УГЛЕВОДЫ

УГЛЕВОДЫ (син.: глициды, глю-циды, сахариды, сахара) — обширный, наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. У. являются первичными продуктами фотосинтеза (см.), в кругообороте углерода (см.) в природе они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. У. и их производные во всех живых клетках выполняют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохим. процессов. Содержание различных У. в крови, моче и других биол. жидкостях человека является информативным диагностическим признаком нарушений углеводного обмена (см.), носящих наследственный характер или развившихся вторично, как результат различных патол. состояний. В питании человека У. являются одной из основных групп веществ наряду с белками (см.) и жирами (см.).

Термин «углеводы» (углерод -(- вода) был предложен в 1844 г. Шмидтом

(С. Schmidt), т. к. формулы известных в то время представителей этого класса веществ соответствовали общей формуле Сп(Н20)т. Однако позже оказалось, что подобную формулу могут иметь не только У., а напр, молочная к-та, кроме того, к У. стали относить различные, сходные по свойствам их производные с иной общей формулой, образующиеся при введении в молекулу У. заместителей, содержащих азот, серу или фосфор, а также продукты их окисления или восстановления.

Человечество использовало У. и было знакомо с их превращениями с глубокой древности. Одними из первых выделенных в чистом виде органических веществ (см. Органические соединения) были У., они раньше других соединений были подвергнуты кислотному и ферментативному гидролизу, сбраживанию (см. Брожение), одними из первых были синтезированы хим. путем. Исследование хим. свойств и превращений У. шло параллельно развитию и достижениям органической химии (см.) и биохимии (см.). Большой вклад в изучение строения и химии У. внесли А. М. Бутлеров, Килиани (Ii. Kiliani), Э. Фишер, Хейуорт (W. N. Haworth) и др.

Класс У. включает соединения, очень разнообразные по типу, начиная от низкомолекулярных веществ, содержащих всего несколько атомов углерода, и кончая соединениями с многократно разветвленными углеродными цепями и с огромным мол. весом (массой), достигающим нескольких миллионов дальтон. У. условно делят на три большие группы: моносахариды (см.), олиго-сахариды (см.) и полисахариды (см.). Отдельно рассматривается группа смешанных биополимеров, молекулы к-рых содержат наряду с олиго-сахаридной или полисахаридной цепью белковые (см. Гликопротеиды), липидные (см. Гликолипиды) и другие компоненты.

К моносахаридам (монозам) относят полиоксиальдегиды (альдозы) и полиоксикетоны (кетозы). По числу углеродных атомов моносахариды делят на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы, нонозы. Наиболее распространены в природе и важны для человека гексозы (см.) и пентозы (см.). По взаимному расположению водорода и гидроксильной группы (ОН-группы) у последнего асимметрического углеродного атома все моносахариды относят к D- или L-ряду (см. Изомерия). Распространенные в природе свободные моносахариды и моносахариды, входящие в состав многочисленных соединений, относятся гл. обр. к D-ряду. В твердом состоянии моносахариды находятся в виде циклических полуацеталей —■ нятичлен-ных (фу рапоз) и шести членных (пи-раноз). В р-ре моносахаридов, кроме их циклических форм, присутствуют наиболее реа к i цюнно-способ-ные, ациклические формы. К моносахаридам относятся также дезокси-сахара, одна или две гидроксильных группы в молекуле к-рых замещены водородом, амииосахара (см.), гидроксильная группа в молекуле к-рых замещена а миногру 111 ioii, гексуро новые кислоты, (см.) и другие урановые к и ел о i п ы (с м.), г i e р в и ч н а я с и и р т о в а я группа в молекуле к-рых окислена в карбоксильную, альдоновые к-ты, карбонильная группа в молекуле к-рых окислена в карбоксильную, двухосновные сахарные к-ты, многоатомные спирты альдиты, простые и сложные эфиры моносахаридов гликозиды (см.), сиаловые кислоты (см.) и др.

К олигосахаридам относят соединения. молекулы к-рых построены из остатков циклических форм моносахаридов, соединяемых О-гликозид-ными связями .между полуацеталь-ными или между нолуацетальной и спиртовой гидроксилЫ1ЫМИ группами в реакции с отщеплением воды, причем чис ло остатков моносахаридов в молекулах олигосахаридов не превышает 10. Олигосахариды делят на ди-, три-, тетрасахариды и т. д. по числу входящих в них остатков моносахаридов. Если молекула олигосахарида построена из остатков одного и того же моносахарида, то такой олигосахарид называют гомоолигосахаридом, если же такая молекула построена из остатков разных моносахаридов, — гетероолиго-саха ридом. О л игоса ха риды бывают линейными. циклическими, разветвленными, редуцирующими и нере-ду пирующими (в зависимости от того, свободна или занята карбонильная группа в каком-либо остатке моносахарида), олигосахариды различают также по типу связи между остатками моносахаридов. Иногда именно моносахариды и олигосахариды объединяют под общим названием «сахара». В гликозидах (гете-розидах) моносахаридная или оли-госахаридная часть молекулы может быть соединена с нпзкомолекуляр-ным веществом неуглеводной природы (агликоном) через серу, кислород или азот.

