Основы питания: руководство по энергии и макронутриентам на протяжении жизни

Сегодня главными причинами смерти являются уже не инфекционные, а хронические заболевания. На фоне рака, диабета, ХОБЛ и деменции всё яснее становится значение питания на протяжении всей жизни. Оно не только помогает предупреждать эти болезни, но и служит мощной поддержкой лечения. Поэтому обоснованно звучат выражения «еда — лекарство» и «ты — то, что ты ешь».

Сложность питания и подход «Еда — лекарство»

Подход «Еда — лекарство» всё активнее изучают для профилактики и лечения многих хронических заболеваний. Молекулярные мишени традиционных препаратов чётко определены, а рацион состоит из множества компонентов, влияние которых продолжается всю жизнь. Поэтому советовать пациентам, особенно с хроническими заболеваниями, что и сколько есть, сложнее, чем давать большинство других рекомендаций по здоровью.

В этой подробной статье мы обобщаем современные представления о питании, уделяя особое внимание энергии и макронутриентам.

Историческое развитие

Эволюция науки о питании

Более 2000 лет назад греческие философы и врачи поняли, что пища восполняет неизбежную потерю веществ организмом, эти потребности меняются на разных этапах жизни, а пища вместе с воздухом поддерживает «естественное» тепло тела.

Во время химической революции, начавшейся в конце 18-го века, учёные во главе с Antoine Lavoisier заложили основы современного понимания метаболизма, показав, что тепло тела образуется при требующем кислорода процессе горения (рисунок 1).

В первой половине 19-го века Gerardus Johannes Mulder и Jöns Jacob Berzelius определили и назвали белок, Michel Eugène Chevreul и другие развили представления о жирах и липидах, а многие учёные отнесли сахара и крахмал к углеводам. Сегодня известно, что белки, жиры и углеводы — основные макронутриенты, служащие метаболическим топливом и выполняющие множество других жизненно важных функций.

К началу 20-го века стало понятно, что для оптимального здоровья нужны и другие пищевые компоненты помимо макронутриентов. Известные сегодня 13 водо- и жирорастворимых витаминов открыли в период с 1912 по 1948 год. Существует также 21 незаменимый минерал: их делят на макроэлементы с суточной потребностью 100 mg или более, например кальций, и микроэлементы с потребностью менее 100 mg, например йод.

Влияние Великой депрессии на питание и развитие рекомендуемых суточных норм

Великая депрессия привела к массовому недоеданию, а при вступлении США во Вторую мировую войну стала ощутимой нехватка программ продовольственной поддержки. В 1940 году Консультативная комиссия национальной обороны США попросила Национальный исследовательский совет при Национальной академии наук изучить проблемы недостаточного питания населения.

В 1943 году Национальный исследовательский совет опубликовал первые рекомендуемые суточные нормы (Recommended Dietary Allowances, RDA) для энергии, белка и восьми витаминов и минералов, чтобы предупреждать дефициты. В последующие сорок лет их многократно обновляли; последняя редакция вышла в 1989 году и включала рекомендации по энергии, белку и 25 витаминам и минералам.

RDA выводили из оценки среднего суточного потребления, необходимого для удовлетворения потребностей половины здоровых людей определённого пола и жизненного этапа. Это значение называют расчётной средней потребностью. RDA устанавливают на 2 стандартных отклонения выше неё, чтобы удовлетворить потребности большинства здоровых людей — 97,5%. При недостатке данных используют уровень адекватного потребления, основанный на исследованиях животных или наблюдательных данных.

Развитие рекомендуемых суточных норм после 1994 года

В 1994 году RDA пересмотрели, а затем обновили в виде диетологических референсных норм. Они охватывают широкий набор основанных на доказательствах показателей: RDA, допустимые верхние уровни потребления для предотвращения токсических эффектов и приемлемые диапазоны распределения макронутриентов. Для каждого источника энергии эти диапазоны отражают уровни потребления, связанные с меньшим риском хронических заболеваний при достаточном поступлении незаменимых питательных веществ.

