Белковый обмен: белки и потребность в них

Свойства пищевых белков, учитываемые при нормировании питания

Биодоступность (всасываемость):

• 100 (Nпост - Nвыд) / Nпост,

где Nпост - азот поступивший; Nвыд - азот, выделенный с калом.

Чистая утилизация (NРU %):

• (Nпщ-100 (Nсn + Nvч)) / Nпщ,

где Nпщ - азот пищи;

Nст - азот кала;

Nмч - азот мочи.

Коэффициент эффективности белка:

• Прибавка в массе тела на 1 г съеденного белка в стандартизованном эксперименте на крысятах.

Аминокислотный «скор»:

• 100 Акб / Акэ,

где Акб - содержание данной аминокислоты в данном белке, мг;

Акэ - содержание данной аминокислоты в эталонном белке, мг.

В качестве иллюстрации понятия «скор» и понятия «идеальный белок» приводим данные по характеристикам «скора» и утилизации нескольких пищевых белков.

Показатели «аминокислотного скора» и «чистой утилизации» некоторых белков пищи

Рекомендуемое потребление белка

Учитывая существенные различия в составе и пищевой ценности белков, расчеты белкового обеспечения в раннем возрасте производят только и исключительно на белки самой высокой биологической ценности, вполне сопоставимые по пищевой ценности с белком женского молока. Это касается и рекомендаций, приводимых ниже (ВОЗ и М3 России). В более старших возрастных группах, где общая потребность в белке несколько ниже, и применительно к взрослым людям проблема качества белка удовлетворительно решается при обогащении рациона питания несколькими видами растительных белков. В кишечном химусе, где смешиваются аминокислоты различных белков и альбумины сыворотки крови, формируется аминокислотное соотношение, близкое к оптимальному. Проблема качества белка стоит очень остро при питании почти исключительно одним видом растительного белка.

Общее нормирование белка в России несколько отличается от санитарного нормирования за рубежом и в комитетах ВОЗ. Это связано с некоторыми различиями в критериях оптимального обеспечения. С годами происходит сближение этих позиций и разных научных школ. Различия иллюстрируются следующими таблицами рекомендаций, принятых в России и в научных комитетах ВОЗ.

Рекомендуемое потребление белка для детей до 10 лет

Безопасные уровни потребления белка у детей раннего возраста, г/(кг • сут)

Учитывая разную биологическую ценность растительных и животных белков, в принято нормирование осуществлять как по сумме используемого белка, так и животному белку или его доле в общем количестве потребляемого белка в сутки. Примером служит таблица по нормированию белка М3 России (1991) для детей старших возрастных групп.

Соотношение растительного и животного белка в рекомендациях по потреблению

Объединенная группа экспертов ФАО/ВОЗ (1971) считает, что безопасный уровень потребления белка в пересчете на белок коровьего молока или яичный белок составляет в день 0,57 г на 1 кг массы тела для взрослого мужчины и 0,52 г/кг для женщины. Безопасный уровень - количество, необходимое для удовлетворения физиологических потребностей и поддержания здоровья почти всех представителей данной группы населения. Для детей же безопасный уровень потребления белка выше, чем у взрослых. Это объясняется тем, что у детей самообновление тканей происходит более энергично.

Установлено, что усвоение азота организмом зависит как от количества, так и от качества белка. Под последним правильнее понимать аминокислотный состав белка, особенно присутствие жизненно необходимых аминокислот. Потребность детей как в белке, так и в аминокислотах значительно выше потребности взрослого человека. Подсчитано, что ребенку необходимо приблизительно в 6 раз больше аминокислот, чем взрослому.

Потребности в эссенциальных аминокислотах (мг на 1 г белка)

Из таблицы видно, что потребность детей в аминокислотах не только выше, но и соотношение потребности в жизненно важных аминокислотах у них иное, чем у взрослых. Различаются и концентрации свободных аминокислот в плазме и в цельной крови.

Особенно велика потребность в лейцине, фенилаланине, лизине, валине, треонине. Если принять во внимание, что для взрослого человека жизненно важными являются 8 аминокислот (лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин), то у детей в возрасте до 5 лет незаменимой аминокислотой является также гистидин. У детей первых 3 мес жизни к ним присоединяются цистин, аргинин, таурин, а у недоношенных еще и глицин, т. е. 13 аминокислот для них являются жизненно важными. Это необходимо учитывать при построении питания детей, особенно раннего возраста. Только благодаря постепенному созреванию ферментных систем в процессе роста потребность детей в незаменимых аминокислотах постепенно снижается. В то же время при чрезмерной белковой перегрузке у детей легче, чем у взрослых, возникают аминоацидемии, что может проявиться задержкой развития, особенно нервно-психического.

