Геронтодиетология

Всасывание аминокислот происходит преимущественно в тонкой кишке путем активного транспорта, требующего энергии и участия специальных переносчиков. При нарушении этого процесса развивается алиментарная недостаточность, признаками которой являются дистрофия тканей кишечника, нарушение баланса аминокислотного состава поступающих во внутреннюю среду организма питательных веществ. Дефицит отдельных незаменимых аминокислот, которые организм не может синтезировать самостоятельно, может иметь особенно тяжелые последствия.

После всасывания аминокислоты поступают в кровь и используются для синтеза новых белков. Процесс синтеза белка включает несколько этапов: транскрипцию (синтез мРНК), трансляцию (синтез полипептидной цепи) и посттрансляционную модификацию (фолдинг, гликозилирование и др.). Нарушения на любом из этих этапов, обусловленные генетическими дефектами, дефицитом витаминов, минералов, воздействием токсических веществ или инфекций, могут приводить к снижению скорости синтеза белка или образованию белков с измененной структурой и, следовательно, функцией. Например, снижение синтеза иммуноглобулинов ведет к ослаблению иммунитета, а синтез белков с измененной структурой (например, при некоторых нейродегенеративных заболеваниях) – к нарушению работы органов и систем.

Второй этап: обмен аминокислот

После выполнения своей функции белки распадаются на аминокислоты. Часть аминокислот используется для синтеза новых белков, а часть подвергается дезаминированию – удалению аминогруппы (—NH2). Образующийся аммиак токсичен и в печени превращается в менее токсичную мочевину, которая выводится с мочой. Нарушения обмена аминокислот могут быть как приобретенными, так и наследственными. Наследственные нарушения часто связаны с дефектами ферментов, участвующих в метаболизме определенных аминокислот. Например, фенилкетонурия – это генетическое заболевание, при котором нарушается метаболизм фенилаланина. Избыток фенилаланина в крови приводит к тяжелым нарушениям развития мозга у детей. Другой пример – наследственная тирозинемия. При этом заболевании нарушается метаболизм аминокислоты тирозина, хроническая форма тирозинемии сопровождается частой рвотой, слабостью, истощением и может привести к развитию крайней степени истощения – кахексии. Лечение наследственных нарушений обмена аминокислот обычно включает специальную диету, направленную на ограничение поступления в организм «проблемных» аминокислот. В случае с тирозинемией требуется специфическая диета, ограничение тирозина в рационе и высокое содержание витамина D – ключевые элементы лечения.

Приобретенные нарушения обмена аминокислот могут быть связаны с различными факторами, такими как заболевания печени, почек, дефицит витаминов, интоксикации. Поражение печени, например, может нарушать процессы детоксикации аммиака, что приводит к его накоплению в крови и развитию печеночной энцефалопатии – опасного для жизни состояния.

Третий этап: конечный этап обмена белков и продуктов их распада

Этот этап включает выведение продуктов распада белков из организма. Главный продукт распада белков – мочевина – выводится почками. Нарушения функции почек приводят к накоплению мочевины и других азотистых шлаков в крови (уремия), что может вызвать различные осложнения, вплоть до развития уремической комы. Также в этом этапе важно участие кишечника в выделении некоторых продуктов обмена.

Далее приводим характеристики и классификацию аминокислот. Аминокислоты делятся на эссенциальные и неэссенциальные в зависимости от того, возможно ли их образование в организме из предшественников. К незаменимым аминокислотам относятся гистидин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан и валин, а также цистеин и тирозин, синтезируемые соответственно из метионина и фенилаланина. Девять заменимых аминокислот (аланин, аргинин, аспаргиновая и глутамовая кислоты, глутамин, глицин, пролин и серин) могут отсутствовать в рационе, так как способны образовываться из других веществ. В организме также существуют аминокислоты, которые продуцируются путем модификации боковых цепей вышеперечисленных (например, компонент коллагена – гидроксипролин – и сократительных белков мышц – 3-метилгистидин).