Полисахариды (пол позы, глика-ны) представляют собой высокомо-лекул ярные продукты jюликонденса-ции моносахаридов, иногда содержащие десятки и сотни тысяч остатков моносахаридов, соединенных глико-зпдными связями. 33 состав поли-сахаридои могут входить остатки серной, фосфорной и жирных к-т. Существует группа полисахаридов, построенных с помощью фосфоди-эфирных связей. Полисахариды делят на гомо- и гетерополисахариды в зависимости от того, построены их молекулы из остатков моносахаридов одного вида или из остатков различных моносахаридов, а также на линейные и разветвленные; полисахариды различают также по тину связи между моносахаридными остатками. Олигосахариды и полисахариды, при полном гидролизе к-рых образуются только моносахариды, часто называют просто сахаридами.

Углеводсодержащие смешанные биополимеры (гликоконъюгаты) выполняют очень важные биол. функции, однако их классификация окончательно не разработана. Среди глн-коконъюгатов различают глико!гро-теиды (содержат пептидные и полисахаридные или олигосахаридные цепи), гликолипиды (построены из ио-л ис а ха р и д н ы х ил и о л и гос а х а р иди ы х цепей и липидного компонента), гликолииопротеиды (содержат углеводные, липидные и белковые компоненты), тейхоевые к-ты (в их молекулах к цепи из остатков спиртовых производных иолиоз — полиспиртов присоединены аминокислоты и моносахариды), нуклеиновые кислоты (см.). Соотношение различных компонентов в молекулах отдельных смешанных углеводсодержащих биополимеров .может колебаться в широких пределах.

Свойства олигосахаридов и полисахаридов определяются прежде всего свойствами их мономерных звеньев, поэтому изучение хим. поведения, зависимости между структурой и фнз.. хим. и биол. свойствами У., а также способов модификации этих свойств путем изменения структуры молекулы прежде всего связано с развитием химии моносахаридов. Многие моносахариды имеют сладкий вкус, представляют собой нелетучие, легко растворимые в воде и других полярных растворителях вещества и не растворимы в неполярных растворителях, что обусловлено наличием в их молекулах большого числа гидроксильных групп. В водном р-ре моносахариды способны к мутаротации (см.), многие из них легко кристаллизуются, но мутаротация замедляет этот процесс. Все моносахариды являются оптически активными соединениями и обладают восстанавливающей (редуцирующей) способностью. Ациклiг-ческие моносахариды способны к восстановлению с образованием поли-спиртов, или по л иолов, к окислению с образованием уроновых, а льдоновых и сахарных к-т. При воздействии на моносахариды к-т или щелочей сначала происходит эпимериза-ция и взаимопревращение альдоса-хара в кетосахар и обратно. В более жестких условиях под действием к-т из моносахаридов образуются фурфуролы (см.), а под действием щелочей в молекулах моносахаридов происходит разрыв углерод — углеродных связей. У. со свободной карбонильной группой вступают в реакции, характерные для альдегидов (см.), образуют гидразоны, оза-зоны и их замещенные производные. Образование гликозидов происходит за счет нолуацетальной гидроксильной группы У.; алкилирование, ари-лпровал не, ацил ироваипе, образование эфиров неорганических к-т — за счет спиртовых гидроксильных групп.

Полисахариды, как правило, являются аморфными веществами, плохо растворимыми или нерастворимыми в воде и различных органических растворителях, не способными к кристаллизации (см.). Растворимые в воде полисахариды образуют коллоиды (см.), нерастворимые — набухают (см. Набухание). Полисахариды практически не обладают восстанавливающей способностью.

Олигосахариды по своим свойствам занимают промежуточное положение между моносахаридами и полисахаридами, они растворимы в воде, кристаллизуются, многие обладают сладким вкусом. Олигосахариды и полисахариды под действием к-т гидролизуются до моносахаридов, а иод действием щелочей происходит так наз. щелочная деградация как о л иго-, так и полисахаридов.

В промышленных масштабах У. получают гл. обр. из природных источников, т. к. в природе У. распространены очень широко. Однако из моносахаридов в свободном состоянии в природных источниках обнаружены в основном D-глюкоза и D-фруктоза, остальные моносахариды в свободном виде встречаются значительно реже; они, как правило, входят в состав чрезвычайно разнообразных природных олигосахаридов, полисахаридов, гликозидов и смешанных углеводсодержащих биополимеров (гликоконъюгатов). В растениях до 70—80% сухой массы приходится на У.