Концентрация свободных аминокислот в плазме крови и цельной крови детей и взрослых, моль/л

Дети более чувствительны к голоданию, чем взрослые. В странах, где в питании детей имеется резкий дефицит белка, смертность в раннем возрасте увеличивается в 8-20 раз. Поскольку белок необходим также для синтеза антител, то, как правило, при дефиците его в питании у детей часто возникают различные инфекции, которые, в свою очередь, повышают потребность в белке. Создается порочный круг. В последние годы установлено, что недостаточность белка в рационе питания детей первых 3 лет жизни, особенно длительная, может вызвать необратимые изменения, сохраняющиеся пожизненно.

Для суждения о белковом обмене используют ряд показателей. Так, определение в крови (плазме) содержания белка и его фракций является суммарным выражением процессов синтеза и распада белка.

Содержание общего белка и его фракций (в г/л) в сыворотке крови

Нормы белка и аминокислот в организме

Как видно из таблицы, содержание общего белка в сыворотке крови у новорожденного ниже, чем у его матери, что объясняется активным синтезом, а не простой фильтрацией белковых молекул через плаценту от матери. На протяжении первого года жизни происходит снижение содержания общего белка в сыворотке крови. Особенно низкие показатели у детей в возрасте 2-6 нед, а начиная с 6 мес отмечается постепенное повышение его. Однако в младшем школьном возрасте содержание белка несколько ниже, чем в среднем у взрослых, причем эти отклонения более отчетливо выражены у мальчиков.

Наряду с более низким содержанием общего белка отмечается и более низкое содержание некоторых его фракций. Известно, что синтез альбуминов, происходящий в печени, составляет 0,4 г/(кг-сут). При нормальном синтезе и элиминации (альбумин частично поступает в просвет кишечника и вновь утилизируется; небольшое количество альбумина выделяется с мочой) содержание альбумина в сыворотке крови, определяемое методом электрофореза, составляет около 60% белков сыворотки крови. У новорожденного процентное содержание альбумина даже относительно выше (около 58%), чем у его матери (54%). Это объясняется, очевидно, не только синтезом альбумина плодом, но и частичным трансплацентарным его переходом от матери. Затем на первом году жизни происходит снижение содержания альбумина, идущее параллельно содержанию общего белка. Динамика содержания γ-глобулина аналогична таковой альбумина. Особенно низкие показатели γ-глобулинов наблюдаются в течение первого полугодия жизни.

Это объясняется распадом γ-глобулинов, трансплацентарно полученных от матери (главным образом иммуноглобулинов, относящихся к β-глобулину). 

Синтез же собственных глобулинов созревает постепенно, что объясняется их медленным нарастанием с возрастом ребенка. Содержание же α1, α2- и β-глобулинов относительно мало отличается от свойственного взрослым.

Основная функция альбуминов - питательно-пластическая. Благодаря низкой молекулярной массе альбуминов (менее 60 000) они оказывают значительное влияние на коллоидно-осмотическое давление. Альбумины играют существенную роль в транспорте билирубина, гормонов, минеральных веществ (кальция, магния, цинка, ртути), жиров и т. д. Эти теоретические предпосылки находят применение в клинике при лечении гипербилирубинемий, свойственных периоду новорожденности. Для снижения билирубинемии показано введение чистого препарата альбумина для предотвращения токсического воздействия на центральную нервную систему - развития энцефалопатии.

Глобулины, имеющие высокую молекулярную массу (90 000-150 000), относятся к сложным белкам, в состав которых включены различные комплексы. В α1- и α2-глобулины входят муко- и гликопротеиды, что находит отражение при воспалительных заболеваниях. Основная часть антител относится к γ-глобулинам. Более детальное изучение γ-глобулинов показало, что они состоят из разных фракций, изменение которых свойственно ряду заболеваний, т. е. имеют и диагностическое значение.

Исследование содержания белка и так называемого его спектра, или белковой формулы крови, нашло широкое применение в клинике.

В организме здорового человека преобладают альбумины (около 60% белка). Соотношение глобулиновых фракций легко запомнить: α1- 1, α2 -2, β  - 3, у - 4 части. При острых воспалительных заболеваниях изменения белковой формулы крови характеризуются увеличением содержания α-глобулинов, особенно за счет α2, при нормальном или слегка увеличенном содержании у-глобулинов и уменьшенном количестве альбуминов. При хроническом воспалении отмечается повышение содержания у-глобулина при нормальном или слегка повышенном содержании α-глобулина, уменьшении концентрации альбумина. Подострое воспаление характеризуется одновременным увеличением концентрации α- и γ-глобулинов при снижении содержания альбуминов.

