I Podstawowe pojęcia

ADHD (ang. attention deficit hyperactivity disorder) - zaburzenie neurorozwojowe przebiegające z deficytem uwagi i nadpobudliwością psychoruchową.

Amylaza - enzym wytwarzany przez organizm, biorący udział w trawieniu cukrów, głównie skrobi.

Androgeny - to hormony występujące głównie u mężczyzn i w niewielkiej ilości u kobiet; są odpowiedzialne za kształtowanie męskich narządów oraz za rozwój wtórnych cech płciowych (owłosienie typu męskiego, niski głos, męska budowa ciała).

ATP - adenozynotrifosforan, związek wysokoenergetyczny będący nośnikiem energii w komórkach.

Autyzm, inaczej: spektrum autyzmu (ang. autism spectrum disorder) - zaburzenie rozwojowe objawiające się problemami w zakresie kontaktów społecznych, wyobraźni, komunikacji, a także sztywnością wzorców i zachowań.

Cukrzyca - choroba metaboliczna charakteryzująca się przewlekłym wysokim stężeniem glukozy we krwi, spowodowana zaburzeniami wydzielania i/lub działania insuliny.

Fotosynteza - tworzenie związków pokarmowych z dwutlenku węgla i wody w obecności światła; występuje głównie u roślin.

Glikogen - wielocukier będący formą magazynowania glukozy u zwierząt i ludzi.

Glikogenoliza - rozkład zapasów cukru (glikogenu) do pojedynczych cząsteczek glukozy; zachodzi głównie w wątrobie.

Glukagon - hormon wytwarzany przez trzustkę, który podnosi stężenie glukozy we krwi.

Glukometr - urządzenie do mierzenia cukru we krwi.

Glukoneogeneza - proces tworzenia glukozy z innych związków, np. aminokwasów, w komórkach wątroby.

GLP-1 - glukagonopodobny peptyd 1, hormon produkowany przez komórki jelita cienkiego, który wpływa na zwiększenie uwalniania insuliny przez trzustkę.

Głód - fizjologiczny alarm organizmu, który informuje, że skończyły się składniki odżywcze i skłania do poszukiwania i pobierania nowych pokarmów.

Hepatocyt - komórka wątrobowa.

Hiperinsulinemia - nadmiar insuliny w surowicy krwi.

Hipoglikemia - obniżenie glukozy we krwi poniżej 70 mg/dl, niezależnie od występowania objawów klinicznych.

Hormony - substancje, których zadaniem jest przekazywanie informacji pomiędzy narządami; produkowane są w gruczołach dokrewnych (podwzgórze, przysadka mózgowa, tarczyca, przytarczyce, trzustka, nadnercza, jądra, jajniki czy przewód pokarmowy).

IMO (ang. intestinal methanogen overgrowth) - przerost metanogenów w jelicie.

IBS (ang. irritable bowel syndrome) - zespół jelita drażliwego.

Insulina - hormon wytwarzany przez trzustkę, który obniża stężenie glukozy w surowicy krwi.

Insulinooporność - stan, w którym komórki stają się mniej wrażliwe na insulinę.

Lipidogram - profil lipidowy odzwierciedlający stan gospodarki tłuszczowej w organizmie.

Mikrobiota - wszystkie mikroorganizmy zasiedlające przewód pokarmowy człowieka.

Mitochondria - centra energetyczne komórek, w których wytwarzana jest energia.

Nadnercza - para gruczołów znajdujących się na górnym biegunie nerek; produkują różne hormony m.in. kortyzol, adrenalinę i hormony płciowe.

Neuroprzekaźniki - cząsteczki chemiczne, za pomocą których przekazywane są sygnały między komórkami nerwowymi.

Prebiotyki - substancje stanowiące pożywkę dla korzystnych bakterii jelitowych (głównie są to frakcje błonnika pokarmowego).

Probiotyki - żywe mikroorganizmy korzystnie oddziałujące na zdrowie człowieka.