Большинство аминокислот имеют изомеры (D- и L-формы), из которых только L-формы входят в состав белков человеческого организма. D-формы могут участвовать в метаболизме, превращаясь в L-формы, однако утилизируются гораздо менее эффективно.

Аминокислоты также делятся на глюкогенные и кетогенные, в зависимости от того, могут ли они при определенных условиях становиться предшественниками глюкозы или кетоновых тел (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Классификация аминокислот

Поступление азотсодержащих веществ с пищей происходит в основном за счет белка и, в менее значимых количествах, свободных аминокислот и других соединений. Человек не нуждается в поступлении с пищей нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые основания синтезируются в печени из аминокислот, а избыток этих оснований, поступивший с пищей, выводится в виде мочевой кислоты. В синтезе пиримидиновых колец принимает участие витамин B12, для образования пуриновых структур необходима фолиевая кислота. Именно поэтому дефицит этих нутриентов отражается прежде всего на органе с высоким уровнем пролиферации, где идет наиболее интенсивный синтез нуклеиновых кислот – кроветворной ткани.

Обычный (но не оптимальный) ежедневный прием белка у среднестатистического человека составляет приблизительно 100 г. К ним присоединяется примерно 70 г белка, секретируемого в полость желудочно-кишечного тракта. Из этого количества абсорбируется около 160 г. Самим организмом в сутки синтезируется в среднем 240–250 г белка. Такая разница между поступлением и эндогенным преобразованием свидетельствует об активности процессов ресинтеза (рис. 2.1).

Для здорового человека характерно состояние азотного равновесия, когда потери белка (с мочой, калом, эпидермисом и т. п.) соответствуют его количеству, поступившему с пищей. При преобладании катаболических процессов возникает отрицательный азотный баланс, который характерен для низкого потребления азотсодержащих веществ (низкобелковые рационы, голодание, нарушение абсорбции белка) и многих патологических процессов, вызывающих интенсификацию распада (опухоли, ожоговая болезнь и т. п.). При доминировании синтетических процессов количество вводимого азота преобладает над его выведением и возникает положительный азотный баланс, характерный для детей, беременных женщин и реконвалесцентов после тяжелых заболеваний.

Рис. 2.1. Метаболизм белка (по H.N. Munro, M. Munro, 1988, с изменениями):

АК – аминокислоты. У человека с массой тела 62,5 кг содержание общее белка – 10,9 кг (17,5 %), 240 г белка ежедневно синтезируется и распадается; 1 – абсорбция свободных аминокислот и пептидов после переваривания; 2 – поступление аминокислот в печень; 3 – синтез белков печени и плазмы, в том числе альбумина; 4 – катаболизм излишних аминокислот; 5 – распределение аминокислот в состоянии покоя; 6 – поступление в мышцы, поджелудочную железу, эпителиальные клетки; 7 – экскреция азота в различных формах.

Печень обеспечивает постоянство содержания различных аминокислот в крови. Она утилизирует примерно 1/3 всех аминокислот, поступающих в организм, что позволяет предотвратить скачки в их концентрации в зависимости питания.

Прием пищи, содержащей избыток белка, приводит к интенсификации синтеза в печени и в мышцах, образованию избыточных количеств альбумина и деградации излишка аминокислот до предшественников глюкозы и липидов. Глюкоза и триглицериды утилизируются как горючее или депонируются, а альбумин становится временным хранилищем аминокислот и средством их транспортировки в периферические ткани.

Мышцы синтезируют ежедневно 75 г белка. В отсутствие пищи синтез альбумина и мышечного белка замедляется, но продолжается деградация аминокислот.

К азотсодержащим веществам мышц относятся высокоэнергетический креатин-фосфат и продукт его деградации креатинин. Экскреция креатинина обычно расcматривается как мера мышечной массы. Однако это соединение может поступать в организм с высокобелковой пищей и влиять на результаты исследования содержания его в моче.