Появление гипергаммаглобулинемии указывает на хронический период болезни, гиперальфаглобулинемия - на обострение. В организме человека белки расщепляются гидролитически пептидазами до аминокислот, которые в зависимости от потребности используются для синтеза новых белков или путем дезаминирования превращаются в кетокислоты и аммиак. У детей в сыворотке крови содержание аминокислот приближается к значениям, свойственным взрослым. Лишь в первые дни жизни наблюдается повышение содержания некоторых аминокислот, что зависит от вида вскармливания и относительно низкой активности ферментов, участвующих в их метаболизме. В связи с этим аминоацидурия у детей выше, чем у взрослых.

У новорожденных в первые дни жизни наблюдается физиологическая азотемия (до 70 ммоль/л). После максимального повышения ко 2-3-му дню жизни уровень азота понижается и к 5-12-му дню жизни достигает уровня взрослого человека (28 ммоль/л). У недоношенных детей уровень остаточного азота тем выше, чем ниже масса тела ребенка. Азотемия в этот период детства связана с эксикацией и недостаточной функцией почек.

Содержание белка в пище существенно влияет на уровень остаточного азота крови. Так, при содержании белка в пище 0,5 г/кг концентрация мочевины равна 3,2 ммоль/л, при 1,5 г/кг - 6,4 ммоль/л, при 2,5 г/кг - 7.6 ммоль/л. До некоторой степени показателем, отражающим состояние белкового обмена в организме, служит экскреция конечных продуктов обмена белка с мочой. Один из важных конечных продуктов обмена белка - аммиак - является токсичным веществом. Он подвергается обезвреживанию:

• путем выделения солей аммония через почки;
• превращением в нетоксичную мочевину;
• связыванием с α-кетоглутаровой кислотой в глутамат;
• связыванием с глутаматом под действием фермента глутаминсинтетазы в глутамин.

У взрослого человека продукты азотистого обмена выводятся с мочой, главным образом в виде малотоксичной мочевины, синтез которой осуществляется клетками печени. Мочевина составляет у взрослых 80% от общего количества выводимого азота. У новорожденных и детей первых месяцев жизни процент мочевины ниже (20-30% общего азота мочи). У детей в возрасте до 3 мес мочевины выделяется 0,14 г/(кг • сут), 9-12 мес - 0,25 г/(кг • сут). У новорожденного значительное количество в общем азоте мочи составляет мочевая кислота. Дети до 3 мес жизни выделяют 28,3 мг/(кг • сут), а взрослые - 8.7 мг/(кг • сут) этой кислоты. Избыточное ее содержание в моче является причиной мочекислых инфарктов почек, которые наблюдаются у 75% новорожденных. Кроме того, организм ребенка раннего возраста выводит азот белка в виде аммиака, который в моче составляет 10-15%, а у взрослого - 2,5-4,5% общего азота. Это объясняется тем, что у детей первых 3 мес жизни функция печени развита недостаточно, поэтому избыточная белковая нагрузка может вести к появлению токсичных продуктов обмена и их накоплению в крови.

Креатинин выделяется с мочой. Выделение зависит от развития мышечной системы. У недоношенных за сутки выделяется 3 мг/кг креатинина, у доношенных новорожденных - 10-13 мг/кг, у взрослых - 1,5 г/кг.

Нарушение обмена белка

Среди различных врожденных заболеваний, в основе которых лежит нарушение метаболизма белков, значительную долю имеют аминоацидопатии, в основе которых лежит дефицит ферментов, участвующих в их обмене. В настоящее время описано более 30 различных форм аминоацидопатии. Клинические их проявления весьма разнообразны.

Относительно частым проявлением аминоацидопатий служат нервно-психические нарушения. Отставание нервно-психического развития в виде различных степеней олигофрении свойственно многим аминоацидопатиям (фенилкетонурии, гомоцистинурии, гистидинемии, гипераммониемии, цитруллинемии, гиперпролинемии, болезни Хартнупа и др.), что подтверждается их высокой распространенностью, превышающей в десятки и сотни раз таковую в общей популяции.

Судорожный синдром нередко обнаруживается у детей, страдающих аминоацидопатиями, причем судороги нередко появляются в первые недели жизни. Часто наблюдаются флексорные спазмы. Особенно они свойственны фенилкетонурии, а также встречаются при нарушении обмена триптофана и витамина В6 (пиридоксина), при глицинозе, лейцинозе, пролинурии и др.

Нередко наблюдается изменение мышечного тонуса в виде гипотонии (гиперлизинемия, цистинурия, глициноз и др.) или, наоборот, гипертонии (лейциноз, гиперурикемия, болезнь Хартнупа, гомоцистинурия и др.). Изменение мышечного тонуса может периодически усиливаться или ослабевать.

Задержка развития речи свойственна гистидинемии. Расстройства зрения часто встречаются при аминоацидопатиях ароматических и содержащих серу аминокислот (альбинизме, фенилкетонурии, гистидинемии), отложение пигмента - при алкаптонурии, вывих хрусталика - при гомоцистинурии.

