04. Витамины

Вступительное слово

Корову (с точки зрения того, как её использует человек) можно назвать химической машиной, которая «превращает» сено в молоко.

Человек ест разные продукты, из которых организм получает материалы для строительства клеток и тканей (например, эмали для зубов). Но в еде всего этого нет.

Человек — тоже химическая машина, которая расщепляет поступающие вещества и собирает их заново в нужном для своей работы виде.

Основную часть нашей пищи (углеводы, жиры и белки) организм использует как материал для производства энергии и биосинтеза.

Но наша химическая машина несовершенна: есть вещества, без которых невозможно её существование, но которые она не умеет производить самостоятельно.

Витамины (от vita — жизнь) — важные элементы, которые поступают в наш организм вместе с едой. Они играют роль катализаторов (ускорителей) разнообразных биохимических реакций.

Поскольку катализаторы в реакциях не расходуются, витаминов организму нужно совсем немного (милли- или даже микрограммы в сутки). Они нужны в очень небольших количествах, но если какое-то время они не поступают в организм человека, это становится заметно по проявлениям различных болезней. Выпадение волос, кровоточивость дёсен, боли в суставах, потеря зрения — это лишь малая часть того, чем опасно отсутствие витаминов в рационе человека.

Итак, витаминов нужно мало, а на выполнение своих функций они не расходуются. Почему бы тогда не запасаться ими впрок, например, летом, когда витаминов много в свежих продуктах? Дело в том, что витамины постоянно выводятся из организма или разрушаются. Поэтому они должны поступать в организм пусть и в небольших количествах, но регулярно.

Витамины. Классификация

Витамины — это различные органические соединения, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма.

Формулировка довольно расплывчатая, поэтому постоянно идут дискуссии о том, считать то или иное вещество витамином или нет. Сейчас учёные относят к витаминам 13 веществ. Но так как любая классификация условна и имеет определённые границы применимости, в разных источниках могут приводиться и другие данные.

Договорились относить к витаминам вещества, которые обладают такими свойствами:

• они жизненно необходимы для человека;

• наш организм не производит их в достаточных количествах или не производит вообще;

• нашему организму их нужно совсем немного (поэтому витамины относят к микроэлементам).

Практически все витамины наш организм не умеет синтезировать, то есть они должны поступить в него в «готовом» виде. Исключением является, например, витамин D, который синтезируется в организме под воздействием ультрафиолетового излучения (поэтому важно проводить достаточно времени на свежем воздухе). Но это исключение условно, так как получается он из своего «предшественника», витамина D3, который должен оказаться в организме вместе с едой. Похожая ситуация (несмотря на другой механизм самого процесса) и с витамином А, который наш организм умеет получать из бета-каротина.

А вот витамин С (который многим известен под названием «аскорбинка») человеческий организм синтезировать не умеет. Мы получаем его только из пищи в готовом виде. Хотя практически все млекопитающие (например, крысы, кошки или собаки) умеют синтезировать его самостоятельно.

У нас в организме тоже есть необходимый для этого ген, но в ходе эволюции он был заблокирован ещё у наших предков — обезьян. Эта мутация оказалась относительно безвредной: обезьяны получали достаточное количество витамина С в своём рационе.

Для каждого витамина определена его ежедневная потребность для здорового человека — норма потребления, которая уточняется в зависимости от пола и возраста.

Таблица 1. Жирорастворимые витамины

Таблица 2. Водорастворимые витамины

Как видно, витамины делят на водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые витамины не могут долго сохраняться в организме человека, состоящем в основном из воды и постоянно обменивающемся водой с окружающей средой (витамин может «вымываться» из организма). Следовательно, довольно легко может возникать недостаток какого-нибудь из водорастворимых витаминов, поэтому для этих витаминов особенно важно соблюдение регулярности потребления. С другой стороны, благодаря водорастворимости практически не возможен гипервитаминоз, то есть переизбыток витаминов этой группы.

Жирорастворимые витамины задерживаются в организме дольше, так как могут накапливаться в жировой ткани. Соответственно, недостаток (гиповитаминоз) может развиться только при недостаточном поступлении жирорастворимого витамина с пищей, а гипервитаминоз такого витамина может оказаться опасным для здоровья.

Водорастворимыми являются витамин С и витамины группы B, жирорастворимыми — витамины A, D, E, K.

Витаминов бывает мало, а бывает и много

Нарушения, приведённые в последних столбцах таблиц 1 и 2, имеют разную тяжесть (от лёгких недомоганий до смертельных заболеваний). Тяжесть нарушения зависит от степени дефицита: от небольшого гиповитаминоза отдельного витамина до авитаминоза сразу нескольких витаминов.