Почки не только выводят конечные продукты азотного распада (мочевину, креатинин и др.), но и являются дополнительным местом ресинтеза глюкозы из аминокислот, а также регулируют образование аммиака, компенсируя избыток ионов водорода в крови.

Для нервной ткани характерны более высокие концентрации аминокислот, чем в плазме. Некоторые заменимые аминокислоты, такие как глутамат (из которого при участии пиридоксина образуется ГАМК) и аспартат, также обладают влиянием на возбудимость нервной ткани.

Ограничение ароматических аминокислот в рационе, в связи с их влиянием на центральную нервную систему, имеет профилактическое значение при ведении пациентов с печеночной энцефалопатией. Элементные аминокислотные диеты с преимущественным содержанием лейцина, изолейцина, валина и аргинина помогают избежать развития белковой недостаточности у гепатологических больных и в то же время не приводят к возникновению печеночной комы.

Основные пластические функции протеиногенных аминокислот перечислены в табл. 2.2.

Метаболизм белка в организме тесно связан с витамином В6, который является кофактором ферментов трансаминирования, обеспечивающих синтез заменимых и первый этап катаболизма всех аминокислот. Поэтому повышенный уровень потребления белка требует адекватного повышения количества пиридоксина.

Таблица 2.2. Основные функции аминокислот

Белковый обмен в стареющем организме

Большая часть наших современных представлений об изменениях, происходящих в белковом и аминокислотном обмене при старении, основана на исследованиях скелетных мышц. Важно, однако, понимать, что влияние старения на белковый и аминокислотный обмен не ограничивается только этой тканью.

Часто наблюдается потеря мышечной и костной массы, в то время как жировая масса, как правило, остается неизменной или даже увеличивается. Таким образом, хотя общая масса тела может казаться стабильной, развитие саркопенического ожирения может способствовать значительной потере физических и метаболических функций (Мисникова И. В., 2017). Изменения в составе тела с возрастом связаны с повышенным риском развития дислипидемии, сердечно-сосудистых заболеваний и метаболического синдрома (Успенский Ю. П. и др., 2017).

Синтез мышечного белка очень чувствителен к анаболической стимуляции, вызванной факторами питания и физической активностью (Soultoukis G.A., Partridge L., 2016). Известно, что старение приводит к снижению анаболической эффективности из-за инволюционного дефицита внутриклеточного протеина mTOR. В ответ на физиологически адекватное белковое питание поступление аминокислот в организм стимулирует синтез мышечного белка как у молодых, так и у пожилых людей (Dideriksen К. et al., 2013).

Одной из важных причин формирования белковой недостаточности в стареющем организме является прогрессирующая несостоятельность пищеварительного конвейера. Старение, как было показано в серии исследований (Paukstyt J. et al., 2023; Bojarska J., 2020), связано с повышенной адаптационной экстракцией аминокислот в условиях мембранного пищеварения при прогрессирующих инволюционных процессах в слизистой оболочке тонкой кишки в интересах компенсаторных процессов регенерации энтероцитов и систем стареющего организма (Zhanalina G., Akhmetova S. 2020).

Современные рекомендации по обеспечению пожилых людей и стариков основными питательными веществами, в первую очередь белками, свидетельствуют о целесообразном некотором снижении суточного количества белковых продуктов в пищевом рационе до 0,75–0,8 г/кг веса. Это связано с тем, что интенсивность основных физиологических функций с каждым десятилетием жизни человека после 50 лет снижается почти на 10 % (Milanović Z. Et al., 2013; Bribiescas R.G., 2020), потребность белка уменьшается за счет инволюции синтетических и пластических процессов и ферментообразования, продукции гормонов, ряда биологически активных веществ, обеспечение мышечной деятельности и т. д. Рекомендуемые нормы потребления для белка с учетом приведенных выше показателей составляют 55–62 г/сут. (для мужчины весом 77 кг в возрасте 60–70 лет) и 45–52 г/сут. (для женщины весом 65 кг в возрасте 60–70 лет) по выводам Американского национального исследования по оценке здоровья и питания (2019 год). Вместе с тем установлено, что при сохранении физической активности пожилых людей (профессиональные физические нагрузки, занятия физкультурой, работа на дачном участке и т. п.) для поддержания азотного равновесия организма требуется повышение белкового обеспечения пожилого человека в количестве 1–1,25 г/кг в день. Эта же квота пищевого белка полностью обеспечит потребности пожилого человека в состоянии стресса, болезни или ранения (Nowson С., O'Connell S., 2015).

Углеводный обмен

Углеводы – это полиатомные альдегидо- или кетоспирты, которые подразделяются в зависимости от количества мономеров на моно-, олиго- и полисахариды. Основные представители углеводов представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Основные представители углеводов

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), олигосахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и перевариваемые полисахариды (крахмал, гликоген) являются основными источниками энергии, а также выполняют пластическую функцию.

Неперевариваемые полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза и др.) или пищевые волокна играют в питании важнейшую роль, участвуя в формировании каловых масс, регулируя моторную функцию кишечника, выступая в качестве сорбентов (табл. 2.4). Пектины (коллоидные полисахариды) и пропектины (комплексы пектинов с целлюлозой), камеди, слизи используются в диетотерапии в связи с их детоксицирующим эффектом. К пищевым волокнам относят и не являющийся углеводом лигнин.

Таблица 2.4. Роль неперевариваемых полисахаридов (пищевых волокон) в питании

Метаболизм глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо-6-фосфата, который, в отличие от свободной глюкозы, не способен покидать клетку. Дальнейшие превращения этого соединения идут в следующих направлениях:

• расщепление вновь до глюкозы в печени, почках и эпителии кишечника, что позволяет поддерживать постоянный уровень сахара в крови;

• синтез депонируемой формы глюкозы – гликогена – в печени, мышцах и почках;

• окисление по основному (аэробному) пути катаболизма;

• окисление по пути гликолиза (анаэробного катаболизма), обеспечивающего энергией интенсивно работающие (мышечная ткань) или лишенные митохондрий (эритроциты) ткани и клетки;

• по пентозофосфатному пути превращений, происходящему под действием коферментной формы витамина B1,в ходе которого генерируются продукты, используемые в синтезе биологически значимых молекул (НАДФ∙Н2, нуклеиновых кислот).

Обеспечение тканей глюкозой как энергетическим материалом происходит за счет экзогенных сахаров, использования запасов гликогена и синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников. В базальном (доабсорбционном) состоянии печень вырабатывает глюкозу со скоростью, равной ее утилизации во всем организме. Примерно 30 % производства глюкозы печенью происходит за счет гликогенолиза, а 70 % – как результат глюконеогенеза. Общее содержание гликогена в организме составляет примерно 500 г. Если нет экзогенного поступления глюкозы, его запасы истощаются через 12–18 часов. При отсутствии резервного гликогена в результате голодания резко усиливаются процессы окисления другого энергетического субстрата – жирных кислот.

Регуляция содержания глюкозы в крови осуществляется гормонами: инсулином, глюкагоном, глюкокортикостероидами, адреналином, соматостатином. Инсулин играет ключевую роль в регуляции углеводного метаболизма, обеспечивая поступление глюкозы в клетку, активируя ее транспорт через клеточные мембраны, ускоряя окисление. Кроме того, он стимулирует гликогенообразование, липо- и протеиногенез. Одновременно тормозится гликогенолиз, липолиз и глюконеогенез. Глюкагон, наоборот, активирует процессы, ведущие к росту концентрации глюкозы в крови. Глюкокортикостероиды действуют в направлении гипергликемии, стимулируя процессы продукции глюкозы печенью. Адреналин усиливает мобилизацию гликогена. Соматотропный гормон увеличивает секрецию и глюкагона, и инсулина, что ведет как к увеличению депонирования глюкозы, так и к усилению утилизации. Соматостатин тормозит продукцию соматотропина и опосредованно сдерживает выработку инсулина и глюкагона (Strowski M. Z. et al., 2020).

