Makrotápanyagok az egészségügyben és a betegségben

A szénhidrát, a fehérje és a zsír elengedhetetlen az egészség fenntartásához, a növekedéshez, a szaporodáshoz, az immunitáshoz és a gyógyuláshoz. Ezen tápanyagok hiánya vagy feleslege veszélyeztetheti ezeket a folyamatokat, rossz egészségügyi eredményeket eredményezhet, amelyek a kérdéses makrotápanyagtól és az érintett személy életszakaszától függően változnak.

Az elmúlt évtizedekben a táplálkozással és a betegségekkel kapcsolatos kutatások gyakran az étrend által okozott problémákra összpontosítottak, amelyek nem megfelelő fehérje-, kalória- vagy mikroelem-bevitelt eredményeztek. Időnként megfelelő az aggodalom, miszerint az ilyen hiányos étrend gyenge növekedéshez és fejlődéshez vezethet, vagy súlyvesztést okozhat az idős kórházi betegeknél. A makrotápanyagok feleslege azonban sokkal nagyobb veszélyt jelent az egészségre és a jólétre a fejlett országokban és számos fejlődő országban is. Az étkezési szokások megváltoztatása a közös krónikus betegségek mozgatórugójává vált.

Ez a fejezet a makrotápanyagok alapjaira összpontosít - szerepükre, forrásaikra és követelményeikre. Minden makrotáp energiát szolgáltat. A szénhidrát és a fehérje 4 kcal/g, a zsír pedig 9 kcal/g. Az egyetlen másik tápanyag, amely energiát szolgáltat, az alkohol, 7 kcal/g mennyiségben.

A keményítő és cukor formájában lévő szénhidrát a fő energiaforrás az emberi étrendben, jellemzően az összes kalória 50% -át vagy annál nagyobb mennyiségét biztosítja. A szénhidráttartalmú ételeket több klinikailag releváns módon lehet osztályozni:

Egyszerű és összetett szénhidrát

Az egyszerű szénhidrát kifejezés monoszacharidokra és diszacharidokra vonatkozik. A szokásos monoszacharidok közé tartozik a glükóz és a fruktóz, míg a szokásos diszacharidok közé tartozik a szacharóz és a laktóz. Az 1. ábra, a 2. ábra és a 3. ábra a glükóz, a fruktóz és a szacharóz kémiai szerkezetét ábrázolja. Az egyszerű szénhidráttartalmú ételek közé tartozik a gyümölcs, az asztali cukor és a tej.

1. ábra: Glükóz (monoszacharid)

2. ábra: Fruktóz (monoszacharid)

3. ábra: Szacharóz (diszacharid)

Komplex szénhidrát poliszacharidokra vonatkozik, és keményítőt, glikogént és rostot tartalmaz. Keményítő és rost megtalálható a növényi eredetű élelmiszerekben, nyomokban pedig glikogén található állati eredetű élelmiszerekben, beleértve az izom- és májszöveteket is. A cellulóz és az amilóz (4. és 5. ábra) a rost, illetve a keményítő példái. A keményítő- és rosttartalmú ételek közé tartoznak a szemek, hüvelyesek és keményítőtartalmú zöldségek (vegye figyelembe, hogy az egész gyümölcsökben is magas a rosttartalom, bár nem keményítő).

4. ábra: Cellulóz

5. ábra: Az amilóz részleges szerkezete

Finomított és finomítatlan szénhidrátok

A finomítás olyan folyamat, amelynek során a rostos külső korpabevonatot és a szemek tápanyagban gazdag csíráját eltávolítják. Ezzel a eljárással a barna rizs fehér rizzzé alakul, vagy a teljes kiőrlésű fehér lisztté alakul, ami jelentősen csökkenti a rost- és tápanyagtartalmat. Vegye figyelembe, hogy egy étel összetett szénhidrátban gazdag lehet, de finomítható is. A fehér rizs és a fehér kenyér például finomított gabonatermékek, de megtartják összetett szénhidrátjukat.

Az élelmi rost olyan szénhidrátokra utal, amelyek ellenállnak az emésztésnek az emberi vékonybélben. A rost kizárólag növényi élelmiszerekben található meg, beleértve a gyümölcsöket, zöldségeket, hüvelyeseket, dióféléket, magokat és teljes kiőrlésű gabonákat, és kétféle típus fordul elő: Oldódó a rost folyadékkal érintkezve duzzad, miközben oldhatatlan rost nem.

