Węglowodany – czym są, gdzie występują, czy są niezbędne dla organizmu?

Źródła węglowodanów – kukurydza, chleb, ciecierzyca

Węglowodany są podstawowym źródłem energii dla organizmu człowieka. Jako jeden z trzech makroskładników, obok białek i tłuszczy pełni wiele ważnych funkcji w ustroju człowieka i powinien być dostarczany w odpowiednich proporcjach wraz ze zbilansowaną dietą. Co to są węglowodany i jakie jest ich znaczenie dla funkcjonowania organizmu?

Co to są węglowodany?

Węglowodany (cukry, sacharydy) są to związki organiczne głównie pochodzenia roślinnego, powstałe z węgla, wodoru i tlenu. Stosunek wodoru do tlenu wynosi 2:1, czyli jest taki sam jak we wzorze chemicznym wody. 

Węglowodany zawierają kilka grup hydroksylowych oraz jedną grupę karbonylową (ketonową lub aldehydową).

Węglowodany powstają w procesie fotosyntezy z udziałem dwutlenku węgla i wody. Człowiek może syntetyzować niektóre węglowodany z białka i tłuszczu, dzięki mechanizmom zabezpieczającym stały poziom łatwo dostępnej energii w postaci glukozy.

Ładunek energetyczny węglowodanów to 4 kcal na 1 gram. 

Węglowodany różnią się między sobą:

  • budową chemiczną;
  • wielkością cząsteczki;
  • właściwościami fizykochemicznymi;
  • sposobem trawienia i wchłaniania w przewodzie pokarmowym.

Z dietetycznego punktu widzenia istotny jest wpływ węglowodanów na tempo wzrostu glukozy we krwi. 

Węglowodany – jak wpływają na organizm? 

Węglowodany mogą występować jako cukry proste oraz jako węglowodany złożone, co warunkuje szybkość trawienia i wchłaniania. Dużo szybciej poziom glukozy podnosi spożycie cukrów prostych lub dwucukrów (np. cukierek, banan, sok owocowy), niż węglowodanów złożonych (pieczywo razowe z ziarnami, warzywa o wysokiej zawartości błonnika pokarmowego). 

W odniesieniu do stopnia strawności, węglowodany można podzielić na przyswajalne, będące źródłem energii i nieprzyswajalne (włókno pokarmowe – błonnik). Węglowodany są magazynowane w niewielkich ilościach zapewniających dostęp do źródła energii w okresach, kiedy uszczuplają się pokłady glukozy krążącej we krwi np. w czasie nocnego postu. 

Rola węglowodanów:

  • podstawowe źródło energii;
  • glukoza jest preferowanym paliwem do pracy mózgu, mięśni i wyłącznym dla krwinek czerwonych;
  • konieczne do utleniania kwasów tłuszczowych do dwutlenku węgla i wody;
  • niezbędne do syntezy aminokwasów glukogennych;
  • są częścią struktury łańcucha genetycznego DNA i RNA;
  • stanowią składnik błon komórkowych (glikoproteiny, glikolipidy);
  • błonnik pokarmowy wspiera funkcjonowanie układu pokarmowego;
  • nadają cechy organoleptyczne potrawom, tworząc konsystencję, barwę i niosąc smak słodki.

Węglowodany proste – czym są?

Węglowodany proste (monosacharydy, jednocukry), do których zaliczane są:

  • glukoza,
  • galaktoza,
  • fruktoza,
  • mannoza,
  • arabinoza,
  • ryboza.

To najprostsze cząsteczki cukrów, które nie ulegają hydrolizie do prostszych form. Zawierają od 3 do 10 atomów węgla w cząsteczce. 

Czytaj również:  Redukcja tkanki tłuszczowej – sposoby jak pozbyć się tkanki tłuszczowej

Wszystkie cukry proste są substancjami krystalicznymi, bezbarwnymi, dobrze rozpuszczalnymi w wodzie, bardzo słabo rozpuszczalnymi w alkoholu i nierozpuszczalnymi w tłuszczach. Cukry proste mają słodki smak. 

Do węglowodanów prostych zalicza się także proste ich pochodne:

  • aminocukry (glukozamina i galaktozamina),
  • kwasy (neuraminowy, glukuronowy, askorbinowy, galakturonowy),
  • alkohole (sorbitol, ksylitol, mannitol, inozytol).

Na szczególną uwagę zasługują używane do słodzenia substancje jak ksylitol i sorbitol, które wykazują podobne właściwości organoleptyczne (wygląd, smak), a są substancjami o niższej zawartości kalorii, niż zwykły cukier (sacharoza).

Nie jest też powszechną wiedzą, iż kwas askorbinowy, czyli popularna witamina C, należy do cukrów prostych i jest syntetyzowana z glukozy w tkankach zwierząt i komórkach roślin. Człowiek nie produkuje endogennej witaminy C, dlatego musi ona zostać dostarczona wraz z pożywieniem.

Węglowodany złożone – czym się różnią od siebie?

Węglowodany złożone to związki organiczne, które w procesie hydrolizy są zdolne do odtworzenia węglowodanów prostych. Cząsteczka węglowodanów złożonych jest zbudowana z kilku do kilkudziesięciu monosacharydów, połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi. 

Do węglowodanów złożonych zaliczamy:

Disacharydy (dwucukry) zbudowane z dwóch cząsteczek cukrów prostych, a są to:

  • sacharoza (glukoza + fruktoza),
  • laktoza (glukoza + galaktoza),
  • maltoza (glukoza+glukoza),
  • trehaloza (glukoza+glukoza),
  • celobioza (glukoza+glukoza).

Oligosacharydy są to węglowodany złożone o stosunkowo niskiej masie cząsteczkowej. Zbudowane są z 2 do 10 cząsteczek cukrów prostych, a są to:

  • melezytoza,
  • stachioza,
  • fruktooligosacharydy,
  • rafinoza,
  • polidekstroza,
  • oporne dekstryny,
  • galatkooligosacharydy,
  • galaktozydy.

Polisacharydy (wielocukry) są to wielocząsteczkowe polimery powstałe z setek, a nawet tysięcy monosacharydów. Polisacharydy od tego, czy zbudowane są z jednego rodzaju cukrów prostych, wielu różnych rodzajów monosacharydów lub czy tworzą związki sprzężone, można podzielić na:

  • homoglikany są zbudowane z jednego rodzaju monosacharydu (skrobia, glikogen, celuloza, inulina, dekstryny);
  • heteroglikany, zwane mukopolisacharydami (aminocukry, kwasy uronowe, kwas hialuronowy, heparyna);
  • związki sprzężone (glikoproteiny i glikolipidy m.in. substancje grupowe krwi, mucyna).

Źródła węglowodanów

Węglowodany stanowią bardzo dużą grupę produktową i powinny mieć procentowo największy udział w zbilansowanej diecie. Występują w postaci naturalnej oraz przetworzonej w wyniku procesów obróbki technologicznej i rafinowania. 

W czym są węglowodany? Podstawowe źródło węglowodanów stanowią produkty roślinne, a największa ich ilość (55-80%) występuje w zbożach w postaci skrobi. Dużą ilość skrobi zawierają także nasiona roślin strączkowych i są to produkty bogate w węglowodany (60%) i białko roślinne oraz ziemniaki (18%). 

Bardzo ważnym źródłem węglowodanów są owoce i warzywa, które zawierają wiele związków takich jak witaminy, minerały, polifenole, antocyjany o dużym potencjale antyoksydacyjnym. Węglowodany najczęściej występujące w owocach to fruktoza i glukoza, rzadziej sacharoza (w tę niezwykle bogate są daktyle). Warzywa są przede wszystkim źródłem węglowodanów nieprzyswajalnych w postaci błonnika pokarmowego. 

Źródła węglowodanów – grupy produktów spożywczych:

produkty zbożowe – pieczywo, mąka, makarony, kasze, ryże, płatki śniadaniowe, granola;

  • warzywa;
  • owoce;
  • nasiona roślin strączkowych;
  • mleko i przetwory mleczne;
  • cukier rafinowany;
  • soki owocowe;
  • napoje słodzone;
  • wyroby cukiernicze;
  • słodycze. 

Węglowodany są podstawą Piramidy Zdrowego Żywienia jednak spożywane w nadmiarze, szczególnie te przetworzone i rafinowane, zawierające duże ilości sacharozy (cukier, wyroby cukiernicze, słodzone napoje, słodycze) są przekształcane w tłuszcze. W postaci trójglicerydów odkładają się jako tkanka tłuszczowa i prowadzą do powstawania otyłości. Na szczególną uwagę w tej kwestii należy zwrócić podczas żywienia dzieci. Zawsze produkty słodkie pochodzenia naturalnego, czyli zdrowe węglowodany jak np. owoce będą lepszym wyborem, niż przetworzone produkty spożywcze jak ciastka, batony, cukierki, czy lizaki. 

Czytaj również:  Dieta płodności - jak poprawić płodność przez dietę?

Węglowodany przyswajalne – trawienie i wchłanianie 

Węglowodany przyswajalne zawarte w produktach spożywczych stanowią źródło energii do wszystkich procesów życiowych. Ich nadmiar zostanie zmagazynowany w postaci tkanki tłuszczowej, tworząc magazyn energii, gdyż tłuszcze są drugim preferencyjnym po glukozie paliwem. Warto podkreślić, że z zapasów tłuszczu organizm będzie korzystał dopiero po uszczupleniu wszystkich pokładów glukozy i zmagazynowanego glikogenu. W sytuacji stałego dowozu kilokalorii wraz z regularnymi posiłkami istnieje niewielka szansa na sięganie po zapasy tłuszczu. Wobec tego należy mieć na uwadze faktyczne zapotrzebowanie na poszczególne makroskładniki i właściwie zbilansować swoją dietę. 

Węglowodany przyswajalne ulegają trawieniu i wchłanianiu w świetle jelita cienkiego, skąd trafiają do krwi i są dystrybuowane do tkanek w celach energetycznych. 

Ze spalania 1 g węglowodanów uzyskuje się energię w postaci 4 kcal. 

Trawienie i wchłanianie węglowodanów przyswajalnych rozpoczyna się w jamie ustnej. Pierwszy etap trawienia trwa bardzo krótko (tyle ile żucie i formowanie kęsa pokarmowego) i następuje pod wpływem działania enzymu o nazwie amylaza ślinowa, przy optymalnym pH 6,0-7,0. Następnie pokarm przechodzi do żołądka, gdzie kwaśne pH dezaktywuje działanie amylazy ślinowej. Kolejny etap trawienia następuje w jelicie cienkim, gdzie w dwunastnicy węglowodany poddane są działaniu amylazy trzustkowej. Tam też wszystkie węglowodany przyswajalne zostają rozłożone do cukrów prostych i wchłaniane w świetle jelita.

Współczynnik wchłaniania węglowodanów prostych jest zależny od rodzaju monocukrów i wynosi: 100 dla glukozy, 110 dla galaktozy, 43 dla fruktozy i 19 dla mannozy. 

Metabolizm węglowodanów – jak organizm wykorzystuje węglowodany?

Węglowodany po tym, jak ulegają trawieniu w przewodzie pokarmowym, są wchłaniane w świetle jelita cienkiego do krwi w żyle wrotnej. Stamtąd zostają przetransportowane do wątroby, gdzie zachodzą wszystkie procesy związane z ich metabolizmem, głównie ulegają przekształceniu do glukozy. 

Dystrybucja glukozy w organizmie:

  • trafia do krwiobiegu,
  • zostaje zmagazynowana w formie glikogenu,
  • ulega utlenieniu w wątrobie. 

Optymalny poziom glukozy we krwi według norm laboratoryjnych wynosi od 70 do 99 mg/dl. Utrzymanie stałej glikemii zapewnia optymalną pracę mózgu, wszystkich narządów i mięśni. Hipoglikemia, czyli niedocukrzenie jest bardzo niebezpiecznym stanem, kiedy to w wyniku drastycznego spadku glukozy we krwi, może dojść do zawrotów głowy, a nawet utraty przytomności. 

Węglowodany w organizmie człowieka magazynowane są w formie glikogenu w wątrobie, nerkach i mięśniach. Jest on wykorzystywany w momentach wzmożonego zapotrzebowania, czyli w sytuacji, kiedy występuje długa przerwa pomiędzy posiłkami, np. w czasie snu lub podczas intensywnego wysiłku fizycznego. 

Organizm posiada mechanizmy, które zabezpieczają mózg i tkanki przed niedostateczną podażą węglowodanów dostarczanych z pożywieniem. Po uszczupleniu zapasów glikogenu mięśniowego drugim preferencyjnym źródłem energii są tłuszcze. 

Węglowodany nieprzyswajalne – rola błonnika pokarmowego 

Produkty bogate w węglowodany nieprzyswajalne, będące źródłem bardzo wartościowego dla funkcjonowania jelit włókna pokarmowego to przede wszystkim warzywa i nisko przetworzone produkty zbożowe. Błonnik pokarmowy to roślinne wielocukry i ligniny, które są oporne na działanie enzymów trawiennych. 

Czytaj również:  Dieta niskowęglowodanowa - zasady, efekty, przeciwwskazania

Błonnik pokarmowy rozpuszczalny w wodzie występuje w nasionach roślin strączkowych, niektórych owocach i warzywach. W jego skład wchodzą gumy, śluzy roślinne, pektyny, hemicelulozy. Ta frakcja włókna pokarmowego ulega degradacji w jelicie grubym i jest pożywką dla bakterii bytujących w jelitach. Dzięki właściwościom żelującym spowalnia pasaż jelitowy, wpływa na objętość masy kałowej, co przeciwdziała występowaniu biegunek. 

Błonnik pokarmowy nierozpuszczalny to celuloza, ligniny i niektóre hemicelulozy. Działa on na zasadzie „miotełki”, która usuwa zalegające zbędne produkty przemiany materii i pozostałości masy kałowej w jelitach. Już na etapie jamy ustnej pobudza funkcję żucia i wytwarzania śliny, tym samym rozpoczynając proces trawienia węglowodanów. 

Rola błonnika pokarmowego:

  • zwiększa objętość treści pokarmowej, co wpływa na uczucie sytości;
  • pobudza funkcje żucia;
  • wpływa na wydzielanie śliny i soków trawiennych;
  • buforuje i wiąże nadmiar kwasu solnego w żołądku;
  • uwalnia hormony przewodu pokarmowego (gastryna);
  • poprawia ukrwienie jelit;
  • jest pożywką dla bakterii jelitowych;
  • ogranicza występowanie zaparć;
  • chroni przed występowaniem uchyłków jelit, polipów i żylaków odbytu;
  • zmniejsza stężenie cholesterolu i wiąże kwasy żółciowe, wydalając je ze stolcem;
  • opóźnia wchłanianie tłuszczy;
  • reguluje tempo wchłanianie glukozy do krwi;
  • ma zdolność wychwytu toksyn i metali ciężkich. 

Zapotrzebowanie na błonnik wynosi 25 g, jednak rekomenduje się spożycie włókna pokarmowego w ilości około 40 g na dobę. Dieta uboga w błonnik pokarmowy, zawierająca wysoko przetworzone, oczyszczone węglowodany to zwykle dieta wysokoenergetyczna, przyczyniająca się do rozwoju otyłości. 

Zapotrzebowanie na węglowodany

Węglowodany według obowiązujących w Polsce norm żywienia powinny stanowić 50-70% całkowitego zapotrzebowania energetycznego. 

Zapotrzebowanie na węglowodany jest ustalane według:

  • wieku,
  • płci;
  • masy ciała;
  • stanu fizjologicznego (kobiety ciężarne, karmiące);
  • rodzaju wykonywanej pracy;
  • poziomu aktywności fizycznej.

Węglowodany proste i dwucukry, nie powinny przekraczać 20%, a cukier dodany do żywności 10%. Podstawą powinny być węglowodany złożone, będące bogatym źródłem węglowodanów nieprzyswajalnych, czyli błonnika pokarmowego.  

Nadmierne spożycie węglowodanów prostych powoduje odkładanie się tkanki tłuszczowej, co prowadzi do nadwagi i otyłości. Te z kolei skutkują rozwojem chorób metabolicznych takich jak: insulinooporność, cukrzyca typu 2, czy choroby układu sercowo-naczyniowego. 

W trosce o utrzymanie prawidłowej masy ciała należy zwracać też uwagę na indeks glikemiczny produktów zawierających węglowodany. Produkty o wysokim indeksie glikemicznym wpływają na gwałtowne skoki glukozy we krwi i inicjują nagłe wyrzuty insuliny, co jest zjawiskiem bardzo niekorzystnym dla zdrowia. Wyrównana glikemia warunkuje stały dostęp glukozy, co zapewnia prawidłową pracę mózgu, mięśni i wszystkich narządów organizmu człowieka.