В органах и тканях человека и животных содержится не более 2% У. на сухой вес ткани, в основном это гликоген печени и мышц. У. пищи — сахароза, лактоза, крахмал, декстрины — подвергаются в

о р г a h и з ме р а з л ичн ы м и p е в р а ще и ия м с образованием глюкозы (см.), к-рая является основным сахаром крови, образует гликоген тканей и наряду с галактозой (см.), глюкозажином (см.) и галактозам ином входит в состав гликоконъюгатов. Глюкоза необходима в организме не только как основной источник энергии, но и как предшественник пентоз, уроновых к-т и фосфорных эфиров гексоз. В крови здорового взрослого человека ее концентрация в норме составляет 50—95 мг! 100 мл; кроме нее, в крови человека найдены фруктоза (0,5 — 5 л г/100 мл), пен-тозы (1,8—3,3 м г/ЮО мл), следы галактозы (см.), маипозы (см.), лактозы (см.), мальтозы (см.), сахарозы (см.), гликоген (см.) в концентрации 7 — 15 мг! 100 мл. У детей содержание гликогена в крови достигает

20 лег/100 мл. В цереброспинальной жидкости в норме содержится 40-ТО мг! 100 мл сахаров, т. е. 2/3—:3/4 количества сахаров, содержащихся в крови. С мочой взрослого здорового человека в сутки выделяется 16—132 мг глюкозы, в моче обнаружены следы ксилозы (см.), арабинозы, рибозы (см.), рамнозы, фруктозы, лактозы, сахарозы, глю-куронлактона и др. У ребенка при питании молоком содержание лактозы в моче может увеличиваться до 35 мг/100 мл, в первые 10 дней жизни ребенка в его моче содержатся лактоза (120 мг! 100 мл), фруктоза (70 мг! 100 мл), глюкоза и галактоза (по 25 мг! 100 мл). у недоношенных детей эти показатели выше. В норме с мочой у взрослых людей за сутки выделяется 65,8—193,4 мг мукопро-теидов (см. Мукопротеиды) и 2,7 — 7,5 мг кислых гликозаминогликанов (хондроитинсульфатов А и С), в суточном количестве мочи содержится

1 — 11 мг! 100 мл гликопротеидов.

Изучение биол. свойств У., их функций в биохим. системах необходимо для познания существа важнейших процессов жизнедеятельности и непосредственно связано с прогрессом биохимии и молекулярной биологии (см.). Роль У. не ограничивается резервными функциями, заключающимися в покрытии непрерывного расхода энергии в процессе жизнедеятельности, ил и структурно-опорной функцией, характерной напр, для целлюлозы (см.) или хитина (см.). Было доказано, что фотосинтез, обеспечивающий синтез органических веществ на Земле, является в основном процессом превращения фосфорилированных са ха ров. Ч рез-вычайно важны высокоспециализированные функции У.: N-гликози-

ды, нуклеотиды-коферменты и витамины С и В15 играют исключительную роль во всех сторонах обмена веществ и энергии; высокоактивным антикоагулянтом является полисахарид гепарин (см.); гиалуроновые к и ело т ы (см.) препятствуют проникновению микроорганизмов в ткани, участвуют в процессе оплодотворения и др. В медицине широко используется группа антибиотиков, по хим. природе являющихся гликози-дами; специфические л и п о п ол и сахариды (см.) микроорганизмов обладают ярко выраженными антигенными свойствами, что послужило основой для их применения в мед. практике в качестве так наз. хим. вакцин (см.). Подобные вакцины из

пневмококков (см.), менингококков (с м. M е н и и г о кокковая и и фекц и я),

Haemophilus influenzae (см. Гемо-глобинофильпые бактерии) и др. обладают высокой эффективностью. Специфичность групп крови (см.) и т к а н е й о б у с л о в л е н а г р у п поспе ц и ф и -четкими веществами (см.), к-рые по своей природе являются углеводсо-держащими соединениями. Маркерная функция. У. в гликопротеидах обеспечивает взаимодействие различных биологически активных веществ с соответствующими рецепторами. Гликолипиды ганглиозиды играют важную роль в проведении нервных импульсов и необходимы для нормального осуществления функций в. и. д. В процессах обмена У., возникают промежуточные продукты, к-рые используются для синтеза различных неуглеводных соединений. У растений таким путем синтезируются фенолы (см.), органические к-ты, дубильные вещества (см. Танины), аминокислоты (см.), белки, жиры и др.; у человека и животных при гликолизе образуются биосинтетические предшественники липидов, а в пентозофосфатном пути — предшественники нуклеиновых к-т и т. д.