A magas szénhidrát- és rosttartalmú, valamint alacsony zsír- és koleszterinszintű étrendeknek klinikai haszna van számos betegség megelőzésében és kezelésében, beleértve az elhízást, a cukorbetegséget, a szívbetegségeket és a magas vérnyomást. Az étkezési rostok elősegítik a jóllakottságot, bevitelük pedig fordítva kapcsolódik a testtömeghez és a testzsírhoz. [1] Úgy tűnik, hogy a magasabb rostbevitel jótékony hatással van a bél mikrobiotájára is. [2], [3] A legtöbb amerikai alulfogyasztja a rostot.

Glikémiás index.A glikémiás indexet (GI) először 1981-ben mutatták be, a szénhidrátban gazdag ételek vércukor-koncentrációra gyakorolt hatásainak számszerűsítésének eszközeként. [4] Egy étel GI-jét úgy határozzuk meg, hogy egy egész éjszakai böjt után 10 egészséges embernek 50 g szénhidrátot tartalmazó adagot etessünk. A vércukorszintet 15–30 perces időközönként vizsgálják a következő 2 órában, és összehasonlítják az eredményeket az azonos mennyiségű glükóz vagy fehér kenyér etetésével kapott eredményekkel. A 100 alatti GI azt jelenti, hogy az étel kevésbé befolyásolja a vércukorszintet, mint a glükóz. Nagyobb szám azt jelenti, hogy a tesztélelmiszernek nagyobb hatása van. [4]

A különféle szénhidrátok közötti különbségek klinikailag fontosak. A magas cukor- és finomított szénhidráttartalmú étrend növelheti a plazma triglicerid koncentrációját. Egyes tanulmányok kimutatták a trigliceridek csökkenését alacsony GI-diétákkal, [5] míg más tanulmányok a teljes és a HDL-koleszterin csökkenését jelentették, a trigliceridekre nincs hatással [6].

Cukorbetegek vizsgálatában 11 korábbi vizsgálat metaanalízise azt mutatta, hogy az alacsony GI-tartalmú ételeket hangsúlyozó étrendek körülbelül 0,5 százalékponttal csökkentik a hemoglobin A1c-t (a hosszú távú vércukorszint-szabályozás fő klinikai mércéje). A vizsgálatok hasonló hasznot mutattak mind az 1-es, mind a 2-es típusú cukorbetegség esetében. [7]

Noha az étrendi szénhidrát glükózt ad, a rendelkezésre álló bizonyítékok azt mutatják, hogy azoknak az embereknek, akik napi 3 adag teljes kiőrlésű ételt fogyasztanak, 20-30% -kal alacsonyabb a kockázata a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásának, mint az egyének fogyasztása

Laktóz intolerancia. Bizonyos típusú szénhidrátok intoleranciája gyakori, és utánozhatja az orvosi rendellenességeket. A tejcukor-laktózt hasító laktáz, a jejunumban található enzim általában elválasztási kor után eltűnik. Eltűnése fokozatos és rendkívül változó a megjelenés korában. Egyeseknél az enzim kora gyermekkorban eltűnik; másokban késő felnőttkorban fogy. A laktáz nem-állandóságát egykor abnormális állapotnak tekintették, amelyet laktóz-intoleranciának neveznek. Ma már ismert, hogy ez a biológiai norma, amely az egyének túlnyomó többségében előfordul. A legtöbb fehér számára azonban a laktáz az egész életen át fennáll, ezt az állapotot laktáz-perzisztenciának nevezik.

A laktáz eltűnése után a tej vagy más laktóztartalmú termékek fogyasztása puffadást, görcsöket, hasmenést és puffadást okozhat, amelyet tévesen számos gyomor-bélrendszeri betegségnek tévesztenek. [14] Egyes hatóságok azt tanácsolják az ilyen tünetekkel küzdő egyéneknek, hogy korlátozzák a laktóztartalmú termékek fogyasztását a nap folyamán elfogyasztott kis mennyiségekre, vagy növényi eredetű nem tejitalokat vagy laktázzal kezelt tejtermékeket használnak. Az elválasztás kora után azonban nincs tápanyagigény sem a tej, sem a tejpótlók számára, és az étrendbe való felvételük inkább a preferenciákon alapul, mint a táplálkozási szükségleteken.

Szacharázhiány. Ez az állapot a nagyközönségben ritka. Beszámoltak vesekövekkel rendelkező felnőtteknél [15], és egy tanulmány a HIV-fertőzöttek populációjának 31% -ánál talált szacharázhiányt [16].

Fruktóz felszívódási zavar. A fruktóz malabszorpció jelentős gyomor-bélrendszeri tüneteket is okozhat (például puffadás, görcsök, ozmotikus hasmenés), amelyek nem reagálhatnak gyógyszerekre vagy műtéti beavatkozásokra. [17] A fruktóz felszívódási zavar azonban valószínűleg csak azoknak az egyéneknek okoz problémát, akik koncentrált mennyiségben fogyasztják ezt a cukrot (pl. Magas fruktóztartalmú kukoricaszirupot tartalmazó italok), szemben azokkal, akik ésszerű mennyiségű gyümölcsöt fogyasztanak. [18] A malabszorpció főként a 25 g étkezésenként meghaladó fruktóz-bevitel esetén tűnik problémának, bár funkcionális bélbetegségben szenvedő betegeknél felszívódási zavar fordulhat elő

A fehérje támogatja a testszövetek fenntartását és növekedését. A fehérjéket alkotó aminosavakat a nukleinsavak, a sejtmembránok, a hormonok, a neurotranszmitterek és a plazmafehérjék szintézisére használják, amelyek szállítási funkciókat töltenek be, és kifejtik a kolloid ozmotikus nyomást, amely szükséges a folyadék érrendszeri fenntartásához. A fehérje a második legnagyobb energiatároló, a zsírszövet mögött a nagy mennyiségű izomszövet miatt, amely labilis aminosavforrás a glükoneogenezishez, bár az étkezések között elsődleges forrásként szénhidrátot (glikogén formájában) használnak.

Az Orvostudományi Intézet Élelmezési és Táplálkozási Testülete megállapította, hogy 9 aminosav nélkülözhetetlen minden korosztály számára. [21] Az étrendből kell beszerezni őket, hogy biztosítsák az egészség megőrzéséhez szükséges mennyiségeket, bár a szervezet különböző mértékben szintetizálja mind az esszenciális, mind a nem alapvető aminosavakat. Az esszenciális aminosavak a következők:

A növekedés során és különféle betegségállapotokban számos más aminosavat (arginin, cisztein, glutamin, glicin, prolin, tirozin) feltételesen nélkülözhetetlennek tartanak. [22] Ez a kifejezés akkor alkalmazandó, ha az endogén szintézis nem képes kielégíteni az anyagcsere szükségletét (például speciális patofiziológiai körülmények között, ideértve a csecsemők koraszülöttségét és a felnőtteknél súlyos katabolikus stresszt). [22]

Bizonyos feltételesen nélkülözhetetlen aminosavak hatása a kritikus betegek kezelésében részt vevő orvosok számára érdekes lehet. Ezek egyike a glutamin, amely mind az adenozin-trifoszfát (ATP), mind a nukleinsavak prekurzora. [23] A glutamin hiperkatabolikus/hipermetabolikus megbetegedések általi kimerülése enterocita és immunocita éhezést okozhat [24], az enterális vagy parenterális táplálkozás glutamin dúsulása pedig korlátozza a nitrogén veszteséget és javítja az eredményt (jelentősen csökkenti a bakterémiát, a szepszist és a kórházi tartózkodást) olyan kritikus betegeknél, akik műtét után vagy az intenzív osztályon. [25], [26] Ezenkívül a glutamin jelentősen megnöveli a taurin plazmakoncentrációját, [27] amely egy vérnyomáscsökkentő, antiaritmiás és pozitív inotrop hatású aminosav. [25] Ez fontos lehet krónikus vesebetegségben szenvedő betegeknél, akiknél alacsony az intracelluláris taurinkoncentráció, és akiknél nagy a szívbetegségek kockázata.

A cisztein feltételesen nélkülözhetetlen aminosav a csecsemőknél, amely különösen az éretlen csecsemőkben elősegítheti a nitrogén visszatartást. [28] A glutation prekurzoraként a cisztein fontos szerepet játszik az antioxidáns védekezésben és a sejtes események szabályozásában is (beleértve a génexpressziót, a DNS- és fehérjeszintézist, a sejtproliferációt és az apoptózist, a szignáltranszdukciót, a citokintermelést és az immunválaszt). [29] A májbetegségben szenvedő betegek a transzszulfurációs utak csökkent aktivitása miatt nem tudják teljesíteni a ciszteinnel szemben támasztott követelményeiket. [21] A cisztein fontosságát hangsúlyozza az N-acetil-cisztein szintetizálásában betöltött szerepe is, amely fontos klinikai és megelőző hatású glutation-prekurzor. Ezek közé tartozik az exacerbációk kockázatának csökkentése és a tünetek javítása krónikus bronchitisben szenvedő betegeknél, [30] jelentősen csökkentve a radiokontraszt által kiváltott nephropathia kockázatát [31], és csökkentve számos rákkockázati marker expresszióját emberben. [32] A cirrhosisban szenvedő betegek számára előnyös lehet a specifikus (például elágazó láncú) aminosavakkal történő kiegészítés (lásd Cirrhosis fejezet).

Bizonyos állapotokat okozhat vagy súlyosbíthat a felesleges fehérje, különösen az állati fehérje. Ide tartoznak a csontritkulás, a vesekövek, a krónikus vesebetegségek és esetleg bizonyos rákos megbetegedések. A növényi eredetű élelmiszerek minden korosztály számára megfelelő mennyiségű és minőségű fehérjét tudnak biztosítani. [33], [34]

Úgy tűnik, hogy a fő különbség az állati fehérjét és a növényi fehérjét biztosító étrend között az, hogy míg a növényi élelmiszerek minden esszenciális aminosavat tartalmaznak, némelyikben korlátozott a lizint vagy kéntartalmú aminosav. A különféle növényi ételek által biztosított aminosavak azonban általában kiegészítik egymást, és nem szükséges az ételeket szándékosan kombinálni. [35] Az ételek természetes kombinációi a tipikus vegetáriánus étrendben több mint megfelelő mennyiségű teljes fehérjét biztosítanak. A szójatermékek olyan fehérjetartalmat nyújtanak, mint az állati fehérje. Mivel a növényi fehérjeforrások koleszterintartalmúak és kevés a telített zsír, és élelmi rostot és különféle fitokemikáliákat tartalmaznak, előnyöket jelentenek az állati fehérjeforrásokkal szemben.

A fehérjeszükséglet bizonyos körülmények között megnő. Ide tartoznak a súlyos akut megbetegedések, az égési sérülések és a végstádiumú vesebetegségek (lásd égési és végstádiumú vesebetegségek fejezeteket). Az idősek otthonában lakók néhány tanulmányában a fehérjehiány aggodalomra ad okot azoknál, akik nem normál ételt fogyasztanak. [36] Az erő- és állóképességű sportolók fehérjeszükséglete 1,2 - 1,7 g/kg/nap között mozoghat. [37] A fehérjebevitel ezen szintjén is elegendőek a növényi fehérjeforrások. Mivel sok betegnek kérdései vannak a megfelelő fehérje megszerzésével kapcsolatban, és néhányan magas fehérjetartalmú ételeket vagy termékeket kereshetnek, amelyek káros következményekkel járnak, fontos megnyugtatni, hogy nincs szükség állati fehérjére.

A fehérjeszükségletet az életszakasz befolyásolja. A fehérjeszükséglet a növekvő években a legmagasabb, a 12 hónapos csecsemőknél az 1–3 éves gyermekeknél 1,5 g/kg, illetve 1,1 g/kg szükség van. A fehérjeszükséglet a felnőttkori igényekhez képest továbbra is magas a növekedéstől a pubertásig (4-13 éves korig), 0,95 g/kg, és 14-18 éves korig csaknem felnőttkori szintre (0,85 g/kg) csökken. kor. A terhesség és a szoptatás emellett a fehérje szükségletet az előbbi terhesség 1,1 g/kg-ra emeli, az előbbi esetében 1,3 g/kg-ra. [38]

Egészséges felnőttek esetében az Orvostudományi Intézet (IOM) által megállapított becsült átlagigény (EAR) lényegesen alacsonyabb (0,66 g/kg/nap), férfiak esetében 47, illetve 38 g/nap. [35] Ezenkívül a megfelelő fehérjét megtakarító kalóriák bevitele (lásd alább) lehetővé teszi a sovány testtömeg fenntartását nagyjából ezen a beviteli szinten. [33] A nyugati országokban a legtöbb felnőtt több fehérjét fogyaszt, mint az ajánlott EAR és 0,6 g/kg/nap ajánlott napi adag (RDA). A 2011/2012-es Mit eszünk Amerikában felmérésben a felnőtt férfiak átlagosan napi 98,8, illetve 68,1 g fehérjét fogyasztottak. [39] Ezek az összegek körülbelül kétszerese az EAR-nak. A túlzott bevitel hozzájárulhat bizonyos krónikus betegségek kockázatához (lásd alább).

Az energia-megfelelőség megkíméli a fehérjét. A fehérjeszükséglet mérlegelésekor fontos figyelembe venni a nitrogén-megtakarításhoz rendelkezésre álló kalóriák számát (azaz mind a szénhidrátokból, mind a fehérjékből származó kalóriákat). A fehérje-megtakarításhoz elegendőnek tekintjük a nem fehérje kalória/nitrogén grammonkénti arányt (6,25 g fehérje biztosítja). Így egy egészséges, 60 kg-os nő, aki testtömeg-kilogrammonként 0,8 g fehérjét fogyaszt, körülbelül 7,7 g nitrogént fogyasztana, és hozzávetőlegesen 1152 kalóriára lenne szükség ahhoz, hogy a nitrogén egyensúlyban maradjon. Ezen energiaforrások nélkül a fehérjéket dezaminálják és felhasználják az energiaigények kielégítésére. Betegség esetén a fehérje-megtakarítás semmilyen észrevehető mértékben nem fordul elő (lásd alább). [40]

A betegség fehérje katabolizmust okoz és befolyásolja a szérum fehérje értékeinek értelmezését. Az enyhén vagy közepesen súlyos betegségben szenvedő, jól táplált egyéneknél rövid távon negatív nitrogénmérleg alakulhat ki, főleg a vázizomzatban. A fehérjetárolás helyreáll, ha az étvágy, a bevitel és az aktivitás visszaállítja a betegség előtti szintet. Ebben az összefüggésben nincs szükség további táplálékfehérjére.

Metabolikusan stresszes betegeknél az elégtelen és a túlzott fehérje egyaránt problémákat okozhat. Még a fehérje-kalória-nélkülözés rövid időszakai is megbillenthetik az egyensúlyt az anabolizmustól a katabolizmusig a súlyos betegeknél. A kritikusan betegeknek, akiknek a teljes energiafogyasztás 35% -a testtömegindex, a fehérjeszükségletet 1,2 és 2,0 g/kg között ajánlották, a veszélyek között szerepelhet a hyperaminoacidemia, a hyperammonemia, a hyperinsulinemia, az émelygés és a hasmenés. [50] A túlzott fehérjebevitelhez kapcsolódó egyéb veszélyek elsősorban az állati fehérjéhez kapcsolódnak. Ide tartoznak a köszvény és egyes rákos megbetegedések (további információkért lásd a könyv egyes fejezeteit).

Az étrendi zsírok a legkevésbé igényelt makrotápanyagok, csupán néhány gramm szükséges naponta a zsírban oldódó A, D, E és K vitaminok felszívódásához. Az ételek telített és telítetlen zsírok kombinációit tartalmazzák. Jelentős mennyiségű telített zsír található a tejtermékekben, a tojásban, a húsban és a trópusi olajokban (pálma és kókuszdió), míg a telítetlen zsírok a folyékony zsírokban (például növényi olajokban) vannak túlsúlyban. Ez utóbbiak egyszeresen telítetlen zsírokra vannak osztva (túlnyomórészt az avokádó, valamint az olíva- és repceolajokban) és a többszörösen telítetlen zsírokra (amelyek megtalálhatók diófélékben, magvakban, magolajokban és kisebb mértékben húsokban is).

Csak a többszörösen telítetlen zsírsavak (PUFA) nélkülözhetetlenek az emberi táplálkozás szempontjából, mivel a test ezeket nem szintetizálja. A PUFA szerepet játszik a sejtmembránok szerkezeti komponenseiként és mint jelző molekulák (pl. Eikozanoidok). [51] Az esszenciális zsírsavak (EFA) közé tartozik a linolsav (omega-6 zsírsav) és az alfa-linolénsav (omega-3 zsírsav). Az omega-6 zsírsavak táplálékforrásainak néhány példája a növényi olaj, az avokádó és a dió, míg az omega-3 zsírsavak megtalálhatók diófélékben, magvakban, olajokban és halakban. Bár a vegán és a vegetáriánus étrendet követõ emberek általában alacsonyabb omega-3 zsírsav-bevitellel rendelkeznek, mint a mindenevõk, egy 2014-es áttekintés szerint nincs bizonyíték arra, hogy ennek következtében bármilyen káros hatást tapasztalnának. [52]

Az IOM az étrendi linolsav (omega-6) és az alfa-linolén (omega-3) savbevitel arányát javasolja 10: 1; ez a szám azonban ellentmondásos (egyesek magasabb omega-3 bevitelre utalnak). Az egyes EFA-k javasolt korszerű bevitelét a különböző korcsoportok számára az 1. táblázat tartalmazza, az EFA követelményei (g/d). [38]

A linolsav és az alfa-linolén zsírsav ajánlott aránya,