Сейчас тяжёлые авитаминозы очень редко наблюдаются в развитых странах, потому что в рационе питания их жителей все витамины содержатся в достаточных количествах. Проблемы могут возникать только у отдельных людей в зимний период, когда в продуктах меньше витаминов, при некоторых диетах (например, вегетарианство), при болезнях органов пищеварения и так далее. Эти проблемы обычно легко решаются применением витаминных препаратов, содержащих искусственно производимые витамины.

В слаборазвитых странах дело часто обстоит совсем не так. Стихийные бедствия, неурожаи, бедность, голод и тому подобное могут приводить к авитаминозам, причем к массовым, когда значительная часть населения испытывает острый дефицит витаминов.

Рассмотрим несколько примеров.

Отсутствие витамина С в пище приводит к серьёзному заболеванию — цинге (сыпь, кровоточивость дёсен, выпадение зубов и так далее). Цинга описывается во многих литературных произведениях, чаще всего в тех, где идёт речь о морских походах. Борьба с ней даже привела к тому, что английских моряков стали называть «лимонниками».

Раньше условия службы на флоте были весьма суровыми, а питание отличалось однообразием. Холодильников не было, поэтому приходилось запасаться продуктами, которые могли храниться долго при относительно высокой температуре: солонина, сухари. Свежие фрукты, овощи и мясо моряки получали только при заходе в порт, но их хватало ненадолго.

Проблема решилась только тогда, когда заметили, что на кораблях, где употребляют цитрусовые (лимоны, апельсины), цинга распространена гораздо меньше. На английских кораблях лимоны стали добавлять практически во все блюда, за что моряки и получили своё обидное прозвище.

Проявления нехватки витаминов могут быть разными. Например, если детям не хватает витамина D, они будут плохо расти. Особенно эта проблема актуальна для районов и стран, в которых мало солнечных дней.

Какие ещё болезни могут быть вызваны недостатком витаминов? К примеру, болезнь бери-бери впервые была обнаружена у жителей Юго-Восточной Азии, в тех странах, где основу питания составлял шлифованный (очищенный от отрубей) рис. Выяснилось, что при такой диете в пище практически не было витамина B1 (тиамина), который содержится в оболочках семян зерновых культур. При авитаминозе B1 происходит поражение нервных тканей. Если поражаются длинные нервы конечностей, то возникает бери-бери, при которой развиваются параличи, происходит атрофия мышц и тому подобное. При поражении нервов головного мозга возникает психоз (синдром Вернике-Корсакова).

Пеллагра — это авитаминоз B3 (никотиновой кислоты). Витамин B3 содержится во многих животных и растительных продуктах, кроме того, он может синтезироваться в организме из триптофана — аминокислоты, которой много в молоке и яйцах. Поэтому дефицит этого витамина развивается только при очень однообразной диете, когда основной продукт питания не содержит витамина B3. Так в прошлом было в Ирландии, где в XVIII–XIX веках основным продуктом был картофель, и на юге Европы и Северной Америки, где питались в основном кукурузой. При пеллагре поражается кишечный тракт, кожа, а в тяжёлых случаях возникают нарушения психики, галлюцинации, слабоумие. Лечится пеллагра большими дозами витамина B3.

Куриная слепота — это снижение способности различать цвета, что является проявлением дефицита витамина A, основными источниками которого являются продукты животного происхождения. В голодные годы куриная слепота бывала у многих людей, а без лечения куриная слепота может приводить к потере зрения. К счастью, в растительных продуктах присутствует жёлто-оранжевый пигмент бета-каротин (карота — морковь), из которого в организме образуется витамин A. Поэтому куриную слепоту в незапущенных случаях можно вылечить обычной морковью, как в поэме Маяковского.

«Врач наболтал —

чтоб глаза глазели,

нужна теплота,

нужна зелень.

Не домой, не на суп,

 а к любимой в гости

две морковинки несу

за зелёный хвостик».

В. В. Маяковский «Если я чего написал»

Различают три вида заболеваний, которые связаны с количеством витаминов, поступающих в организм: а-, гипо- и гипервитаминоз. Соответственно: отсутствие, недостаток и переизбыток витаминов в рационе человека.

Может показаться удивительным, что избыток витаминов тоже приводит к проблемам. Вспомним, что витамины человеку нужны в микроколичествах. Съесть столько еды, чтобы «отравиться» витаминами, крайне сложно (как вариант — за один раз употребить печень моржа). Но в аптеке витамины продаются в любом количестве — можно купить хоть килограмм. Поэтому использовать витамины в качестве добавок нужно осторожно. Желательно проконсультироваться с врачом, чтобы определить необходимую дозу и длительность приёма, а также подходящий именно вам вид витаминов.