При нарушении обмена какого-либо У. его концентрация в биол. жидкостях изменяется; регистрация этих изменений играет важную роль в установлении диагноза. Так, при диагностике сахарного диабета (см. Диабет сахарный) определение в крови и моче концентрации глюкозы является одним из основных диагностических тестов. Различные виды мелитурий (см.) — галактозурию, фруктозурию, сахарозурию, иенто-зурии и др.— диагностируют по наличию в моче соответствующих сахаров. При гликогенозах (см.) концентрация гликогена в крови повышается до 100 мг! 100 мл и выше, понижение концентрации гликогена в крови наблюдают при острых гепатитах (см. Гепатит). При менингитах (см.) в цереброспинальной жидкости отмечают уменьшение концентрации глюкозы (гипогликорахия), а при энцефалитах (см.) и сахарном диабете — увеличение концентрации глюкозы (гипергликорахия). При генетически обусловленных нарушениях обмена гликозаминогликанов — мукополисахаридозах (см.) в моче больных повышается концентрация кислых мукополисахаридов (см.); при гаргоилизме и синдроме Гунтера (см. Гаргоилизм) — хондроитинсульфата В и гепаритинсульфата, при синдроме Санфилиппо (см. С анфилиппо болезнь) — гепаритинсульфата, при синдроме Моркио (см. Моркио болезнь) — кератине ульфа-та и хондроитинсульфата А. при синдроме Шейе (см. Шейе болезнь) — хондроитинсульфата В и др.

Методы определения углеводов.

При нарушениях углеводного обмена (см.) содержание отдельных сахаров обычно определяют в наиболее доступном материале — моче и крови больного. По своему назначению методы определения У. можно разделить на качественные пробы, количественные методы, методы идентификации сахаров и интенсивно развивающиеся в последние десятилетия по л у кол ичественн ыо э кс п ресс-методы определения сахаров с использованием готовых форм реактивов (таблетки, бумажные полоски, так наз. тест-бумажки, и др.).

В моче здоровых люде]! содержатся следовые количества глюкозы и других сахаров, обнаружить к-рые обычными реакциями весьма трудно. Однако при ряде нарушений углеводного обмена, при поражениях почек и нек-рых других заболеваниях концентрация сахаров в моче может резко повыситься, и это увеличение можно обнаружить с помощью качественных проб на сахара. Большинство проб основано на способности глюкозы и других моносахаридов при окислении восстанавливать ряд веществ. В пробах Т ром мера, Фелинга, Гайнеса, Бенедикта (см. Бенедикта методы) п др. глюкоза при нагревании в щелочной среде восстанавливает гидрат окиси меди Си(ОН)2 синего цвета, образующийся в процессе определения из сульфата меди CuS04 и едкого натра NaOH, в гидрат закиси меди Си ОН желтого цвета и закись меди Сн20 красного цвета. Проба считается положительной при изменении окраски от синего до желто-красного цвета. Проведению пробы мешает избыток ионов меди, т. к. при этом образуется черный осадок оксп <а меди СиО. Для удаления избытка м ■ в реактив Фелинга добавляю! еегпетову соль (винноктic,1 ып ка ч-i' — натрий), в реактив Гапн< i • глицерин, в реактив Бепедим ■ цитрат натрия. В пробе Нилап ,.“ра (см. Ниландера проба) в каче*' 1 не восстанавливающегося вещества и с пользуют нитрат висмута, к-рый превращается в коричневый оксид висмута, а затем в черный металлический висмут. Все пробы, основанные на восстановлении, легко могут быть проведены в любой лаборатории, не требуют специального оборудования, () д н а к о он 11 с т p i i да к > т с у щ (1 с т в е и и ы м т \ недостатками: с помощью таких

проб нельзя определить количество сахара и они неслецифичны, т. к. дают положительный ответ не только с сахарами, но и с любыми вещества м и, о б л а д а ю щ и м и в ос с та па и л и -вающими свойствами. Поэтому качественные ii робы на сахара все реже находят практическое применение в клинико-диагностических и тем более в биохим. лабораториях.

Количественные методы определения сахаров в биол. жидкостях очень разнообразны. Важнейшими из них являются поляриметрический (см.

II оля р и метр ия), титриметрические

(см. Титриметрический анализ),

различные виды колориметрических методов (см. Колориметрия) и ферментативные методы. В молекулах глюкозы и других сахаров есть асимметрические атомы углерода, поэтому р-ры этих сахаров могут вращать плоскость поляризованного луча света. Угол вращения пропорционален концентрации сахара, определяя угол вращения, наир, пробы мочи, в поляриметре, можно определить содержание глюкозы в моче. Однако направление и величина удельного вращения различных сахаров существенно отличаются друг от друга, и присутствие в моче нескольких сахаров или других оптически активных веществ вносит большую ошибку в определение глюкозы. Для поляриметрического определения сахаров мочу необходимо предварительно освободить от примесей других сахаров; моча, в к-рой определяют глюкозу поляриметрическим методом, должна быть прозрачной и бесцветной.