Receptor - struktura lub komórka, która jak mały detektyw organizmu zbiera informacje o świecie wewnętrznym i zewnętrznym i poprzez różne łącza przekazuje dane dalej do innych struktur w organizmie, powodując pobudzenie lub zahamowanie niektórych procesów.

Sebum - mieszanina substancji tłuszczowych produkowanych przez gruczoły łojowe skóry.

SIBO (ang. small intestinal bacterial overgrowth) - zespół przerostu bakteryjnego w jelicie cienkim.

Słodziki - substancje słodzące, inne niż cukier, zazwyczaj niedostarczające energii lub dostarczające nieznaczną jej ilość.

Trzustka - narząd położony w górnej, tylnej części jamy brzusznej biorący udział w regulacji stężenia glukozy oraz w trawieniu pokarmów, wydziela m.in. insulinę, glukagon i enzymy trawienne.

Wątroba - duży narząd znajdujący się w jamie brzusznej, który ma bardzo wiele zadań (oczyszczanie krwi, produkcja wielu niezbędnych związków dla organizmu oraz magazynowanie materiałów zapasowych, m.in. cukru).

II Cukier - słodkie tajemnice natury

Z czym kojarzy nam się cukier?

Prosimy pomyśleć przez chwilę i wymienić dwie rzeczy, które przychodzą nam do głowy, kiedy pada pytanie o skojarzenia z cukrem.

A oto skojarzenia, jakie miało 100 przypadkowych ludzi, w różnym wieku i ze zróżnicowanych środowisk. Uzyskałyśmy te informacje przez przeprowadzenie ankiety.

Dzieci najczęściej kojarzyły cukier ze słodyczami, białymi kryształkami z cukiernicy, którymi mama słodzi napoje. Nastolatkowie wymieniali najczęściej słodycze, napoje oraz lekcje chemii, na których musieli się uczyć przemian podstawowych związków organicznych w organizmie. Osoby w średnim wieku myślały o łakociach, owocach, ale także kojarzyły cukier z substancjami chemicznymi oraz z etykietami na opakowaniach produktów spożywczych. Osoby starsze mówiły głównie o wyrobach cukierniczych oraz cukrzycy, czyli o chorobie, która u wielu z nich wymagała zmniejszenia spożywania produktów zawierających tę substancję.

Jakie nazwy kojarzą się z cukrem?

Mówiąc o cukrze, używamy zamiennie wielu określeń: glukoza, fruktoza, laktoza, maltoza, sacharoza, glikogen, węglowodany, celuloza, błonnik. Czy wszystkie wymienione substancje faktycznie są cukrem, czy tylko korzystamy z tych nazw, chcąc zaskoczyć znajomych w rozmowie, lub z jakichś powodów używamy ich, aby być lepiej zrozumianymi przez innych?

Ku zdziwieniu niektórych zaznaczymy, że wszystkie użyte w akapicie wyżej nazwy substancji mają wspólny mianownik - a mianowicie opisują węglowodany. Natomiast każda z tych nazw jest określeniem czegoś wyjątkowego i o tym w tym rozdziale chciałybyśmy powiedzieć.

Co to są węglowodany?

Węglowodany to nazwa obejmująca grupę wszystkich związków zbudowanych z trzech życiodajnych pierwiastków. Już sama ich nazwa kojarzy nam się z życiem, siłą i energią. Tymi tajemniczymi bohaterami są:

węgiel, który daje nam poczucie ciepła; tlen - gaz życia, czyli składnik powietrza umożliwiający oddychanie; wodór - pierwiastek z najmniejszą masą atomową, ale jakże aktywny w świecie chemii, wszędzie go pełno i robi dużo zamieszania.

Czasami dołączają do nich inne pierwiastki, które dodatkowo modulują cząsteczki cukru, nadając im swoiste właściwości. W świecie węglowodanów występują molekuły o prostej budowie, a także zbudowane z nich bardziej skomplikowane struktury, którym przyroda zaplanowała różne zadania.

Węglowodan czy cukier?

Cukier jest potoczną nazwa sacharozy, określanej często jako cukier spożywczy czy konsumpcyjny, natomiast nazwa węglowodany określa całą grupę związków organicznych chemicznych składających się z wymienionych wcześniej pierwiastków: węgla, wodoru i tlenu w pewnej ustalonej proporcji, do których m.in. zalicza się cukier.

Ze względu na odmienne efekty metaboliczne, jakie daje spożywanie węglowodanów złożonych (które są korzystne) i cukrów w postaci mono- i disacharydów (które najczęściej wykazują niekorzystne efekty zdrowotne), na potrzeby tej książki terminem cukier będziemy nazywały właśnie cukry proste (inaczej monosacharydy lub monocukry, czyli glukoza, fruktoza) i dwucukry (inaczej disacharydy, np. sacharoza, czyli cukier stołowy), gdyż efekty zdrowotne ich stosowania są zbliżone.

Najprostsze cukry to monocukry, które mogą się wiązać ze sobą w pary, tworząc dwucukry lub długie łańcuchy zwane węglowodanami złożonymi, czyli polisacharydami (rysunek 1).

Rysunek 1. Podział węglowodanów

Jakie znamy monocukry?

Każdy z nas słyszał kiedyś o glukozie, fruktozie czy galaktozie. Ale nie wszyscy wiedzą, że to są właśnie monocukry i że odgrywają kluczową rolę w życiu każdego z nas.

Glukoza jest formą transportową cukrów u zwierząt, o czym będzie można przeczytać w dalszych rozdziałach, a także jest wykorzystywana jako źródło energii do oddychania komórkowego.

Fruktoza to cukier, który łatwo przekształca się w glukozę, lubi niestety rozrabiać w organizmie człowieka, dlatego należy na niego bardzo uważać.

Galaktoza jest mniej znana jako pojedyncza cząsteczka, najczęściej wchodzi w skład laktozy i innych cukrów złożonych, u roślin wykorzystywana jest do budowy ściany komórkowej.

Tagatoza to cukier naturalnie występujący w przyrodzie, jednak w mniejszych ilościach niż glukoza, czy fruktoza. Ze względu na mniejszą kaloryczność, jest często stosowana jako słodzik.

Jakie znamy dwucukry?

Dwucukry, jak sama nazwa wskazuje, złożone są z dwóch cząsteczek monocukrów. Wśród nich wyróżniamy: maltozę, laktozę i sacharozę.

Maltoza - składa się z dwóch glukoz; można ją spotkać głównie w nasionach zbóż i owocach.

Laktoza - składa się z glukozy i galaktozy; pełni funkcję odżywczą, gdyż występuje w mleku ssaków, pomaga w przyswajaniu wapnia.

Sacharoza - składa się z glukozy i fruktozy; jest formą transportową u roślin, znajdziemy ją w korzeniu buraka cukrowego i łodydze trzciny cukrowej, pełni w nich funkcję zapasową.

Jakie znamy węglowodany złożone?

Węglowodany złożone, jak sama nazwa wskazuje, składają się z minimum trzech lub więcej cząsteczek monocukrów .

Skrobia - zbudowana jest z wielu cząsteczek glukozy. Może występować pod postacią: amylozy lub amylopektyny (amyloza jest nierozgałęzionym łańcuchem, a amylopektyna przeciwnie, stanowi łańcuch rozgałęziony). Skrobia to materiał zapasowy roślin, występuje w nasionach zbóż oraz bulwach ziemniaków. Znajomość budowy skrobi i wiedza o pokarmach, w jakiej dominują poszczególne jej postaci (amylopektyna czy amyloza), jest bardzo ważna w komponowaniu diety przy niektórych zaburzeniach chorobowych.

Celuloza - tworzy ją wiele cząsteczek glukozy, występuje pod postacią nierozgałęzionego łańcucha, u roślin buduje ścianę komórkową. Wchodzi w skład błonnika pokarmowego, ważnego elementu diety każdego człowieka.

Glikogen - zbudowany jest z glukozy, występuje w postaci rozgałęzionych łańcuchów, pełni funkcję materiału zapasowego u grzybów i zwierząt (ten cukier będzie częstym bohaterem w kolejnych rozdziałach).

Jak i gdzie powstaje glukoza?

Może nie zdajesz sobie sprawy, że glukoza produkowana jest wszędzie wokół nas, a proces jej powstawania odbywa się w częściach zielonych roślin, głównie w liściach i niezdrewniałych łodygach. To w nich znajdują się organelle zwane chloroplastami, które posiadają zielony barwnik, czyli chlorofil. Roślina dokonuje tajemniczego procesu: do "wielkiego garnka" wrzuca sześć cząsteczek wody (H 2 O), sześć cząsteczek dwutlenku węgla (CO 2 ) i wykorzystując światło słoneczne, zamienia to w glukozę, a przy okazji uwalnia tlen (O 2 ). Niesamowite, to jak stworzyć coś z niczego (rysunek 2). Proces produkcji glukozy przez roślinę nazywa się fotosyntezą . Może zachodzić jedynie w obecności światła naturalnego (do fotosyntezy potrzebne są fale świetlne o konkretnej długości: < 480 nm oraz 580 - 700), kiedy jest ciemno, linia fabryczna zamiera, aby znowu przebudzić się kolejnego dnia.

Rysunek 2. Fotosynteza

6 cząsteczek wody + 6 cząsteczek dwutlenku węgla + energia świetlna ? glukoza + 6 cząsteczek tlenu

Co się dzieje z wytworzoną glukozą?

Glukoza, która powstaje w procesie fotosyntezy, jest wykorzystywana przez rośliny do ich własnego rozwoju, czyli wzrostu nowych komórek i tkanek, a także do napędzania różnych procesów metabolicznych.

Nadmiar glukozy zostaje zmagazynowany w formie skrobi, sacharozy i celulozy. W jaki sposób to się odbywa? Glukoza wytworzona w chloroplastach przekształcana jest w inne cukry, które systemem elementów przewodzących (komórki i rurki sitowe) przy użyciu wody transportowane są w dół lub w górę rośliny (rysunek 3).

Rysunek 3. Transport i magazynowanie glukozy

Glukoza przekształca się w:

Fruktozę - zostaje ona ulokowana głównie w owocach, gdzie łączy się z cząsteczką glukozy, tworząc dwucukier: sacharozę. Ten cukier nadaje owocom słodycz (z ciekawostek: jest słodszy od glukozy ponad dwa razy). Natura, tworząc owoce, nie myślała o zaspokojeniu tylko podniebienia człowieka. Fizyczne właściwości owoców (słodkość, soczystość i piękne kolory) przyciągają więcej konsumentów, którzy spożywając je, uwalniają z miąższu nasiona mogące dać życie nowej roślinie. Skrobię - to główny cukier zapasowy powstający z glukozy, przybierający postać długiego łańcucha. Skrobia gromadzona jest w korzeniach, bulwach, nasionach.

Gromadzenie energii w postaci skrobi czy sacharozy to strategiczne posunięcie rośliny, gdyż umożliwia jej sięgnięcie po te zapasy w okresach wzmożonego zapotrzebowania oraz w niekorzystnych sytuacjach, gdy nie może doprodukować surowca w procesie fotosyntezy.

Celulozę - zbudowaną z cząstek glukozy tworzących nierozgałęziony łańcuch. Celuloza wchodzi w skład ściany komórkowej rośliny, nadając jej sztywność i trwałość, dzięki czemu nie ulega ona uszkodzeniu pod wpływem niekorzystnych warunków środowiska. Ten cukier nie trawi się w przewodzie pokarmowym człowieka. Wykorzystywany jest w zdrowej diecie jako składnik błonnika pokarmowego.

Mało kto wie, że cukier w roślinie może być także przekształcany w inne związki chemiczne takie jak białka czy tłuszcze, które gromadzone są głównie w ich nasionach.

Układ pokarmowy

Aby lepiej zrozumieć treść zawartą w książce, warto zaznajomić się z podstawowymi informacjami dotyczącymi budowy i funkcji układu pokarmowego.

Układ pokarmowy to zespół narządów współpracujących ze sobą i pozyskujących z pożywienia wiele składników, które umożliwiają prawidłowe funkcjonowanie organizmu. W skład układu pokarmowego wchodzą: przewód pokarmowy i gruczoły trawienne (ślinianki, trzustka, wątroba) - przedstawiono to na rysunku 4.

Rysunek 4. Układ pokarmowy

Przewód pokarmowy można porównać do rury transportowej podzielonej na sektory, którą przemieszcza się pokarm, przy okazji ulegając obróbce i przetwarzaniu, a następnie wchłanianiu do wnętrza organizmu. Resztki i toksyczne substancje powstałe podczas tej drogi są wydalane na zewnątrz.

W skład przewodu pokarmowego kolejno wchodzą:

Jama ustna - a w niej zęby rozdrabniające pokarm, a także ujścia przewodów ślinowych doprowadzających ślinę ze ślinianek.

Gardło - pełni jedynie funkcję transportową i jest częścią wspólną układu pokarmowego i oddechowego.

Przełyk - długa rura, którą jedzenie dostarczane jest z gardła do żołądka.

Żołądek - worek mięśniowy pokryty od wewnątrz błoną śluzową. To tu wytwarzane są śluz, kwas solny i enzymy trawienne uczestniczące w obróbce białek i tłuszczów.

Jelito cienkie - składa się z trzech części: dwunastnicy, jelita czczego i krętego. Do dwunastnicy uchodzi przewód żółciowy wspólny transportujący z trzustki i wątroby wydzielinę, która zawiera kwasy żółciowe oraz enzymy trawienne uczestniczące w trawieniu większości substancji pokarmowych. W dwóch pozostałych częściach odbywa się wchłanianie przygotowanych składników pokarmowych. Jelito cienkie posiada kosmki jelitowe, czyli uwypuklenia błony śluzowej, na których umieszczony jest tzw. rąbek szczoteczkowy z licznymi enzymami trawiennymi. Dzięki takiej budowie jelita zwiększa się powierzchnia czynna przewodu pokarmowego i sprawniej zachodzą procesy trawienia i wchłaniania.

Jelito grube - końcowy odcinek przewodu pokarmowego, w którym formują się masy kałowe wydalane potem na zewnątrz przez odbyt.

Zarówno w jelicie cienkim, jak i grubym znajdują się mikroorganizmy, głównie bakterie, które odgrywają ważną rolę w regulowaniu procesów metabolicznych w organizmie.

Gruczoły trawienne - jest ich kilka: ślinianki, trzustka, wątroba:

ślinianki - człowiek ma trzy pary gruczołów ślinowych (ślinianki przyuszne, podjęzykowe i podżuchwowe), których przewody uchodzą do jamy ustnej, oraz liczne małe gruczoły ślinowe zlokalizowane na języku, wargach, policzkach i podniebieniu; wszystkie te gruczoły wydzielają ślinę, która nawilża i zmiękcza pokarm; w wydzielinie występuje lizozym, czyli enzym, który niszczy chorobotwórcze drobnoustroje, oraz enzymy trawienne (amylaza ślinowa i lipaza ślinowa), które wstępnie trawią cukry i tłuszcze; trzustka - gruczoł zlokalizowany w jamie brzusznej, w jej części górnej i tylnej, blisko kręgosłupa; przewodem wyprowadzającym jest połączona z pierwszą częścią jelita cienkiego - dwunastnicą; w jej budowie wyróżnia się trzy części: głowę, trzon i ogon; funkcje trzustki: zewnątrzwydzielnicza - trzustka produkuje sok trzustkowy, w którym zawarte są enzymy trawienne trawiące białka (np. trypsyna), tłuszcze (lipaza trzustkowa) i cukry (amylaza trzustkowa); wewnątrzwydzielnicza - gruczoł produkuje niezwykle istotne hormony: insulinę i glukagon; komórki wytwarzające hormony (komórki beta produkują insulinę, komórki alfa - glukagon) zlokalizowane są w skupiskach komórkowych zwanych wyspami trzustkowymi, których największa gęstość obserwowana jest w ogonie trzustki; wątroba - największy gruczoł organizmu (u dorosłego człowieka waży ok. 1500 - 1700 g u mężczyzn, a u kobiet 200 g mniej: składa się z czterech płatów, a produkowana przez nią żółć wydostaje się drogami wątrobowymi, które łączą się z przewodem trzustkowym w przewód żółciowy wspólny uchodzący do dwunastnicy; część żółci produkowanej w wątrobie magazynowana jest w pęcherzyku żółciowym odchodzącym od przewodu wątrobowego i wyrzucana z niego do jelita podczas posiłków obfitujących w tłuszcze; inne funkcje wątroby: magazynuje cukier w postaci glikogenu, a także żelazo oraz witaminy A, D, K, B12; przeprowadza detoksykację trucizn np. alkoholu, dodatkowo neutralizuje starą hemoglobinę z krwinek czerwonych czy hormony; ma zdolności produkowania nowych cząsteczek cukrów i białek.

Prawidłowo funkcjonujący układ pokarmowy umożliwia w dużej mierze zachowanie równowagi wielu procesów metabolicznych w organizmie, m.in. dotyczących poziomu i działania glukozy i insuliny.

W jaki sposób dostarczamy cukier do organizmu?

Wyobraźmy sobie długą linię produkcyjną, z licznymi maszynami uczestniczącymi w obróbce materiału, która dostała zadanie: przetransportować produkt z punktu A (start) do punktu B (meta) i po drodze zmienić jego właściwości, aby mógł być wykorzystany przez konsumenta. Tak właśnie działa nasz organizm: linią produkcyjną jest przewód pokarmowy, a maszynami narządy wydzielające związki chemiczne zwane enzymami, obrabiające produkt wyjściowy, jakim jest pokarm zawierający węglowodany złożone, rozkładający je do cukru prostego, który rozdysponowywany jest w organizmie.

Jak działa nasza linia produkcyjna? Mózg dostaje sygnał, że organizm jest głodny. Powoduje to uruchomienie zachowań ukierunkowanych na poszukiwanie pokarmu, w konsekwencji których posiłek zostaje dostarczony do jamy ustnej, gdzie jest rozdrabniany zębami. W trakcie gryzienia dochodzi do pobudzenia wydzielania śliny przez gruczoły ślinowe mające tu swoje kanały wyprowadzające; ślina pomaga zmiękczyć pokarm, a jeden z enzymów w niej zawartych ( amylaza ślinowa ) wstępnie trawi skrobię i rozkłada ją na dwucukry (maltozę) oraz dekstryny (zbudowane z większej ilości monocukrów).

Następnie pokarm dociera przez przełyk, a kolejno przez żołądek do jelita cienkiego, gdzie cukry zawarte w pokarmie i wstępnie rozłożone przez amylazę ślinową ulegają dalszemu trawieniu (dekstryny do maltozy) przy użyciu amylazy trzustkowej dostarczanej do jelita poprzez przewód trzustkowy z trzustki. Kolejny etap trawienia odbywa się w obrębie rąbka szczoteczkowego komórek budujących kosmki jelitowe. Enzymy tu wydzielane ( maltaza i sacharaza ) trawią dwucukry maltozę i sacharozę do cukrów prostych: glukozy i fruktozy (rysunek 5).

Rysunek 5. Proces trawienia skrobi w przewodzie pokarmowym