Чем грозит передозировка витаминов? Избытка витамина С добиться достаточно сложно (как мы помним, водорастворимые витамины хорошо растворяются в воде и быстро выводятся из организма естественным образом), а вот излишнее поступление витамина А может привести к сыпи, расстройствам ЖКТ, слабости, сонливости, ломоте в суставах и так далее. При этом бета-каротином, из которого наш организм умеет получать витамин А, «отравиться» практически невозможно (так что вегетарианцам гипервитаминоз витамина А не грозит). Это связано с тем, что из 12 молекул бета-каротина только одна идёт непосредственно на производство витамина А.

Витамины в продуктах питания

Что делать, если человеку не хватает того или иного витамина? Для каждого из них составлены специальные таблицы с продуктами. Например, витамин А — яйца, молоко, печень; витамин В — помидоры, картофель, бананы; витамин С — сладкий перец (вопреки распространённому мнению, в некоторых овощах витамина С содержится больше, чем в цитрусовых), лимоны, апельсины, киви и так далее.

Таблица 3. Содержание витаминов в продуктах питания

Приведённые данные о содержании витаминов в продуктах относятся к сырым или свежеприготовленным продуктам. Даже если сам продукт не портится, то есть остаётся пригодным для использования в питании, количество витаминов в нём уменьшается при длительном хранении за счёт их разрушения, окисления и тому подобного.

Разрушение или окисление витамина в продукте — это некоторые химические реакции, скорость которых, как мы знаем, зависит от температуры.

Поэтому хранение продуктов в холодильнике позволяет сохранить в них витамины в течение нескольких дней (недель для некоторых продуктов). В замороженном состоянии (при температуре около –20 °С) продукты могут сохранять свои полезные свойства годами. Правда, для этого нужно строгое соблюдение технологии: быстрое замораживание, медленное размораживание, недопущение повторного замораживания и так далее. Конкретные параметры (температура, длительность, скорость технологических процессов) определены для большинства пищевых продуктов.

Другие способы длительного сохранения полезных свойств — консервирование и пастеризация продуктов.

Консервирование — это способ обработки продуктов, который препятствует их контакту с кислородом, то есть предохраняет составляющие продукт вещества, в частности витамины, от окисления.

Пастеризация — это процесс, разрушающий содержащиеся в исходном продукте микроорганизмы, которые могли бы размножаться в нём и использовать составляющие продукт вещества, в частности витамины, в своей жизнедеятельности, что мы воспринимаем как гниение, скисание, образование плесени и тому подобное.

Таким образом, замороженные и консервированные овощи являются хорошей альтернативой свежим сезонным овощам (особенно в тех регионах, где свежие овощи не растут и их приходится везти издалека).

Чтобы гарантировать рекомендованные нормы потребления витаминов, некоторые продукты, например детские питательные смеси, крупы, молочные продукты и другие, обогащают витаминами.

В частности, можно добавить в рацион кисломолочные продукты, дополнительно обогащённые кальцием и витамином D, которые способствуют укреплению костей и здоровому росту.

В некоторых странах официально установлены нормы содержания витаминов в таких массовых продуктах питания, как мука и молоко. В настоящее время создано генетически модифицированное растение золотой рис, зёрна которого содержат оранжевый пигмент бета-каротин (провитамин А). Это растение может решить проблему дефицита витамина А в ряде африканских стран, где каждый год тысячи детей из-за этого теряют зрение.

На аппетит полагаться нельзя

Учёные занимаются исследованиями оптимального соотношения в рационе продуктов питания, которые позволяют избежать недостатка витаминов. Но люди не всегда могут придерживаться необходимого режима питания. И тогда им на помощь приходят добавки (витамины в чистом виде), которые мы и привыкли называть витаминами. Их можно купить в любой аптеке, они бывают разными. Могут содержать только один витамин, как та же аскорбинка, или сразу все (их так и называют — поливитамины).

Возникает вопрос: а зачем вообще нужны витамины в виде добавок? Ест себе человек и ест — чем больше съел, тем больше витаминов в организме оказалось.

Аппетит — это эволюционный механизм, который возник очень давно. Но полагаться на него в плане контроля поступления витаминов нельзя.

Легко утолить голод, съев что-то очень калорийное (бутерброды, шоколад, пицца). Но витаминов нашему организму такое питание практически не добавит. То есть аппетит и чувство голода — это, скорее, индикаторы энергетического благополучия нашего организма.

На ранних этапах развития человечества этого было достаточно. Мы были гораздо активнее: приходилось много двигаться, чтобы заботиться о своём пропитании. И дневная норма калорий, необходимая человеку, была существенно выше (около 3500 калорий, что в 1,5 раза больше, чем сейчас). То есть нам нужно было гораздо больше еды, из которой в наш организм поступало достаточное количество витаминов. По мере уменьшения физической активности уменьшался и объём потребляемой пищи, что, естественно, привело к снижению количества витаминов в рационе, хотя потребность в них практически не изменилась.