Титриметрические методы определения глюкозы основаны на восстанавливающей способности сахаров (так наз. редуктометрические методы). При определении концентрации глюкозы по методу Хагедор-на — Йенсена белки крови осаждают гидроокисью цинка, а глюкоза безбелкового фильтрата в щелочной среде восстанавливает красную кровяную соль до желтой кровяной соли. Избыток красной кровяной соли измеряют йодометрическим титрованием и т. о. устанавливают концентрацию глюкозы. Этот метод применялся ранее широко и продолжает применяться в отдельных клин, лабораториях, однако необходимо отметить, что он несиецифичен в отношении глюкозы, т. к. вместе с ней по методу Хагедорна — Йенсена определяются все вещества, обладающие восстанавливающими свойствами. Модификацией этого метода является метод Фудзиты — Иватаке, когда белки крови осаждают сульфатом кадмия, к-рый вместе с белками осаждает нек-рые вещества, обладающие восстанавливающими свойствами: мочевую кислоту (см.), глутатион (см.) и др. Тем не менее все титриметрические методы определения глюкозы не являются специфичными, они трудоемки и требуют для выполнения много времени, что затрудняет их использование при массовых обследованиях, диспансеризации и др.

Первые попытки упростить количественные методы определения сахаров были предприняты в отноше

нии редукто метрических методов, к-рые были модифицированы в колориметрические. Метод Крецелиуса — Зейферта основан на восстановлении в щелочной среде пикриновой к-ты под действием глюкозы до коричнево-красной п и к р а м ин о в о й

к-ты, интенсивность окраски к-рой измеряют колориметрированием. Однако этот метод оказался очень неточным (ошибка определения составляла 20—30%). Более совершенным из этой группы методов считается метод Нельсона — Шомодьи, когда восстановлению подвергается медь из медно-тартронового реактива; образовавшийся закисный гидрооксид меди с арсеномолибдатом аммония дает молибденовую синь, интенсивность окраски к-рой определяют колориметрически. Дальнейшую попытку упростить количественные методы определения сахаров можно проследить на примере метода Альт-гаузена и его модификации (см. Алътгаузена метод). Восстанавливающий сахар в р-ре при нагревании со щелочью подвергается ос молению, при этом развивается окраска от различных тонов красного цвета до бурого; сравнивая эту окраску с цветной стандартной шкалой, можно приблизительно определить содержание сахара в моче или другой жидкости. Однако метод Альтгау-зена, как и его модификации, неточен и несиецифичен.

При осторожном нагревании моносахаридов с минеральными к-тами происходит их дегидратация и превращение в фу р фу ролы (см.). Последние в кислой среде могут образовывать окрашенные соединения с различными циклическими веществами (а-нафтолом, антроном, L-триптофаном, фенолом и др.). В клин, и биохим. лабораториях в 50— 60-е гг. 20 в. был распространен колориметрический антроновый метод определения глюкозы в крови после удаления белков (метод Морриса и его модификации), основанный на этом принципе. Интенсивность развившейся синей окраски измеряли на фотометре (см. Фотометрия), а суммарное содержание сахаров в крови определяли по калибровочной кривой. В таких методах особое внимание надо было уделять строгому соблюдению температурного режима реакции.

Альдосахара при нагревании в слабокислой среде способны конденсироваться с ароматическими аминами (анилином, дифениламином, о-толу-идином и др.) и образовывать окрашенные продукты. Это их свойство было использовано для разработки методов определения альдоз. В нашей стране унифицированным является метод определения глюкозы в моче и в крови с помощью о-толуи-дина (см. Орто-толуидиновая проба). Этот метод более специфичен в отношении альдосахаров, чем редуктометрические и антроновый методы.

Однако самой высокой специфичностью обладают методы, основанные на использовании чистых ферментов. Глюкозу в моче и в крови определяют г люко зоо кс и да зн ым методом с помощью фермента глюкозооксида-зы (см. Городецкого методы). Глюкоза под действием этого фермента превращается в глюконовую к-ту, а в реакции образуется перекись водорода, к-рую расщепляют иерок-сидазой, и выделившийся атомарный кислород окисляет лейкоформу какого-либо красителя (о-толуиди-на, о-дианизидина и др.) в его окрашенную форму. Интенсивность развившейся окраски пропорциональна содержанию глюкозы, количество глюкозы определяют по стандартной кривой. Проводились попытки определять глюкозу с помощью фермента гексокиназы (см.). В реакции образуются глюкозо-6-фосфат и АДФ, содержание глюкозо-6-фосфа-та определяют с помощью глюкозо-

6-фосфатдегидрогеназы (так наз. двухступенчатый УФ-тест Варбурга) или определяют содержание АДФ с помощью пируваткиназы и лак-татдегидрогеназы (трехступенчатый УФ-тест Варбурга). Гексокиназные методы точны, специфичны, но мало применяются из-за отсутствия и дороговизны чистых ферментных препаратов. С получением чистого ферментного препарата галактозоокси-дазы был разработан специфический галактозооксидазный метод определения галактозы в биол. жидкостях с использованием этого фермента, аналогичный глюкозооксидазному. Дальнейшая разработка и модификация ферментативных методов весьма перспективна, т. к. их применение дает возможность точно, быстро и специфично определять содержание каждого сахара в биол. жидкости. Многие количественные методы определения сахаров (редуктометрические, o-толуидиновый, глюкозо-оксидазный) были модифицированы для автоматических анализаторов (см. Авто анализаторы), в результате чего клиники получили возможность проводить в течение короткого времени и с минимальными затратами серийные определения концентрации сахаров в крови, моче и др.