Диетологические референсные нормы публиковали с 1997 по 2003 год, затем обновляли для кальция и витамина D в 2011 году, натрия и калия в 2019 году и энергии в 2023 году. Расширение, начавшееся с натрия в 2019 году, включило норму потребления для снижения риска хронических заболеваний, отражающую связь нутриента с таким риском. Например, у людей от 14 лет снижение натрия до этой нормы — 2300 mg (2,3 грамма) в день или менее — связано с меньшим риском гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний.

В 1970-х годах внимание федерального правительства стало смещаться к возникающим хроническим заболеваниям. Специальный сенатский комитет по питанию и потребностям человека подготовил и опубликовал в 1977 году «Диетологические цели для Соединённых Штатов». Рекомендации отчёта затем преобразовали в «Диетологические рекомендации для американцев». Впервые их опубликовали Министерство сельского хозяйства и Министерство здравоохранения и социальных служб в 1980 году; теперь они обновляются каждые 5 лет. Они отражают переход от пищевой достаточности, на которой сосредоточивались в начале 20-го века, к влиянию рациона на общее здоровье и риск хронических заболеваний.

Наука о питании продолжает развиваться: изучает механизмы распознавания питательных веществ, циркадные и гедонические эффекты макронутриентов и прогнозирует индивидуальные реакции на продукты и рационы с помощью алгоритмов искусственного интеллекта.

Исследования питания и изменения политики в Турции

• 1920-е — 1950-е годы: в первые годы Турецкой Республики начались первые меры политики и кампании в области питания и здоровья, прежде всего программы детского здоровья и профилактики пищевых дефицитов.
• 1962: в Университете Хаджеттепе открыли отделение питания и диетологии; в Турции началась подготовка специалистов по питанию.
• 1970-е годы: для расширения базовой медицинской помощи в деревнях и сельской местности разработали модель центров здоровья «Sağlık Ocağı».
• 1991: Программа поддержки грудного вскармливания и медицинских учреждений, доброжелательных к ребёнку: Министерство здравоохранения Турции запустило её для поощрения грудного вскармливания.
• 1994: Программа профилактики йододефицитных заболеваний и йодирования соли: эта программа предотвращения дефицита йода была направлена на поощрение использования йодированной соли.
• 2004: Программа «Demir Gibi Türkiye» — Турция, крепкая как железо: началась программа профилактического обеспечения железом для предотвращения его дефицита у младенцев и детей.
• 2005: Программа обеспечения витамином D: в рамках профилактики дефицита витамина D младенцам начали бесплатно предоставлять добавки витамина D.
• 2010: Исследование питания и здоровья населения Турции (TBSA): начались регулярные исследования пищевых привычек и состояния здоровья. Программа здорового питания и активной жизни в Турции: запущена для борьбы с ожирением и поощрения здоровых пищевых привычек. Проект школы, поддерживающей здоровое питание: Министерство здравоохранения и Министерство национального образования Турции совместно запустили его для продвижения стандартов здорового питания в школьных буфетах.
• 2011: План действий по изменению климата (2011–2023): Министерство окружающей среды и градостроительства Турции разработало меры сельскохозяйственной и экологической политики.
• 2015: Руководство по питанию для Турции (TÜBER): руководство с учётом особенностей Турции даёт подробную информацию для регулирования пищевых привычек.
• 2019: Программа здорового питания и активной жизни в Турции (2019–2023): началась обновлённая комплексная программа продвижения здорового питания и борьбы с ожирением.
• 2021: Руководство по сокращению потребления и использования сахара в Турции: Министерство здравоохранения Турции опубликовало рекомендации по уменьшению потребления сахара. Турецкий журнал питания и диетологии: издаётся как научный источник для оценки политики питания и других связанных со здоровьем факторов.

Энергия и макронутриенты

Энергия:

В конце 19-го века Max Rubner изучал выработку тепла и другие потери энергии у собаки, поддерживаемой при постоянном весе в калориметре. Энергия из пищи (17349 kcal) соответствовала суммарным потерям (17406 kcal), подтвердив применимость первого закона термодинамики к живому организму. Вскоре Wilbur Atwater расширил эти исследования и подтвердил закон у людей. Он также вывел значения метаболизируемой энергии углеводов, жиров и белков — соответственно 4, 9 и 4 kcal/g, — учитывая химические потери энергии каждого макронутриента с калом и мочой. Эти значения Atwater, широко используемые и сегодня, предполагают среднюю «кажущуюся» перевариваемость каждого макронутриента и потери энергии с конечными продуктами белкового обмена в моче. Для отдельных продуктов они могут быть не вполне точными. Например, миндаль в рационе человека даёт 4,6 kcal на грамм — значительно меньше 6 kcal, рассчитанных по его макронутриентному составу.

Эксперименты Rubner и Atwater показывают: когда поступление энергии у животного или человека уравновешивается её потерями с теплом, калом, мочой и через кожу, вес остаётся стабильным, отражая энергетическое равновесие. Современные диетологические референсные нормы основаны на непрямой калориметрии, измеряющей общий расход энергии в привычных условиях на протяжении 1–2 недель. Простая модель превращения макронутриентов в ткани тела и тепло представлена на рисунке 2.

Диетологическая референсная норма энергии — расчётное среднее потребление, необходимое для поддержания энергетического баланса с учётом возраста, пола, физической активности и жизненного этапа. Выделяют четыре уровня активности: малоподвижный, низкоактивный, активный и очень активный — от минимальной самостоятельной повседневной жизни до интенсивной деятельности. Для беременных и кормящих людей расчёты уточняют. Калорийность можно оценить с помощью онлайн-калькулятора. Носимые датчики и мобильные приложения дают новую возможность объективно оценивать питание и активность на индивидуальном и популяционном уровнях.

Белки

Белки синтезируются из аминокислот и являются основными структурными и функциональными компонентами организма. Из 20 аминокислот человеческих белков девять незаменимы: исключение любой из рациона вызывает физические симптомы и отрицательный белковый баланс. Шесть аминокислот условно незаменимы — в периоды быстрого роста и тяжёлого метаболического стресса они не синтезируются в достаточном количестве. Остальные пять относят к заменимым: организм способен синтезировать их для удовлетворения своих потребностей.

В 1930-х годах Rudolf Schoenheimer и коллеги показали, что биомолекулы организма, например белки, постоянно обновляются и для поддержания большинства функций и здоровья их необходимо пополнять с пищей. Животные источники белка содержат все девять незаменимых аминокислот, тогда как в растительных обычно недостаёт одной или нескольких. Для оценки источников используют показатель усвояемых аминокислот, сопоставляя их с потребностями ребёнка дошкольного возраста в усвояемых незаменимых аминокислотах. Коровье молоко, говядина и яйца имеют наивысшую оценку — около 1; рис — примерно 0,5. Оценка сои около 0,9, и она служит полезным растительным источником аминокислот. Вегетарианцы и веганы могут получать достаточно белка из разнообразной растительной пищи: бобовых, зерновых, соевых продуктов, орехов и семян.

Потребность в отдельных аминокислотах обычно определяют методами изотопного отслеживания. Потребность в белке оценивают по азотистому балансу: при изменении его потребления отслеживают потери азота с калом, мочой и через кожу. Недостаточное общее потребление белка или любой незаменимой аминокислоты вызывает адаптацию белкового обмена, способную нарушать развитие мозга младенца, иммунную компетентность и многие другие физиологические и метаболические функции. Недостаточное поступление энергии из жиров и углеводов также может вызвать отрицательный азотистый баланс. Напротив, избыток аминокислот при высоком потреблении белка может дезаминироваться с образованием альфа-кетокислот, которые затем окисляются для получения энергии или превращаются в глюкозу либо жир.

Здоровые молодые взрослые могут поддерживать нейтральный азотистый баланс при 0,55–0,6 грамма белка на килограмм в день. Рекомендуемая суточная норма (RDA) составляет 0,8 грамма на килограмм в день и включает запас безопасности выше этого уровня для женщин и мужчин старше 18 лет. У младенцев и детей потребность выше для обеспечения здорового роста. Она возрастает и при беременности и грудном вскармливании. Есть также подгруппы, которым повышенное потребление может приносить больше пользы: спортсмены, самостоятельно живущие пожилые люди и люди с ожирением на диете для снижения веса.

На основании оценок образования мочевины и небольших экспериментальных исследований допустимый верхний предел потребления белка у взрослых составляет 3,5 грамма на килограмм в день, например 280 граммов для взрослого весом 80 килограммов. Однако из-за многочисленных неблагоприятных эффектов следует избегать уровней выше 2 граммов на килограмм в день. Потребление ниже примерно 0,4–0,5 грамма на килограмм у взрослых ведёт к атрофии мышц и функциональным нарушениям. Приемлемый диапазон распределения белка выражают в процентах общей энергии; для всех старше 3 лет он составляет 10%–35%.

В 2015–2018 годах примерно 6% американцев старше 1 года потребляли мало белка. Это чаще встречалось в некоторых подгруппах, например у людей от 71 года, латиноамериканцев и чернокожих американцев. Повысить потребление белка непросто: содержащие его продукты обычно включают и другие макро- и микронутриенты. Богатую белком пищу часто едят в составе смешанных блюд, например мясных сэндвичей и кебабов, с высоким содержанием насыщенных жиров и натрия. Людям на исключительно растительном питании следует особенно внимательно относиться не только к качеству белка, но и к витаминам B12 и D, кальцию, железу, цинку и йоду.

Жиры

Жир в организме человека почти полностью представлен триглицеридами с глицериновым каркасом и тремя присоединёнными жирными кислотами. Насыщенные жирные кислоты не имеют двойных связей, происходят из животных источников и обычно твёрдые при комнатной температуре. Ненасыщенные кислоты содержат двойные связи и имеют два геометрических изомера: cis, когда оба атома водорода у двойной связи расположены с одной стороны углеродных атомов, и trans, когда они находятся по разные стороны. Cis-ненасыщенные кислоты могут иметь одну двойную связь — мононенасыщенные — или несколько — полиненасыщенные; они происходят из растительных источников и при комнатной температуре жидкие.

В начале 20-го века считалось, что жир в форме триглицеридов служит компактным источником пищевой энергии и переносчиком жирорастворимых витаминов. В 1929 году George и Mildred Burr обнаружили, что линолевая и альфа-линоленовая кислоты необходимы для роста и предотвращения симптомов дефицита в мышиной модели. Позднее эти незаменимые полиненасыщенные кислоты n-6 и n-3 определили как предшественники широкого круга биоактивных липидов, участвующих во многих функциях.

Помимо линолевой кислоты, полиненасыщенная кислота n-6 арахидоновая может становиться условно незаменимой, когда её синтез из линолевой кислоты путём десатурации и удлинения цепи ограничен. Она является предшественником многих эйкозаноидов — простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов, — участвующих в ауто- и паракринных, иногда эндокринных функциях и оказывающих широкое физиологическое действие.

Незаменимая полиненасыщенная кислота n-3 альфа-линоленовая служит предшественником эйкозапентаеновой (EPA) и докозагексаеновой (DHA) кислот. Эти две полиненасыщенные кислоты n-3 важны для синтеза медиаторов воспаления, внутриклеточной передачи сигналов, экспрессии генов и структуры клеточных мембран. Более высокие уровни EPA и DHA связаны с меньшим сердечно-сосудистым риском, но сила этих эффектов ещё изучается. Среди распространённых растительных масел хорошими источниками альфа-линоленовой кислоты служат льняное, соевое и рапсовое. Жирная рыба, например лосось и сельдь, и рыбий жир богаты EPA и DHA. Люди не способны превращать альфа-линоленовую кислоту в EPA и DHA.

Дефицит одной или обеих незаменимых жирных кислот редок: эти кислоты и их промежуточные продукты обильны в западном рационе и сохраняются в жировых запасах при липолизе. Кислоты n-6 и n-3 конкурируют за одни и те же ферменты-десатуразы, регулирующие синтез арахидоновой кислоты, EPA и DHA. Уровни адекватного потребления незаменимых полиненасыщенных жирных кислот определены для разных этапов жизни.

Мононенасыщенные жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и особенно миелина нервной ткани. Основная такая кислота в пище и тканях — олеиновая. Она содержится в оливковом, рапсовом, арахисовом и кунжутном маслах, а также животных жирах. Насыщенные кислоты, например стеариновая и пальмитиновая, не являются незаменимыми. Основные источники — животные продукты, такие как цельные молочные продукты и жирное мясо, а также тропические масла, включая кокосовое и пальмоядровое. Эти кислоты повышают общий холестерин и холестерин липопротеинов низкой плотности (LDL), увеличивая сердечно-сосудистый риск.

Трансжирные кислоты — ненасыщенные кислоты, поступающие с мясом жвачных животных и молочными продуктами либо образующиеся при промышленной частичной гидрогенизации жидких масел в полутвёрдые или твёрдые жиры. Трансжиры связаны с повышением общего холестерина и холестерина липопротеинов низкой плотности, а также сердечно-сосудистого риска. В США пищевые компании обязали удалить частично гидрогенизированные масла из продукции к 2018 году, что значительно уменьшило содержание промышленных трансжиров в пищевом предложении.

Холестерин

Холестерин не обязательно получать с пищей, но этот липид важен для текучести клеточных мембран и служит предшественником стероидных гормонов, желчных кислот и витамина D. Представления о роли пищевого холестерина в развитии сердечно-сосудистых заболеваний со временем менялись. Отчасти потому, что его самостоятельное влияние трудно отделить от других пищевых жиров и углеводов. Сокращение насыщенных жиров и здоровый рацион с фруктами, овощами, цельнозерновыми, нежирными или обезжиренными молочными продуктами, нежирными источниками белка, орехами, семенами и растительными маслами обеспечивают поступление холестерина ниже уровней, предположительно повышающих сердечно-сосудистый риск.

Все клетки, кроме эритроцитов и клеток центральной нервной системы, могут окислять длинноцепочечные жирные кислоты из пищевых триглицеридов для получения энергии. Для младенцев 0–12 месяцев установлены уровни адекватного потребления общих жиров, но для пожилых людей рекомендуемая суточная норма или адекватное потребление не предлагаются. Приемлемый диапазон распределения жиров на разных этапах жизни составляет 20%–40% энергии.

Таблица 1: Значения — среднее поступление питательных веществ из пищи и напитков на человека от 20 лет в допандемийный период с 2017 по март 2020 года.

Диетологические рекомендации для американцев 2020–2025 советуют с 2 лет получать из насыщенных жиров менее 10% суточных калорий. В США в 2015–2018 годах менее четверти населения сообщили, что соблюдают рекомендованный уровень менее 10%. С 2017 по март 2020 года у людей от 20 лет среднее потребление насыщенных жиров составляло 12%, а общих жиров — 38%. Эти значения превышают верхнюю границу приемлемого диапазона для данной возрастной группы — 35%. Более здоровые модели питания, рекомендованные Министерством сельского хозяйства и Министерством здравоохранения и социальных служб США, содержат меньше насыщенных (8%) и общих жиров (32%) и больше полиненасыщенных кислот n-6 и n-3. Насыщенные жиры следует заменять полиненасыщенными или мононенасыщенными, а не рафинированными углеводами и сахарами. Уменьшить их потребление также помогают приготовление на пару или отваривание вместо жарки, удаление видимого жира с мяса, выбор нежирных молочных продуктов и мяса и сокращение сладостей и сладких перекусов.

Хотя ограничение насыщенных жиров широко поддерживается, конкретные их источники с разными химическими свойствами и возможным атерогенным действием ещё обсуждаются. Кардиометаболические эффекты определяются химическими взаимодействиями питательных и непитательных компонентов пищи. Например, высокое потребление насыщенных жирных кислот из сыра слабее повышает холестерин липопротеинов низкой плотности, чем сходное количество из сливочного масла. Пищевые источники насыщенных жиров и их связь с сердечно-сосудистым риском изучает консультативный комитет Диетологических рекомендаций для американцев 2025–2030.

Углеводы

В питании человека имеются две основные усвояемые формы углеводов, обеспечивающие клетки энергией: сахара и крахмалы. Сахара естественно присутствуют во фруктах, преимущественно как сахароза. Лактоза — дисахарид молочных продуктов. Крахмалы — полисахариды, вырабатываемые всеми зелёными растениями; основные пищевые источники — картофель, рис, кукуруза и пшеница. При обработке добавляют столовый сахар, декстрозу, коричневый сахар, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, тростниковый сироп и мёд. Высокое потребление сахара связано с избытком энергии, низким качеством питания, прибавкой веса и ожирением.

Таблица 2: Референсное потребление белков, жиров, углеводов, клетчатки и воды для всего рациона. (Н/Д: не определено; RDA: рекомендуемая суточная норма; AMDR: приемлемый диапазон распределения макронутриентов.)

В обычных условиях эритроциты и, в меньшей степени, нейроны человеческого мозга полагаются только на глюкозу как источник энергии. Потребности в углеводах на этапах жизни начиная с 1 года выведены из среднего минимального окисления глюкозы мозгом. Приемлемый диапазон углеводов для людей от 1 года — 45%–65% общей энергии. Диетологические рекомендации для американцев 2020–2025 советуют избегать добавленных сахаров до 2 лет, а после 2 лет ограничивать их менее чем 10% суточных калорий. В 2013–2016 годах американцы от 1 года в среднем потребляли из добавленных сахаров 266 kcal в день, или 13% энергии. Рекомендованный порог 10% превышали более 70% детей и подростков 5–18 лет и более 50% взрослых. Напитки с добавленным сахаром, кроме кофе и чая, составляли примерно четверть общего сахара в рационе американцев от 2 лет.

Клетчатка — естественные съедобные части растительных углеводов и неперевариваемых компонентов, например лигнина. Функциональной клетчаткой называют выделенные, экстрагированные или синтетические неперевариваемые углеводы с доказанной пользой для здоровья. Общее потребление клетчатки — сумма пищевой и функциональной. Более высокое поступление пищевой клетчатки связано с регулярной работой кишечника и лучшим гликемическим контролем. Рандомизированные исследования связали наиболее высокое потребление с меньшими массой тела, холестерином сыворотки и систолическим давлением, а наблюдательные показали снижение частоты некоторых распространённых неинфекционных заболеваний и связанных с ними смертей на 15%–30%.

Микроорганизмы толстой кишки анаэробно ферментируют пищевую клетчатку, образуя короткоцепочечные жирные кислоты. Это полезный метаболический процесс в контексте таких заболеваний, как диабет типа 2. Цельнозерновые, фрукты и овощи богаты клетчаткой и дают другие важные микронутриенты.

Рекомендации по клетчатке для этапов жизни от 1 года учитывают её защитное влияние на сердечно-сосудистый риск. В 2017–2020 годах американцы от 20 лет в среднем потребляли 17 граммов клетчатки в день — около половины рекомендуемого адекватного количества и значительно ниже оптимального уровня 25–29 граммов в день. Адекватное потребление связано с меньшим риском широкого круга неблагоприятных исходов. Среди американцев от 1 года 94% не достигают адекватного уровня клетчатки для своего этапа жизни.

Ранние диетологические рекомендации: углеводы

Ранние рекомендации сосредоточивались на общем количестве углеводов и разделении на простые и сложные. Сегодня эту классификацию пересматривают. Всё больше данных показывают, что продукты с естественными и добавленными сахарами имеют разные метаболические эффекты. Добавленные сахара повышают риск различных неинфекционных заболеваний.

Качество источников углеводов связано с их типом, перевариваемостью и количеством клетчатки. Количество и качество углеводов теперь считают независимыми определяющими факторами таких заболеваний, как диабет типа 2.

От макронутриентов к здоровому рациону

В десяти группах жизненных этапов различаются энергетические потребности, потребность в трёх главных макронутриентах и множестве микронутриентов. Вместе с особыми группами, например беременными и кормящими людьми, это усложняет рекомендации для пациентов с разными финансовыми возможностями, предпочтениями, культурным происхождением и этническими пищевыми привычками. Основные рекомендации по энергии и макронутриентам здорового рациона обобщены в таблице 3. Диетологические рекомендации для американцев 2020–2025 — превосходный источник подробных советов для этапов жизни от рождения до старости.

Пациенты с хроническими заболеваниями, связанными с питанием, например ожирением, сердечно-сосудистыми заболеваниями или диабетом типа 2, могут использовать эти рекомендации прежде всего для уменьшения симптомов и сопутствующих болезней. При сложных пищевых потребностях следует рассмотреть консультацию квалифицированного диетолога или специалиста по питанию.

Заключение

Количество и структура потребляемой пищи — главные определяющие факторы роста и поддержания здоровья на протяжении жизни. Макронутриенты обеспечивают энергией и поддерживают эти процессы. Понимание их тонких эффектов важно для эффективной помощи всем пациентам, особенно растущему числу людей с заболеваниями, в патофизиологии которых пищевые компоненты играют ключевую роль.