Изменения кожи при аминоацидопатиях нередки. Нарушения (первичные и вторичные) пигментации свойственны альбинизму, фенилкетонурии, реже гистидинемии и гомоцистинурии. Непереносимость инсоляции (солнечные ожоги) при отсутствии загара наблюдается при фенилкетонурии. Пеллагроидная кожа свойственна болезни Хартнупа, экзема - фенилкетонурии. При аргинин-сукцинатной аминоацидурии наблюдается ломкость волос.

Желудочно-кишечные симптомы весьма часты при аминоацидемиях. Затруднения в питании, нередко рвота, почти с рождения свойственны глицинозу, фенилкетонурии, тирозинозу, цитруллинемии и др. Рвота может быть приступообразной и вызывать быструю дегидратацию и сопорозное состояние, иногда кому с судорогами. При высоком содержании белка наблюдается усиление и учащение рвоты. При глицинозе она сопровождается кетонемией и кетонурией, нарушением дыхания.

Нередко при аргинин-сукцинатной аминоацидурии, гомоцистинурии, гиперметионинемии, тирозинозе наблюдается поражение печени, вплоть до развития цирроза с портальной гипертензией и желудочно-кишечными кровотечениями.

При гиперпролинемии отмечается почечная симптоматика (гематурия, протеинурия). Могут наблюдаться изменения крови. Анемии свойственны гиперлизинемии, а лейкопении и тромбоцитопатии - глицинозу. При гомоцистинурии может повышаться агрегация тромбоцитов с развитием тромбоэмболии.

Аминоацидемия может проявляться в период новорожденности (лейциноз, глициноз, гипераммониемия), но тяжесть состояния нарастает обычно к 3-6 мес вследствие значительного накопления у больных как аминокислот, так и продуктов нарушенного их обмена. Поэтому данная группа заболеваний может быть по праву отнесена к болезням накопления, что вызывает необратимые изменения, в первую очередь ЦНС, печени и других систем.

Наряду с нарушением обмена аминокислот могут наблюдаться заболевания, в основе которых лежит нарушение синтеза белков. Известно, что в ядре каждой клетки генетическая информация находится в хромосомах, где она закодирована в молекулах ДНК. Эта информация передается транспортной РНК (тРНК), которая переходит в цитоплазму, где транслируется в линейную последовательность аминокислот, которые входят в состав полипептидных цепей, и происходит синтез белка. Мутации ДНК или РНК нарушают синтез белка правильного строения. В зависимости от активности специфического фермента возможны следующие процессы:

1. Отсутствие образования конечного продукта. Если это соединение жизненно необходимо, то последует летальный исход. Если же конечным продуктом является соединение, менее важное для жизнедеятельности, то эти состояния проявляются сразу после рождения, а иногда и в более поздние сроки. Примером такого нарушения являются гемофилия (отсутствие синтеза антигемофильного глобулина или низкое его содержание) и афибриногенемия (низкое содержание или отсутствие в крови фибриногена), которые проявляются повышенной кровоточивостью.
2. Накопление промежуточных метаболитов. Если они токсичны, то развиваются клинические признаки, например, при фенилкетонурии и других аминоацидопатиях.
3. Второстепенные метаболические пути могут становиться основными и перегруженными, а образующиеся в норме метаболиты могут накапливаться и экскретироваться в необычайно больших количествах, например, при алкаптонурии. К таким заболеваниям можно отнести гемоглобинопатии, при которых изменена структура полипептидных цепей. В настоящее время уже описаны более 300 аномальных гемоглобинов. Так, известно, что взрослый тип гемоглобина состоит из 4 полипептидных цепей аарр, в которые в определенной последовательности входят аминокислоты (в α-цепи - 141, а в β-цепи - 146 аминокислот). Это закодировано в 11-й и 16-й хромосоме. Замена глутамина на валин формирует гемоглобин S, имеющий α2-полипептидные цепи, в гемоглобине С (α2β2) глицин заменен на лизин. Вся группа гемоглобинопатий клинически проявляется спонтанным или вызванным каким-либо фактором гемолизом, изменяющимся сродством для переноса кислорода гемом, нередко увеличением селезенки.

Недостаточность сосудистого или тромбоцитарного фактора Виллебранда вызывает повышенную кровоточивость, которая особенно распространена среди шведского населения Аландских островов.

К этой группе следует отнести и различные виды макроглобулинемий, а также нарушение синтеза отдельных иммуноглобулинов.

Таким образом, нарушения обмена белка могут наблюдаться на уровне как его гидролиза и всасывания в желудочно-кишечном тракте, так и интермедиарного метаболизма. Важно подчеркнуть, что нарушения метаболизма белка, как правило, сопровождаются нарушением и других видов обмена, так как в состав почти всех ферментов входит белковая часть.

[1], [2], [3], [4], [5], [6]