Попытки идентифицировать сахара в моче и крови предпринимались давно, особая необходимость в применении методов идентификации возникла в связи с диагностикой различных мелитурий и болезней накопления (см. Г ликозидозы, т. 10, доп. материалы), исследованием олигосахаридов мочи и др. Для идентификации сахаров мочи ранее часто применяли исследование легко об-

разующихся озазоновых и гидразо новых кристаллов сахаров, к-рые сильно отличаются не только но внешнему виду, но и по свойствам. Пытались применять сбраживание сахаров различными видами бактерий (напр., Monilia и др.). Были разработаны и применялись в клинике пробы на отдельные виды сахаров, большинство из к-рых основывалось на образовании фурфуролов. Пентозы обнаруживали при помощи флороглюциновой пробы Толленса, орциновой пробы Биаля, бензиди-новой пробы Таубера и др.; фруктозу — при помощи пробы Селиванова с резорцином (см. Селиванова проба) и резорцинового метода Роу (метод основан на превращении фруктозы в присутствии концентрированной серной или соляной к-ты в оксиметилфурфурол, образующий с резорцином красно-коричневое окрашивание, интенсивность к-рого пропорциональна количеству фруктозы), пробы Банга, методов с Р-индолил-уксусной и тиобарбитуровой к-тами; галактозу и лактозу обнаруживали по образованию слизевой кислоты (см.) в пробе Кольмера — Бернера (проба основана на том, что галактоза в присутствии азотной к-ты окисляется до слизевой к-ты, к-рая выпадает в виде белого осадка); сахарозу — по кислотному или ферментативному гидролизу и изменению угла вращения поляризованного света, увеличению восстанавливающей способности или появлению свободной глюкозы. Однако охарактеризовать весь состав сахаров в исследуемой пробе стало возможным только при использовании электрофоретического разделения боратных комплексов сахаров (см. Электрофорез) или различных видов хроматографии (см.) — на бумаге, в тонком слое силикагеля, колоночной и газожидкостной хроматографии. При этом, применяя различные системы растворителей и разные проявители, можно достоверно определить качественный состав сахаров в пробе, измерить количество каждого сахара и даже выделить его препаративно для дальнейшего анализа и идентификации. Наиболее перспективным, точным и достоверным методом идентификации и определения сахаров в биол. субстратах является метод газовой и газожидкостной хроматографии.

При идентификации олигосахаридов необходимо определить их мономерный состав, степень полимеризации и типы связей. При определении полисахаридов (напр., гликогена) по методу, предложенному М. Е. Преображенской, количественно полученный из 5 мл исследуемой крови гликоген подвергают кислотному гидролизу 1 н. серной кислотой, а образовавшуюся глюкозу определяют глюкозооксидазным методом.

Экспресс-методы определения сахаров характеризуются большой чувствительностью, точностью, быстротой и простотой выполнения анализа. Для их выполнения не требуется специального оборудования. Сначала были разработаны таблеточные редуктометрические экспресс-методы для определения сахаров в моче по принципу пробы Фелинга. Окраску мочи после добавления реактивов сравнивали с цветной шкалой и определяли концентрацию сахаров. Затем были предложены различные варианты тест-бумажек для определения глюкозы в моче и в крови с использованием глюкозоокси-дазного метода. Эти экспресс-методы отличались высокой специфичностью. Для проведения анализа достаточно смочить полоску хроматографической бумаги, пропитанную реактивами, мочой или каплей крови, проявившуюся через 1—2 мин. окраску сравнить с приложенной цветной шкалой и по совпадающему цвету определить концентрацию глюкозы в пробе. Интенсивность окраски полоски точнее может быть определена в отражательном фотоэлектроколориметре. Подобные тест-бумажки стали выпускаться в различных комбинациях с другими экспресс-методами, благодаря чему за 1—2 мин. можно определить до 10 компонентов мочи. Были выпущены также тест-бумажки для определения галактозы в моче с помощью фермента галактозо-оксидазы. Использование экспресс-методов особенно перспективно для диагностики сахарного диабета, контроля за ходом его лечения, для использования в экстренных случаях (напр., при подозрении на диабетическую кому) и в местностях, удаленных от клинических лабораторий.

Применение специфических и адекватных методов определения соответствующих сахаров в моче и крови больного, изучение состояния углеводного обмена методом нагрузок различными сахарами с контролем динамики метаболизма этих сахаров с помощью гликемических (сахарных) кривых дает возможность поставить точный диагноз нарушения углеводного обмена и даже определить локализацию нарушения в цепи обменных процессов. Глике-мические кривые строят путем измерения содержания сахара в крови натощак и через определенные интервалы времени — 15, 30, 60, 90, 120, 150, 180 мин.— после нагрузки этим сахаром, углеводами вообще или введения гормона; результаты изображают в виде графика, на к-ром по оси абсцисс откладывают время в минутах, а по оси ординат — содержание сахара (.иг/100 мл).

