Общие вопросы / Субстраты, используемые в парентеральном и энтеральном питании

Белки и аминокислоты

P. Furst

Цели обучения

  • Охарактеризовать основные метаболические превращения аминокислот в организме.
  • Знать белковые и аминокислотные потребности в процессе нутриционной поддержки.
  • Объяснить разницу между заменимыми и незаменимыми аминокислотами.
  • Охарактеризовать специфические функции некоторых аминокислот.

Название протеина произошло от греческого слова «proteno», что означает «первый». Протеины связаны со всеми формами жизни. Если оглянуться в прошлое, то следует сказать, что первоначальную идентификацию белка как класса осуществил Mulder в 1838 г. Философ Энгельс определил жизнь как форму существования белковых тел. Действительно, каждая клетка в организме частично состоит из белков, включенных в непрерывный цикл обмена веществ.

Источники и химическая природа

Животные белки могут быть разделены на два вида: фибриллярные и глобулярные. Фибриллярные белки обнаружены в кожных и опорных тканях. Кератин является главным белком волос, коллаген – соединительной ткани, фибрин – сгустков крови, миозин – мышц. Глобулярные белки найдены в жидких тканях, казеиноген – в молоке, альбумин – в яичном белке, альбумины и глобулины крови являются важными питательными глобулярными белками.

Растительные белки не так легко классифицируемы, но, вообще говоря, большинство из них представляют глутелины и проламины. Глутелины включают глютенин из пшеницы, горденин из ячменя и орзенин из риса. Типичными проламинами являются глиадин из пшеницы и зеин из кукурузы.

Аминокислоты – строительные кирпичики белков

Белки состоят из больших молекул с молекулярной массой от 1000 Дальтон до более чем 1000 000 D. Они могут быть расщеплены с помощью гидролиза на простые элементы – аминокислоты. Все аминокислоты характеризуются наличием карбоксильной (СООН) группы с кислотными свойствами и амино(NH2)группы с основными свойствами, прикрепленных к одному и тому же атому углерода; остаток молекулы у различных аминокислот варьирует. В биологических материалах обнаружено 20 аминокислот. Аминокислоты связаны друг с другом в молекуле белка пептидной связью, в которой основная (амино) группа одной аминокислоты связывается с карбоксильной группой другой аминокислоты, при этом освобождается молекула воды. Любые две аминокислоты могут быть соединены такой связью, образуя часть пептидной цепочки, и любая аминокислота может встречаться в различных количествах и в различных положениях в цепи. Каждый вид животного имеет свои характерные белки. Последовательность аминокислот в белках дает каждому виду его специфические иммунологические характеристики и уникальность.

Незаменимые аминокислоты

В соответствии с классическим определением W. Rose, организм взрослого человека может поддерживать азотистое равновесие на смеси восьми чистых аминокислот в качестве единственного источника азота. Это – изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин.

Некоторые аминокислоты являются незаменимыми при определенных условиях:

  • Для растущих младенцев необходим гистидин.
  • Для недоношенных младенцев перед рождением и сразу после рождения незаменимой аминокислотой считается тирозин.
  • При заболеваниях печени в связи с пониженной транссульфурирующей активностью потребность в цистеине не может быть удовлетворена. Таким образом, цистеин считается условно незаменимой кислотой.
  • При хронической почечной недостаточности показатель концентрации тирозина и пропорция тирозин / фенилаланин стойко удерживаются на низких значениях из-за снижения интенсивности окислительной реакции, результатом которой является превращение фенилаланина в тирозин (за счет частичного ингибирования фенилаланингидроксилазы).

Использование в нутриционной поддержке некоторых из этих аминокислот в их нативной форме может вызывать трудности. Цистеин быстро окисляется, образуя с самим собой димер, который очень плохо растворим (0,1 г/л). В кислой среде происходит восстановление сульфгидрильной группы и образование Н2S. Из-за низкой растворимости тирозина в водных растворах (0,3 г/л) он не применяется в клинической практике.

В будущем хорошо растворимые синтетические дипептиды, содержащие цистеин и тирозин, могут позволить обеспечить адекватное питание в широкой клинической практике. Таурин считается необходимым субстратом и мощным антиоксидантом в процессе катаболического стресса и уремии.

Различные аминокислоты с новыми характеристиками были разнообразно описаны как условно незаменимые нутриенты, функциональные нутриенты и приобретенно незаменимые нутриенты. Grimble предполагает, что, несмотря на используемые определения, окончательные выводы о полезности незаменимой аминокислоты могут быть сделаны на основе анализа клинических и нутриционных эффектов. В соответствии с более общим положением «возможное и полезное направление могло бы сделать больший упор на метаболический контроль и регуляцию с его помощью функций тканей, органов и нутриционного статуса». Это определение дает возможность предположить, каким образом можно использовать некоторые метаболические характеристики веществ для дифференциации различных питательно значимых аминокислот. Это также будет означать, что диетическая незаменимость данной аминокислоты зависит от соотношения резервов и потребностей; различие между «заменимыми» и «незаменимыми» аминокислотами в значительной степени исчезает в зависимости от условий.

Метаболизм аминокислот

Аминокислоты, которые представлены в организме, могут быть разделены на три категории в зависимости от их отношения к метаболическим реакциям:

  1. Часть свободных аминокислот включается в тканевые белки. Вследствие распада белка эти аминокислоты возвращаются в пул свободных аминокислот через различные периоды времени и таким образом становятся пригодными для повторного использования в синтезе белка или в катаболических процессах.
  2. Часть свободных аминокислот подвергается катаболическим реакциям. Этот процесс приводит к потере углеродного скелета в виде СО2или к его отложению в виде гликогена и жира, тогда как азот выводится с мочой.
  3. Некоторые аминокислоты используются для синтеза таких новых азотсодержащих соединений, как пуриновые основания, креатин, адреналин и т. д. В основном они постепенно расщепляются без возвращения конечных продуктов в пул свободных аминокислот (например, пурины распадаются до мочевой кислоты, креатин – до креатинина, адреналин – до ваниллилманделиновой кислоты и т. д.). Кроме того, заменимые аминокислоты образуются в организме с использованием аминогрупп, полученных из других аминокислот и углеродных скелетов, образующихся в обычных для метаболизма промежуточных реакциях.

Существование сложной сети метаболических путей ясно демонстрирует, что аминокислоты не только используются в качестве строительных элементов белка, но и служат предшественниками биосинтеза ряда важных биологических и физиологических соединений. Метаболические продукты и специфические функции аминокислот приведены в табл. 1.

Таблица 1. Метаболические продукты и специфические функции аминокислот

АминокислотаПродуктФизиологическая функция
Глутаминовая кислота
Глутамин

g
-Аминомасляная кислота (ГАМК)
Переносчик азота
Предшественник глутатиона
Метаболический субстрат
Компонент клетки
(особенно в мозге)
Медиатор
Аспарагиновая кислотаПиримидиновые
основания
Компоненты нуклеиновой
кислоты и нуклеотида
ГлицинПуриновые
основания
Порфирин

Креатин
Гиппуровая кислота
Конъюгированные желчные кислоты
Компоненты нуклеиновой
кислоты и нуклеотида
Компонент гемоглобина
и цитохрома
Предшественник креатинфосфата
Детоксикация
Необходимы для
переваривания жира
СеринЭтаноламин
Холин
Ацетилхолин
Компонент фосфолипида
Медиатор
ГистидинГистаминПередатчик, антиаллерген,
стимуляция образования
желудочной кислоты
Лизин ОН-лизин
Карнитин
Компонент коллагена
Переносчик жирной кислоты
Цистеин
Таурин
Предшественник глутатиона
Компонент желчной кислоты
Антиоксидант
ТирозинАдреналин
Норадреналины
Тироидный гормон
Меланин
Гормон
Гормон, медиатор
Гормон
Пигменты волос и кожи
ТриптофанСеротонин
Никотиновая кислота
Медиатор
Компонент пиримидинового
нуклеотида
Аргинин
Креатин
Полиамины
Предшественник окиси азота
Предшественник креатинфосфата
Генная экспрессия

Синтез и обмен белка

Открытие общей природы механизма синтеза белка является одним из великих достижений современной науки, сравнимым с изучением открытого космоса. Для получения информации о том, как из смеси аминокислот синтезируются белки, надо обратиться к учебникам по биохимии. В нутриционной практике нарушения синтеза почти всегда обусловлены скорее неадекватностью смеси аминокислот, чем недостатком механизма синтеза. Количество белка, синтезируемого в сутки, зависит от потребностей в нем для роста, образования пищеварительных и других ферментов и для замещения белков, распавшихся в клетках различных тканей. Слизистая тонкого кишечника возобновляется каждые один или два дня. Эритроцит живет около 120 дней. Альбумин плазмы синтезируется со скоростью около 10 г/день, а фибриноген – около 2 г/день.

Азотистый баланс

Общий метаболизм белка в организме можно суммировать с помощью азотистого баланса. Он представляет собой разницу между поступлением азота и его выделением. Разница эта бывает либо положительной (задержка азота, как в случае активного роста), либо отрицательной (потери азота), либо нулевой (азотистое равновесие). Определение азотистого баланса (NB), таким образом, требует точного вычисления потребления (I) и всех путей выведения азота, а именно: через мочевину (U), фекалии (F) и через кожу (S):

NB = I – (U + F + S).

Понятие «азотистый баланс» отражает взаимосвязь между общим поглощением азота организмом и его выведением из него. Но несмотря на это, данное понятие все же остается спорным. Неоднократно было обнаружено, что чем выше потребление белка, тем больше явная задержка азота на грамм веса. Возможными объяснениями этого несовпадения могут быть следующие факторы:

  • Не учитываются иные пути выведения азота, кроме как с мочой и фекалиями (10–20 мг N/кг/день или 0,7 г N/день для человека весом 70 кг).
  • Задержка азота в виде небелкового азота может вызвать ошибочную оценку.
  • Азотистый баланс всегда должен быть правильно скорректирован по общему пулу мочевины.
  • Трудности, связанные со сбором и обработкой мочи и фекалий, хорошо известны в клинической практике.
  • Ошибки в определении задержки азота в организме являются кумулятивными, поскольку введение всегда переоценивают, а выведение – недооценивают.

Важнейшим является вопрос оптимальной продолжительности периодов баланса. Азотистое равновесие может быть достигнуто почти на всех уровнях поглощения выше минимального. Следовательно, азотистое равновесие необязательно означает адекватное снабжение организма аминокислотами, а скорее отражает процессы, связанные с периодом его адаптации к новому режиму питания. Интервал времени, в течение которого может быть достигнут на новых уровнях баланс, является показателем как физиологического состояния организма, так и качества питания. Период от трех до четырех дней может быть адекватным для растущих детей, для взрослых необходима одна неделя.

Азотистый баланс не только становится все более отрицательным по мере уменьшения потребления энергии ниже потребностей организма, но и является даже более предпочтительным в том случае, когда потребление энергии превосходит конкретные нужды больного. Травмы и стресс оказывают влияние на величину азотистого баланса. В периоды рецидивирующих инфекций после травм или хирургических операций повышается выделение азота с мочой, и азотистый баланс становится отрицательным. Это является частью основного катаболического ответа на повреждения, обусловленного возросшей секрецией катаболических гормонов в ответ на травму.

Потребности в белках и аминокислотах

Расчетные минимальные потребности белка в рационе составляют 0,45 г/кг массы тела. В 1985 г. международный комитет, созданный под эгидой Всемирного совета по питанию, Всемирной организации здравоохранения и Организации Объединенных Наций, опубликовал новые данные о безопасном количестве белка, потребляемого человеком. Они предполагают использование незаменимых аминокислот и адекватное энергообеспечение.

Было сделано заключение, что потребности взрослого человека в среднем составляют 0,75 г белка на 1 кг массы тела. Были изучены и белковые потребности других возрастных групп. Расчет суточной белковой потребности для младенца в первый месяц жизни составляет 2,4 г/кг, в течение последующих 6 месяцев эта величина снижается до 1,85 г/кг. После первого года жизни потребности определить труднее, но, по-видимому, они постепенно снижаются с 1,2 г/кг в период от первого до второго года жизни до 0,75 г/кг для взрослого человека. Беременная женщина должна получать ежедневно дополнительно в среднем 6 г белка. В процессе ранней лактации к общему ежедневному количеству белка, рекомендованному для небеременной женщины, должно быть добавлено еще 17,5 г. Во время болезни и выздоровления желателен прием 1–1,5 г/кг, такая доза применима также и для пожилых.

Начиная с младенчества потребности человека в белке и каждой незаменимой аминокислоте постепенно снижаются, причем потребности в незаменимых аминокислотах снижаются интенсивнее. Следовательно, часть общих белковых потребностей, представленных незаменимыми аминокислотами, падает от 43% для младенцев до 36% для детей более старшего возраста и до 19–20% для взрослых. Основываясь на этой информации, следовало бы, видимо, разбавлять яичные и другие высококачественные белки, имеющие избыток незаменимых аминокислот, заменимыми аминокислотами и аммонийными солями и таким образом поддерживать азотистое равновесие.

Таблица 2. Безопасные уровни приема белка, г белка / кг веса тела*
Данные докладов WHO / FAO / UNO, (1985 г.)

Возрастная группа
Мужчины
Женщины
3–6 мес
1,85
1,85
6–9 мес
1,65
1,65
9–12 мес
1,50
1,50
1–2 года
1,20
1,20
2–3 года
1,15
1,15
3–5 лет
1,10
1,10
5–7 лет
1,00
1,00
7–10 лет
1,00
1,00
10–12 лет
1,00
1,00
12–14 лет
1,00
0,95
14–16 лет
0,95
0,90
16–18 лет
0,90
0,80
Взрослые
0,75
0,75
Беременные 
+ 6 г **
Лактация 0–6 мес 
+ 17,5 г **
Кормящие 6 мес 
+ 13 г **

* Некорректно для показателей биологических значений смешанных белков для младенцев и детей, а также для усвояемости во всех группах.

** Общая добавка.

Потребности в белке и аминокислотах при заболевании

Существуют две трудности в определении белковых потребностей при заболевании:

  • некоторые болезни в различной степени влияют на белковые потребности;
  • болезни могут протекать с различной степенью тяжести.

В таких условиях, как лихорадка, переломы, ожоги и хирургические вмешательства, белок тела интенсивно теряется во время острой фазы болезни и должен быть восстановлен в процессе выздоровления. В результате возникают две проблемы: 1) определение нутриционных потребностей в острой фазе заболевания; 2) определение потребностей в процессе выздоровления.

Потери белка при острых заболеваниях могут быть значительными. Имеются различные мнения относительно высокого потребления белка. Однако бесспорной является точка зрения, что такие потери необходимо восполнять в процессе выздоровления. Это отражается в рекомендациях по назначению смеси незаменимых аминокислот истощенным пациентам, аналогичны рекомендации в отношении быстро растущего ребенка.

При некоторых заболеваниях прием белка должен контролироваться. Например, при острой печеночной недостаточности прием надо ограничить, чтобы не допустить развития печеночной комы и уремии, так как в таких состояниях резко снижается способность выделять конечные азотистые продукты. При уремии назначение 0,5 г белка на 1 кг массы тела позволяет пациенту лучше противостоять интеркуррентным инфекциям, чем в случае ранее рекомендованных 0,25 г белка на 1 кг массы тела. Для того чтобы снизить выделяемое уремическими больными количество азота, недавно были предприняты попытки использования препаратов незаменимых аминокислот или не содержащих азот аналогов незаменимых аминокислот (кетоаналоги) для обеспечения некоторых случаев диетической аминокислотной поддержки.

И наконец, мы, заглядывая в будущее, можем применять так называемое специализированное питание, т. е. метод индивидуального подбора специфических субстратов для тканей и органов. Новая концепция фармакологического питания вызвала интерес к проведению нутриционной поддержки в комплексе лечебных мероприятий для истощенных больных с травмой и иммунодефицитом.

Резюме

Аминокислоты не только являются строительными кирпичиками белка, но и служат в качестве предшественников биосинтеза некоторых важных биологических и физиологических соединений. Потребность в белке / аминокислотах здорового молодого взрослого человека составляет 0,75 г/кг массы тела, она предполагает использование аминокислотного раствора первоклассного белка и адекватное энергообеспечение. В течение заболевания и выздоровления, а также для пожилых людей желателен прием 1–1,5 г белка на 1 кг массы тела.

Список литературы

  1. Munro H. N., Crim M. C. The proteins and amino acids. Shils M. E., Young V. R.: Modern Nutrition in Health and Disease. 7th edition. Lea & Febiger, 1988. P. 1.

 

Сайт медицины критических состояний
www.critical.ru
Полное оглавление