Известно, что для людей любого возраста углеводы должны поставлять от 55 до 60 процентов калорийности суточного пищевого рациона. Со снижением физической активности (что характерно для людей пожилого возраста) снижается потребность организма в пищевом энергообеспечении. Как уже было отмечено выше, ежедневная потребность в калориях снижается на 10 % в каждые последующие 10 лет, после достижения 50-летнего возраста. В связи с этим средней суточной нормой обеспечения организма пожилого и старого человека углеводами принято соответственно 300 и 250 г. Однако физически активный образ жизни лиц старших возрастов, сохранение их профессиональной деятельности требует увеличения обозначенных количеств углеводов на 10–15 % и даже 20 % (Martynova L., 2023; Mjøsund H.L. et al., 2022; Qin Y. et al., 2022).

Обнаружено, что поступление больших количеств простых углеводов, помимо нарушений углеводного обмена и накопления избытков энергии в естественных и неестественных жировых депо, способствуют существенному извращению жирового обмена. Речь идет о гиперхолестеринемическом действии избытка низкомолекулярных углеводов, напоминающем по своему патофизиологическому эффекту роль насыщенных жиров в генезе, прежде всего, атеросклероза и связанных с ним заболеваний (Vorobyeva V. M. et al., 2023; Noakes T. D., 2023; Harb A. A. et al., 2019).

Жировой обмен

Жиры (липиды) представлены в организме в основном триглицеридами (соединениями глицерина и жирных кислот). Благодаря высокой калорической «плотности» (в среднем 9 ккал/г по сравнению с 4 ккал/г у глюкозы), жиры составляют более 80 % энергетических запасов в организме. Энергетическая ценность отдельных триглицеридов определяется длиной углеродных цепей жирных кислот, поэтому при использовании специализированных энтеральных и парентеральных продуктов их калорийность может быть ниже средней (например, у препаратов триглицеридов со средней углеродной цепью – 8 ккал/г). При нормальном питании жиры обеспечивают до 40 % от общей калорийности питания.

Особое значение в диетологии придается ненасыщенным жирным кислотам, являющимся эссенциальными факторами питания. К ним относятся линолевая и линоленовая. Линолевая кислота метаболизируется в организме в арахидоновую, а линоленовая – в эйкозапентаеновую. Линолевая и образуемая из нее арахидоновая кислота относятся к омега-6 жирным кислотам, линоленовая кислота и продукты ее метаболизма эйкозопентаеновая и дезоксогексаеновая – омега-3 жирные кислоты. Источники жирных кислот представлены в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Основные пищевые источники различных жирных кислот

Стерины в животных продуктах представлены холестерином, а в растительных – смесью фитостеринов.

Холестерин является структурным компонентом мембран и предшественником стероидов (гормонов, витамина D, желчных кислот). Пополнение запасов холестерина происходит за счет кишечной абсорбции и биосинтеза (1 г в сутки). Количество всасывающегося в кишечнике холестерина ограничено (0,3–0,5 г в сутки), и при излишнем содержании в пище он выводится с фекалиями. Абсорбция холестерина ингибируется его растительными структурными аналогами фитостеринами. Сами фитостерины тоже могут включаться в эндогенные липидные образования, но их участие минимально. При избыточном поступлении холестерина с пищей его синтез в печени, кишечнике и коже практически прекращается.

Поступающий из кишечника в составе хиломикронов холестерин в значительной степени задерживается в печени, где используется для построения мембран гепатоцитов и в синтезе желчных кислот. В составе желчи в результате реабсорбции в организм возвращается около 40 % жиров. Не подвергшиеся обратному всасыванию в кишечнике холестерин и желчные кислоты – это основной путь выведения холестерина из организма (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Обмен холестерина (ХС) (по I.M. Arias et al., 1982)

Холестеринсодержащие липопротеиды регулируют баланс холестерина в клетках: ЛПНП обеспечивают потребности, а ЛПВП предупреждают избыточное накопление.

Различают пять типов дислипопротеинемий. I тип связан с нарушением лизиса хиломикронов, IIа тип – результат нарушения распада ЛПНП и снижения поступления холестерина в клетку, II тип характеризуется замедлением распада ЛПОНП, IV тип связан с усилением синтеза триглицеридов в печени в результате гиперинсулинизма, механизмы развития IIб и V типов точно не известны.

Как и при метаболизме углеводов, ведущую роль в липидном обмене играет печень. Исключительно в печени локализованы такие процессы, как биосинтез холестерина, желчных кислот и фосфолипидов. В обмене других липидов ей присущи модифицирующие и регуляторные функции. В отличие от богатых запасов гликогена, печень практически не содержит собственных резервов триглицеридов (менее 1 %), однако занимает ключевую позицию в процессах мобилизации, потребления и синтеза жиров в других тканях (Shahryari M. at al., 2023).

Продуктами неполной утилизации жиров печенью являются кетоновые тела. К ним относятся ацетоуксусная кислота, β-оксибутират и ацетон. В норме кетоны образуются в незначительном количестве и полностью утилизируются как источник энергии нервной тканью, скелетными и висцеральными мышцами. В условиях ускоренного катаболизма жирных кислот и/или снижения утилизации углеводов синтез кетонов может превысить возможности их окисления внепеченочными органами и привести к развитию метаболического ацидоза. Ингибирующее влияние на кетоногенез оказывают углеводы рациона (Binobead M. A. et al., 2023).

Головной мозг и нервная ткань практически не используют жиры как источник энергии, так как здесь не происходит β-окисления. Однако эти ткани могут использовать кетоновые тела. В норме доля процессов окисления кетоновых тел незначительна по сравнению с катаболизмом глюкозы. Однако в условиях голодания кетоновые тела становятся важным альтернативным источником энергии.

Кетоны используются и мышцами, наряду с происходящей здесь утилизацией глюкозы и β-окислением. При незначительной физической нагрузке мышцы окисляют в основном углеводы, увеличение интенсивности и длительности работы требует преобладания катаболизма жиров, β-окисление в большинстве тканей стимулируется переносчиком липидов карнитином, но особенно весомое значение он имеет для мышечной ткани.

Регуляция метаболизма жирных кислот и глюкозы тесно связаны: повышенное окисление жирных кислот ингибирует утилизацию глюкозы (Chen F. et al., 2022). Поэтому инфузия жировых эмульсий с соответственным повышением уровня свободных жирных кислот в крови ослабляет действие инсулина на утилизацию глюкозы и стимулирует печеночный глюконеогенез.

Как уже отмечалось выше, основную роль в метаболизме нутриентов играет печень (табл. 2.6).

Таблица 2.6. Роль печени в метаболизме белков, жиров и углеводов

В соответствии с Методическими рекомендациями MP 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» (утв. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 22 июля 2021 г.) физиологическим верхним пределом количественного обеспечения пожилого человека пищевыми жирами следует рассматривать 1 г/кг для возраста 60–75 лет и 0,8 г/кг для возраста старше 75 лет. Если в молодом и среднем возрасте 30 % от общего потребляемого количества жира должно быть представлено жирами растительного происхождения, а 70 % соответственно – животными, то у лиц пожилого и старческого возраста представленное количественное соотношение растительных и животных жиров в определенной степени изменяется в сторону увеличения доли растительных жиров до 40 % в пожилом возрасте и до 50 % у лиц старше 75 лет (Senee A. et al., 2023 и др.).