Углеводы в питании. У. пищи по классификации ФАО/ВОЗ (1980) делятся на усвояемые организмом человека и неусвояемые. Неусвояемые У. не гидролизуются ферментами жел.-киш. тракта, не всасываются в кишечнике, а если и всасываются, то не метаболизируются в тканях. К ним, в частности, относят олигосахариды типа раффинозы, полисахариды, не являющиеся а-гликанами, напр, клетчатку (см. Целлюлоза), а также нек-рые простые сахара, не метаболизируемые в тканях человека. Неусвояемые полисахариды и лигнины образуют группу балластных веществ (так наз. пищевые волокна), играющих значительную роль в поддержании нормальной регуляции пищеварения (см.) и метаболизма ряда веществ.

В соответствии с «Нормами физиологической потребности в пищевых веществах и энергии для различных групп населения СССР», принятыми в 1982 г., взрослый человек при среднем по тяжести физ. труде должен получать 344—440 г усвояемых У. в сутки. При особо тяжелом физ. труде потребность в У. достигает 602 г; у лиц, занятых преимущественно умственным трудом, потребность в У. составляет 297—378 г в зависимости от возраста и пола. У женщин в период с 18 до 59 лет потребность в У. примерно на 15% ниже, чем у мужчин. С возрастом потребность в У. снижается. К 75 годам различия в потребности в У. у мужчин и женщин уменьшаются до 5%. У. должны покрывать ок. 50— 55% потребности организма в энергии. Такая доля У. в рационе позволяет избежать возможных неблагоприятных последствий обеспечения организма энергией за счет избыточных количеств белков и жира. В то же время эта доля У. достаточна для обеспечения глюкозой клеток головного мозга и эритроцитов, для к-рых глюкоза является единственным источником энергии. Недостаток У. в рационе вынуждает организм расходовать для образования глюкозы аминокислоты (см. Углеводный обмен), что может вызвать их дефицит в организме и возникновение ацето-немии (см.).

М. Рцбнер определил среднюю величину теплоты сгорания У.— 4,1 ккал/г. Величины теплоты сгорания отдельных У. составляют (ккал/г): глюкоза — 3,75, фрукто

за — 3,76, лактоза — 3,95, сахароза — 3,96, гликоген — 4,19, крахмал — 4,20. У. Этуотер обнаружил, что в организме У. усваиваются не полностью, и предложил поправки к теплотам их сгорания, позволяющие вычислить так наз. метаболпзпруе-мую энергию У. Созданы таблицы, в к-рых даны показатели усвояемости У. в отдельных группах пищевых продуктов (см. Калорийность). В ориентировочных расчетах метаболизи-руемую энергию У. принимают равной 4 ккал!г или же пересчитывают крахмал и гликоген рациона на глюкозу и, пренебрегая поправкой на ее усвояемость, умножают полученную величину на 3,75 ккал/г. При гидролизе гликозидных связей полисахаридов в процессе пищеварения теряется ок. 0,6% энергии, заключенной в этих У.; в форме макроэргических связей АТФ (см. Высо-коэргические соединения) аккумулируется только ок. 39% энергии глюкозы.

Взаимодействуя с другими веществами пищи, У. влияют на доступность их для организма и на потребность организма в этих веществах. В процессе хранения и тепловой обработки пищи У., обладающие восстанавливающими свойствами, взаимодействуют с аминокислотами белков, образуя в ходе ряда превращений вещества, недоступные для усвоения организмом. В результате снижается общая усвояемость белка и особенно усвояемость лизина (см.) и метионина (см.). Моносахариды, образуя комплексы с микроэлементами (см.), могут оказывать влияние на их всасывание в кишечнике. Известно так наз. белоксбере-гающее действие У.: они понижают потребность в белке, препятствуя использованию аминокислот в качестве энергетического материала и усиливая через посредство инсулина использование аминокислот для синтеза белка. Содержание в рационе У. существенно влияет на потребность организма в тиамине (см.). В Арктике, где население адаптировалось к питанию продуктами с низким содержанием У., потребность человека в тиамине, по данным Л. Е. Панина, существенно снижена. Определенное влияние на ассимиляцию белков, липидов, витаминов и микроэлементов пищи оказывают У., входящие в состав балластных веществ (пищевых волокон): они несколько снижают усвоение белка и жира, могут препятствовать всасыванию витаминов и необходимых организму микроэлементов.

