która we wnętrzu mitochondriów występuje w dwóch postaciach izomerycznych, cynkowej i manganowej. Stanowi ona podstawowy i najważniejszy element bariery antyoksydacyjnej.
2H2 + O2 = 2H2O + Energia
Procesy utleniania i redukcji na poszczególnych kompleksach białkowych w łańcuchu oddychania komórkowego prowadzą do ostatecznego połączenia wodoru (pochodzącego z cukrów i tłuszczów) z tlenem, który trafia do komórek na drodze chemicznej i fizycznej. W wyniku połączenia tlenu z wodorem powstaje woda. Jest to proces wydzielający olbrzymie ilości energii, wybuchowy.
TEORIA CHEMIOSMOTYCZNA – FOSFORYZACJA OKSYDACYJNA
W mitochondriach energia ta zostaje wychwycona w związkach wysoko-energetycznych, czyli ATP. Zachodzi proces opisany w teorii chemiosmotycznej Oswalda opisującej fosforyzację oksydacyjną. Decydującą rolę w tym procesie odgrywa strumień elektronów, który przepływa przez kanał w ostatnim kompleksie białkowym łańcucha oddychania komórkowego. Przepływ kationów jest możliwy dzięki powstaniu różnicy potencjałów w przestrzeni zewnętrznej i wewnętrznej błony mitochondrialnej, na której znajduje się łańcuch oddychania wewnątrzkomórkowego. Podczas zjawisk red-oks na poszczególnych kompleksach enzymatycznych, kationy wodorowe wypompowywane są na zewnętrzną stronę błony mitochondrium. W wyniku tego powstaje deficyt kationów w matriks mitochondrium. W normalnych warunkach zostaje on zniwelowany wpływającymi przez kanał białkowy kationami, co uruchamia fosforyzację oksydacyjną.
ROLA WAPNIA
W przypadku obecności w pobliżu mitochondrium kationów wapnia, zostają one wprowadzone do wnętrza mitochondrium, zmniejszając różnicę ładunków w przestrzeniach zewnątrz- i wewnątrzmitochondrialnych. W efekcie wydajność fosforyzacji oksydacyjnej spada, czyli mitochondrium produkuje mniej związków wysokoenergetycznych. Z taką sytuacją mamy do czynienia w przypadkach zaburzeń przemiany wapnia; często obserwowanych u ludzi starszych lub u osób suplementujących się dużymi ilościami wapnia, np. w przypadku wystąpienia osteoporozy.
DYSTRYBUCJA ENERGII
Mitochondria nie mogą przemieszczać się w komórce. Energia wytworzona w miejscu, w którym jest mitochondrium, w postaci ATP może zostać przekazana w inne miejsce tylko za pośrednictwem innych związków wysokoenergetycznych, które mają niższy potencjał od ATP. Poszczególne związki wysokoenergetyczne przekazują sobie nawzajem grupę fosforanową, aż do miejsca przeznaczenia. Powstaje zjawisko przypominające falę fosforanową, która pokonuje przestrzenie w komórkach i pomiędzy nimi. Jest możliwe dzięki istnieniu kanałów białkowych w błonach komórkowych, które umożliwiają transport grup fosforanowych. Sprawność tych kanałów białkowych jest uzależniona od ilości wapnia. Jego niedobór może zwolnić przekazywanie energii miejsca, w których jest jej deficyt.
WAPŃ I FOSFOR
Wynika z tego, iż obecność wapnia w przemianach energetycznych jest niezbędna. Jego brak, jak i nadmiar, może na różnych etapach zwolnić tempo przemian energetycznych. Do reakcji fosforyzacji konieczna jest odpowiednia ilość fosforanów. Ich niedobór praktycznie nie występuje, ale nadmiar może mieć wpływ na przemiany energetyczne.
DIETA UBOGO-WĘGLOWODANOWA
W ostatnich latach można zaobserwować coraz większe zainteresowanie dietami ubogowęglowodanowymi, m.in. dietą dr. Atkinsa, a w Polsce – dieta dr. Jana Kwaśniewskiego. Zakładają one, iż można schudnąć, nie odczuwać głodu, nie występuje efekt jo-jo. Badania dowodzą, iż stosowanie tego typu diet nie jest pozbawione sensu. Świat medyczny, przez lata osądzający Atkinsa jako lekarza szkodzącego pacjentom, dziś przyznaje: pokarmy węglowodanowe wzmagają apetyt i sprzyjają cukrzycy typu II, natomiast pożywienie o niskiej zawartości węglowodanów pomaga w szybkiej utracie masy ciała. Jednakże diety ubogowęglowodanowej nie wolno upraszczać i ograniczać się do jedzenia tylko tłuszczów i białek. Węglowodany należy jeść. Trzeba tylko wiedzieć, które wybrać i ile, by uniknąć negatywnych skutków.
PREKURSOR DIET UBOGO-WĘGLOWODANOWYCH
W XIX wieku William Banting wpadł na pomysł nowej diety. Był otyłym mężczyzną w średnim wieku, który od lat rozpaczliwie próbował się odchudzić. Przestał spożywać przetwory mączne, ziemniaki, słodycze itp. Po kilku miesiącach schudł. Nie odczuwał głodu, nie miał napadów wilczego apetytu, które nękały go przy innych dietach odchudzających. Swoje doświadczenia opisał w książce "List otwarty na temat tuszy", którą wydał w Londynie w 1863 roku. Wówczas po raz pierwszy dieta ubogowęglowodanowa wzburzyła środowisko medyczne, które wyszydziło autora, wytykając mu, że nie jest ani lekarzem, ani nawet dietetykiem. Teoria Dr. Atkinsa również została źle osądzona przez świat medyczny.
Dopiero lata stosowania diet wysokowęglowodanowych i gwałtowny rozwój chorób cywilizacyjnych, zmusiły lekarzy i dietetyków do zrewidowania swoich poglądów. Już dziś tłuszcze zajmują należne im miejsce w piramidzie żywienia. Nową piramidę zdrowego żywienia opracował dr Walter Willett i jego zespół ze Szkoły Zdrowia Publicznego Uniwersytetu Harvarda.
WNIOSEK
Dieta uboga w węglowodany jest dla wielu z nas "eliksirem młodości" lub wspaniałym lekarstwem. Nie oznacza to, iż jest to dieta dla wszystkich i w każdym stanie zdrowia. Dietetyka dąży do indywidualizacji. Każdy powinien mieć swoją indywidualną dietę na czas określony. Tylko wtedy będziemy właściwie dla naszego wieku i stanu zdrowia odżywieni. Wówczas możemy "wsłuchać się" w swojego "wewnętrznego lekarza", który wskaże nam potrzeby naszego organizmu, aby instynktownie jeść to, co nam smakuje. Możemy wtedy stwierdzić, iż jesteśmy odżywieni komplementarnie. W innych przypadkach albo dietetyka stanie się treścią naszego życia i wkroczymy na niebezpieczną drogę ortoreksji, albo będziemy jeść co się da, byle gdzie – i dołączymy do grona ludzi cierpiących na choroby cywilizacyjne. Wybór należy do Państwa.