Эту проблему можно решать двумя способами, о которых мы уже говорили: или употреблять в пищу менее калорийные, но богатые витаминами продукты, или добавлять в еду недостающие витамины в «чистом» виде (различные витаминные комплексы), не увеличивая при этом калорийность рациона.

Выделять химически чистые витамины из продуктов питания, чтобы затем их использовать для оптимизации диеты или с лечебными целями, нецелесообразно. Такие витамины будут очень дорогими. В настоящее время разработаны промышленные технологии получения химически чистых индивидуальных витаминов на основе химического, а чаще микробиологического синтеза.

Из промышленно синтезируемых витаминов составляют аптечные витаминные препараты. Обычно это комплексные препараты, то есть содержащие набор из нескольких витаминов в определённых дозах. Часто комплексный витаминный препарат содержит все 13 витаминов и основные микроэлементы в дозировках, равных дневным потребностям. Регулярный приём таких препаратов гарантирует поступление в организм необходимого количества всех витаминов. Но поскольку витамины поступают в организм и в составе обычной пищи, нормы потребления витаминов оказываются превышенными.

Знаменитый химик (дважды лауреат нобелевской премии) Лайнус Полинг рекомендовал принимать по 1 г витамина С в день (в 10 раз больше дневной потребности!) для профилактики и лечения простудных заболеваний. Очень многие люди уже много лет следуют этой рекомендации без всякого вреда для своего здоровья, но простужаются они по-прежнему. С жирорастворимыми витаминами нужно быть осторожней.

Существует мнение, что витамин E способствует улучшению состояния кожных покровов. Многие даже называют его витамином красоты. На самом деле витамин Е может исправить только те кожные нарушения, которые вызваны дефицитом этого витамина. Регулярный приём витамина Е в дозировках, превышающих дневную потребность в несколько раз, может оказаться опасным, так как жирорастворимые витамины могут накапливаться в организме. Поэтому следует помнить, что витамины не являются лекарством, это компоненты питания. Принимать их в дозировках, в разы превышающих дневную потребность, опасно.

Природа заботится о популяции, а не о каждом человеке

Основную задачу любой популяции с точки зрения эволюции можно описать так: обеспечить выживание вида в целом. В случае изменений внешней среды часть особей погибает, пока новые поколения не приспособятся к новым условиям.

Человек стал исключением из этого правила, когда начал менять внешние условия под себя. Мы придумали тёплую одежду, чтобы расселиться в холодных краях; изобрели лекарства, чтобы лечиться от болезней, и так далее. Продолжительность жизни наших ближайших родственников, обезьян, около 30 лет. Мы значительно увеличили этот срок благодаря развитию культуры и техники.

Сейчас в нашем фокусе внимания человек и забота о нём. Мы стараемся, чтобы каждый прожил как можно дольше и меньше страдал от различных болезней. Поэтому учёные работают над тем, чтобы помочь людям справиться с изменениями как в окружающей среде, так и в их собственном образе жизни.

Сбалансированный рацион, советы по правильному и здоровому питанию, витаминные добавки — всё это наши приспособления, которые позволяют людям прожить долго и минимизировать риск возникновения описанных нами болезней.

Список литературы

1. Пасечник В. В., Каменский А. А., Швецов Г. Г. Биология. 8 кл.: учебник (УМК «Линия жизни» / под ред. В. В. Пасечника). —М.: Изд-во «Просвещение», 2021.

2. Сонин Н. И., Сапин М. Р. Биология: Человек. 8 кл.: учебник. — М.: ДРОФА, 2018.

3. Драгомилов А. Г., Маш Р. Д. Биология. 8 кл.: учебник. — М.: ВЕНТАНА-ГРАФ, 2019.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «sbio.info» (Источник)

2. Интернет-портал «claw.ru» (Источник)

3. Интернет-портал «xumuk.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Во время последней экспедиции великого мореплавателя и землепроходца Витуса Беринга его корабль попал в череду сильных штормов. Судно вынесло на берег необитаемого острова. Команда была вынуждена остаться там на зимовку. Моряки жили в землянках, питались сухарями, засоленной и вяленой пищей. Их силы таяли с каждым днём из-за сильного холода, а у некоторых ещё и из-за мучительного заболевания. У пострадавших воспалялись и кровоточили слизистые оболочки и дёсны, выпадали зубы, ощущалась невыносимая боль в мышцах и распухших суставах, под кожей лопались сосуды. Через 10 дней после высадки на остров Беринг умер (в декабре 1741 г.), смерть унесла и большую часть его команды. Болезнь называли «болезнью путешественников», от неё погибало больше моряков, чем от всех морских сражений. Её причины в ту пору не были известны. Какова причина этого заболевания? Как называется сейчас это заболевание?

2. Как следует готовить пищу, чтобы сохранить в ней как можно больше витаминов?

3. С какой целью выпускаются витаминные препараты?