В промышленно развитых странах на протяжении последних 200— 300 лет значительно возросло потребление сахарозы (см.). В условиях избыточного поступления энергии организм, используя свои адаптивные возможности, аккумулирует избыточные метаболиты в форме жира в клетках жировой ткани — развивается ожирение (см.). В раннем детском возрасте организм на избыточное поступление энергии отвечает усиленным образованием жировых клеток, и в дальнейшем число их даже при правильном питании долго остается повышенным. Потребление с пищей сахарозы, и особенно фруктозы (см.), способствует повышению содержания в крови триглицеридов и холестерина. Показано, что у больных, страдающих гиперлипопротеинеми-ей IV типа (см. Липопротеиды), особенно легко повышается концентрация триглицеридов крови под влиянием фруктозы. Мнения о роли избытка У. в пище в развитии атеросклероза (см.) и ишемической болезни сердца (см.) противоречивы. Юдкин (J. Yudkin) отстаивает концепцию, согласно к-рой избыток сахарозы приводит к нарушению гормонального статуса и последующему изменению обмена липидов, выступающему как патогенетическое звено в развитии этих заболеваний. Кис (A. Keys) и другие противники этой концепции указывают на то, что частота этих заболеваний коррелирует с потреблением У. слабее, чем с потреблением насыщенных жиров, и среди алиментарных факторов в патогенезе атеросклероза и ишемической болезни сердца решающее предпочтение отдают жирам. Тро-уэлл (Н. С. Trowell) считает, что эти заболевания связаны с дефицитом в рационах населения промышленно развитых стран балластных веществ, нормализующих, по его мнению, обмен холестерина. Гиперинсулинизм (см.), возникающий при систематическом употреблении больших количеств сахарозы, может приводить как к дистрофическим изменениям островковой ткани поджелудочной железы, так и к снижению чувствительности рецепторов инсулина на клеточных мембранах клеток-мишеней, что может способствовать развитию сахарного диабета (см. Диабет сахарный). Установлено, что употребление сахарозы и других сахаристых продуктов (c-м.), особенно в сочетании с нарушением правил гигиены полости рта, приводит к развитию кариеса зубов (см.). Широко распространено мнение, что рационы, богатые У., способствуют развитию аллергических реакций.

В профилактике перечисленных заболеваний большое значение имеет ограничение избыточного потребления сахара. Известное профилактическое значение имеет замена в питании сахарозы на ксилит (см.) и сорбит (см.), к-рые усваиваются хуже, а также поиски и синтез сладких веществ, к-рые не усваиваются организмом (см. Сладкие вещества). Необходимость ограничения легкоусвояемых У., особенно сахара, возникает при лечении сахарного диабета и ожирения. Ксилит, сорбит и фруктоза ассимилируются клетками печени без участия инсулина и поэтому по сравнению с сахарозой обладают преимуществом в питании больных сахарным диабетом. При болезнях печени, кишечника и др. применяют в составе рационов мед (см.), лечебное воздействие к-рого наряду с другими его компонентами приписывается его У. Все большее распространение в лечебном питании (см. Питание лечебное) получают богатые балластными веществами растительные продукты и введение в рационы в качестве источника этих волокон отрубей (см. Хлеб, хлебопродукты).

Библиогр.: Биохимические методы исследования в клинике, под ред. А. А. Покровского, М., 1969; Конышев В. А. и С к у р и хин И. М. К вопросу об энергетической ценности углеводов пищевых продуктов, Вопр. питания, № 4, с. 70,1983; Кочетков Н. К. и др. Химия углеводов, М., 1967; Методы химии углеводов, пер. с англ., под ред. Н. К. Кочеткова, М., 1967; H е с т e р и н М. Ф. и Конышев В. А. Роль волокон пищи в гомеостатических регуляциях организма, Физиол. человека, т. 6, № 3,

с. 531, 1980; Покровский А. А. Питание и болезнь, Вопр. питания, 1, с. 18, 1976; Справочник по диетологии,

под ред. А. А. Покровского и М. А. Самсонова, М., 1981; С т е й с и М. и Б а р-к ер С. А. Углеводы живых тканей, пер. с англ., М., 1965; Степане н-к о Б. Н. Химия и биохимия углеводов (моносахариды), М., 1977; Т о д о р о в Й. Клинические лабораторные исследования в педиатрии, пер. с болг., София, 1968; Biochemistry of carbohydrates, ed. by

D. J. Manners, v. 2, Baltimore, 1978: Carbohydrate sweeteners in foods and nutrition, ed. by P. Koivistoinen a. L. Hyvonen, L. a. o., 1980; Carbohydrates in human

nutrition, Rome, 1980; Monosacharidy, ed. by J. Stanek a. o., Praha, 1960; S I fine k J. a. o. The oligosaccharides. Prague, 1965; Sugars in nutrition, ed. by H. L. Sipple a. K. W. MacNutt, N. Y., 1974; T u n s t a 1 1 P e d о e H. a, Rose G. Atherosclerosis as relatt d diet. Int. Rev. Biochem., v. 27, p.

1979. В. К. Городецкий (6iiu\i;m >,

В. А. Конышев (ш;г 1



Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание