Táplálkozás vitaminok ( tétel)

Átírás

1 Táplálkozás vitaminok ( tétel) február 16. Sántha Péter A szervezet energiaforgalmának vázlata Naponta ~ KJ (2500 kcal) Táplálék Fizikai munka Hőtermelés lebontó folyamatok (katabolizmus) ATP felépítő folyamatok (anabolizmus) Végtermékek Strukturális/funkcionális makromolekulák energiaraktárak 1

2 Energia és tápanyagforgalom Naponta ~ KJ (2500 kcal) Táplálék Fizikai munka Hőtermelés lebontó folyamatok (katabolizmus) ATP felépítő folyamatok (anabolizmus) Végtermékek struktúrális/funkcionális makromolekulák energiaraktárak Tápanyagok Makrotápanyagok: Szénhidrátok 17,2 kj/g Fehérjék 17,2 kj/g Zsírok 38,9 kj/g Kémiai energia felszabadítás: Izodinámia: energianyerés szempontjából ez egyes makrotápanyagok helyettesíthetik egymást Max Rubner, Anabolikus folyamatok alapanyag igényének biztosítása: A izodinámia törvénye nem érvényesülhet maradéktalanul (esszenciális táplálék összetevők, szénhidrátok antiketogén hatása, stb.) 2

3 A napi energiaszükséglet fedezése - elméletileg Napi energiaszükséglet: ~ kj/nap (könnyű fizikai munka) Ez fedezhető: 256 g zsírból (310 g vaj), vagy 588 g szénhidrátból (3,4 kg burgonya), vagy 588 g fehérjéből (3 kg lazac), vagy 333 g alkoholból (1 üveg pálinka), vagy 4,5 tábla csokoládéból (450 g) Sarkköri expedíciók: PEMMICAN fehérje és zsírdús táplálék- sarkköri inuit törzsek használták eredetileg 100g ~1600 KJ Traditionally, pemmican was prepared from the lean meat of large game such as buffalo, elk or deer. The meat was cut in thin slices and dried over a slow fire, or in the hot sun until it was hard and brittle. Then it was pounded into very small pieces, almost powder-like in consistency, using stones. The pounded meat was mixed with melted fat with a ratio of approximately 50% pounded meat and 50% melted fat. In some cases, dried fruits such as saskatoon berries, cranberries, blueberries, or choke cherries were pounded into powder and then added to the meat/fat mixture. ( 3

4 További tápanyagok Vitaminok: olyan életfontosságú szerves molekulák, amelyeket a szervezet nem, vagy nem kielégítő mennyiségben képes előállítani. Biológiai hatásuk, de nem energiatartalmuk miatt fontosak. Víz (1,2-2 l/nap) Alap ásványi sók, ionok: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, HPO 4 2- Nyomelemek: életfontosságú elemek (ionok), amelyeket a táplálék és a szervezetünk csak nagyon kis mennyiségben tartalmaz vas, jód, fluor; réz, mangán, cink, szelén, molibdén Fűszerek: illat- és aromaanyagok (neurális reflexek, kefalikus fázis ) Ballasztanyag: a táplálék nem megemészthető része (volumenképzés, abszorpció) Szennyeződések, bomlástermékek: élelmiszeripari kemikáliák, adalékanyagok, stb. Szénhidrátok Mono- és diszaharidok Glukóz (neuronok, vörösvértestek glukóz-dependens sejtek) Szaharóz ( finomított szénhidrát ; édességek, italok) Laktóz (anyatej, tehéntej, tejtermékek) Fruktóz- gyümölcsök, gyümölcslevek Cukoralkoholok (szorbitol, mannitol) egyes gyümölcsök, édesítőszerek, nem metabolizálódnak Oligoszaharidok Dextrinek: pl. kétszersültek, kekszek Poliszaharidok Növényi eredet: keményítő gabonafélék, burgonya, kukorica, rizs, bab fő energiaforrás normál táplálkozás esetén cellulóz rostok ballasztanyag (bélmotilitás, epesav lekötés) Állati eredetű: glikogén Szénhidrát bevitel kontrollja cukorbetegek, elhízás! Glikémiás index/glikémiás terhelés validitás?? 4

5 Fehérjék Szervezet nitrogén (fehérje) egyensúlya kb g/napos fehérje bevitellel tartható fenn (kopási kvóta) A WHO által javasolt napi bevitel azonban: 1g fehérje / testsúly kg nitrogén egyensúly!! speciális élethelyzetek Esszenciális aminosavak (az emeberi szervezet nem szintetizálja de novo): Lys, Trp, Phe, Met, Tre, Leu, Ile, Val (szemi-esszenciális: His, Arg) Fehérjék biológiai értéke: a fehérjék esszenciális aminosav tartalmától (összetételétől) függ (teljes értékű nem teljes értékű fehérjék) Állati eredetű fehérjék teljes értékű fehérjék (minden esszenciális aminosavat tartalmaznak, optimálishoz közeli arányban) húsfélék (75%), tej/tejtermékek (laktalbumin, laktoglobulin, kazein; ~85%) tojás (ovalbumin; 94%), savó fehérje ~ 100% Növényi fehérjék általában alacsony biológiai érték búzaliszt (gliadin, glutein; 52%), hüvelyesek (szójabab; 73%), burgonya de pl. kukorica alacsony triptofán tartalom A szervezet fehérje forgalma nitrogén egyensúly 5

6 Biológiai érték származtatása: azon saját (testi) fehérjemennyiség, amit 100 g táplálékfehérjéből a szervezet elő tud állítani szervezet fehérjéi 1. tápanyag fehérjéi 100% biológiai érték 2. tápanyag fehérjéi 50% biológiai érték Zsírok Magas energiatartalom (energia denzitás) Felvételre elsősorban trigliceridek kerülnek: glicerin + zsírsavak Zsírsavak telített zsírsavak (káros: transz zsírsavak hidrogénezés) - telítetlen zsírsavak: számos közülük esszenciális (pl. linolénsav) Koleszterin és koleszterin származékok Zsíroldékony vitaminok (A,D,E,K) Állati eredetű zsírok: látható (zsír, szalonna, vaj, stb.) rejtett zsír (pl. izomrostok között) Halolaj: EPA (eikoza-pentaénsav), DHA (dokoza-hexaénsav) MCT: middle chain triglyceride Növényi zsírok, olajok: Gazdagok esszenciális zsírsavakban (PUFA - poly unsaturated fatty acid) olajos magvak (napraforgó, repce, földimogyoró) margarinok (mesterségesen hidrogénezett olajok) 6

7 A szérum koleszterin szint és a koronáriabetegségek gyakorisága közötti összefüggés Framingham Heart Study napjainkig A zsírfogyasztás és a szív (coronaria) betegség eredetű halálozás összefüggése 7

8 A kiegyenlített normál táplálkozás 1. A tápanyag energiatartalma fedezze a napi energiaszükségletet 2. A legalább a szükséges minimális mennyiségeket tartalmazza fehérjéből, szénhidrátból és zsírokból 3. A vitamin, ásványi anyag és nyomelem tartalom is érje el, vagy haladja meg a beviteli minimum értékeket 4. A toxikus határértékeket ne haladják meg az egyéb összetevők (sem) Energiatartalom szerinti felosztás: Fehérje (kb.: 1 g/kg; ~60-80 g) 15% 25% Zsírok (~50-100g; 1/3 esszenciális, telítetlen zsírsav) Szénhidrátok (~300g; min. 10%) 60% A táplálkozási piramis ez egészségnevelés szükségessége! Fats, Oils & Sweets Use Sparingly Milk, Yogurt, & Cheese Group 2-3 Servings Vegetable Group 3-5 Servings Meat, Poultry, Fish, Dry Beans, Eggs, & Nuts Group 2-3 Servings Fruit Group 2-4 Servings Bread,Cereal, Rice, & Pasta Group 6-11 Servings 8

9 9

10 Nyomelemek: Vas:(12-18 mg/d) húsfélék, tojás, zöldségek (spenót, brokkoli) Jód: ( µg/d) ivóvíz, jódozott só hypothyreosis, struma földrajzi környezet: endémiás struma: Fluor:(1 mg/d) fogkrémek, tabletták ivóvíz fluorozása: 10

11 Vitaminok történeti áttekintés: A nagy földrajzi felfedezések és a hosszú hajóutak ( század) 1720-Kramer citrom levet javasol a skorbut megelőzésére 1907-Horst és Fröhlich: állatkísérleteket végeznek a skorbut gyógyításának és megelőzésének érdekében 1912-Ejkmann: beri-beri kórkép kialakulásának vizsgálata, igazolja a hiánybetegség kialakulását és egy táplálék eredetű faktor létét feltételezi 1910 Casimier Funk: Vitamine név a skorbutellenes faktort C vitaminnak nevezik 1932-Szent-Györgyi Albert 500ghexuronsavat állít elő paprikahéjból. Igazolják, hogy a hexuronsav skorbut ellenes anyag (ascorbin sav C-vitamin; Szent-Györgyi és Haworth) Vitamin elmélet (Hopkins) Az állatok nem élnek túl tisztán zsír, fehérje és szénhidrát keverékével történő táplálással, még akkor sem, ha azt anorganikus anyagokkal egészítik ki. Az állatok növényi, illetve állati eredetű szöveteket igényelnek, amelyek a zsír, fehérje és szénhidrát tartalmuk mellett más, kiegészítő anyagokat ( accessory substances ) is tartalmaznak. Hiánybetegségek (Funk és Hopkins) eredetileg: Vital amine - Vitamine (Casimier Funk, 1912) 1913 E.V. McCollum: alfabetikus besorolás (A, B, C, D) 1920: Jack Cecil Druommond: Vitamin (nem csak amin jellegű molekulák) Általános jellemzők: életfontosságú anyagok (tartós) hiányuk megbetegedéshez vezet exogén - esszenciális (kivételek: Vit. D, B3) kis mennyiségben vesszük fel (mikrogram mg/d) nincsen jelentős energiatartalmuk 11

12 Nobel Prize in Phsiology and Medicine Discovery of Vitamins Christiaan Eijkman (1929) Vitamin B1 Sir Frederick Gowland Hopkins (1929) Growth Stimulating Vitamins George Hoyt Whipple (1934)* Vitamin B12 George Richards Minot (1934)* Vitamin B12 William Parry Murphy (1934)* Vitamin B12 Henrik Carl Peter Dam (1943) Vitamin K Isolation of Vitamins Adolf Otto Reinhold Windaus (1928)* Vitamin D Albert von Szent-Györgyi Nagyrápolt (1937) Vitamin C Richard Kuhn (1938) Vitamin B2 and B6 Edward Adelbert Doisy (1943) Vitamin K Nobel Prize in Chemistry Synthesis of Vitamins Walter Norman Haworth (1937) Paul Karrer (1937) Robert Burns Woodward (1965)* Structure of Vitamins Paul Karrer (1937) Richard Kuhn (1938) Lord (Alexander R.) Todd (1957)* Dorothy Crowfoot Hodgkin (1964)* Vitamin C Vitamin E Vitamin B12 Vitamin A and E Vitamin B2 Vitamin B12 Vitamin B12 The Nobel Prize in Chemistry 2004 was awarded jointly to Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose "for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation". Avram Hershko előadása az MTA díszdoktori avatásán, 2005.( 12

13 Vitaminok biológiai funkciói Enzimek alkotórésze (prosztetikus csoport pld. thiamin) vagy koenzimek (pantoténsav KoA) Nem enzimatikus fehérjekomplex alkotója (retinol rhodopsin) antioxidáns: reaktív oxigéngyökök semlegesítése (vit. E, C) - lipidperoxidáció atherosclerosis, gyulladásos folyamatok, hypoxia-reperfúzió stb. Vitaminhormon: Vit. D Ca 2+ forgalom szabályozása Provitaminok Egyes vitaminokat előalakjuk formájában vesszük fel és a szervezetben alakulnak biológiailag aktív anyaggá példák: ß-karotin retinol (Vit. A) D - vitamin: koleszterin dehydrokoleszterol kolekalciferol (D3) ergokalciferol (D2, növényi eredetű) hidroxilálás (máj, vese) - 1,25-dOH-kolekalciferol (aktív hormon) 13

14 Antivitaminok Olyan hatóanyagok, amelyek szelektíven gátolják egyes vitaminok biológiai hatásait példák: Vit. K kumarin származékok (antikoagullánsok): syncumar avidin (tojásfehérje) a biotint (vit. B7) köti nagy affinitással methotrexát (cytostatikum) a fólsav (vit. B9) hatását gátolja (a dihydrofolát-reduktáz enzim aktivitását gátolja) Mérgezés esetén antidotum: a megfelelő vitamint kell adni! Methotrexát Folsav 14

15 Vitaminszükséglet nemzetközi ajánlások (WHO, FDA, DGE) irányértékek RDA Recommended Daily Allowance A legtöbb vitamin esetében az RDA a mg/d tartományba esik kivételek: B12, D: microgramm/d nagyságrend C vit.: mg/d IE (IU) International Unit (nemzetközi egység): olyan esetekben használják, ha a biológiai aktivitást több, eltérő kémiai szerkezetű anyag fejti ki Az RDA (RNI) érték származtatása Fig. 1. The risks of adverse health effects from decreasing intakes and the risks of adverse health effects with increasing intakes. The Estimated Average Requirement (EAR) reflects the intake where 50% of a population group is at risk of inadequacy, whereas the Tolerable Upper Intake Level (UL) is set an uncertainty factor lower than the No Observed Adverse Effect Level (NOAEL) or Lowest Observed Adverse Effect Level (LOAEL). The Recommended Nutrient Intake (RNI) is set at two standard deviations above the EAR and reflects the intake level at which 2.5% of a population group is at risk of inadequacy. 15

16 Hypo- vagy avitaminózis Hiánytünetek vagy hiánybetegségek megjelenése. Az RDA függ az életkortól, testtömegtől, nemtől, fizikai aktivitástól, stresszoroktól, terhesség, szoptatás, betegségek, klíma stb. Általános tünetek: a fizikai és a szellemi teljesítmény beszűkülése (pld. tavaszi fáradtság) Különösen érzékenyek a nagy sejtosztódási rátával (bőr, szaruhártya, GIT nyálkahártya, csontvelő), vagy magas metabolikus aktivitással rendelkező szervek (szívizom, idegrendszer, immunrendszer) Hypovitaminózis okai lehetnek: Csökkent bevitel: egysíkú táplálkozás (alkoholizmus!), parenterális táplálás, élelmiszerek nem megfelelő előkészítése, tárolása Malabszorpció: gyomorbetegségek (IF-hiány), krónikus GI gyulladás, pancreas és epeút betegségek stb. Fokozott szükséglet: terhesség, szülés, gyermekek, posztoperatív időszak, stb. Különleges esetek: UV-besugárzás hiánya (Vit. D) A bélflóra károsodása (szélessprektumú antibiotikum terápia) Vit. B12 és K hiány Prophylaxis hiánya: csecsemők - Vit. K és D 16

17 Átlagos vitamin és ásványi anyag felvétel a német női lakosság körében Túladagolás - Hypervitaminózis No-Observed-Adverse-Effect Level (NOAEL) Lowest-Observed-Adverse-Effect Level (LOAEL) Tolerable Upper Intake Level (UL): az a legmagasabb napi tápanyagbevitel amelynél még tartós bevitel esetén sem várható káros mellékhatás vagy mérgezés. Nem azonos az ajánlott napi bevitellel. 17

18 A vitaminok stabilitása A vitaminok többsége reakcióképes, instabil molekulák. Ezért az élelmiszerek vitamintartalma függ: Fizikai faktoroktól: hőmérséklet, UV (fény) besugárzás Kémiai faktorok: ph, oxidáló/ redukálószerek, fémek Vitamin szinonimák Kémiai név Vitamin A Axerophtol, Retinol Retinol Vitamin B1 Aneurin Thiamin Vitamin B2 Lactoflavin, Vitamin G Riboflavin Vitamin B 3 Vitamin PP, Vitamin B5 Niacin Vitamin B 5 Vitamin B3 Pantothensav Vitamin B6 Adermin, Pyridoxol Pyridoxin, Pyridoxal és Pyridoxamin Vitamin B7 Vitamin H, I vagy Vitamin Bw Biotin Vitamin B9 Vitamin M vagy Vitamin Bc Folsav Vitamin B12 Erythrotin Kobalamin Vitamin C Vitamin D Vitamin E Vitamin K Aszkorbinsav Kalciferol Tocopherol Phyllokinon és menakinon 18

19 Vitaminok felosztása 1/ Zsíroldékony vitaminok: A, D, E, K, (F) A felszívódás a lipidek felszívásához kötött (epesav, pankreasz funkció, lipáz) A zsírszövetben akkumulálódnak (a tartalékok több hónapig elégségesek) Vérben a lipoproteinek transzportálják Kiválasztás máj, epe 2/ Vízoldékony vitaminok: B-csoport és a C vitamin A bélben a felszívódás karrier mediált (pld.: B 12 ) vagy passzív (B 2 ) Raktárak korlátozottak (néhány hét) kivéve B 12 - máj Kiválasztás: vese Albert von Szent-Györgyi Nagyrápolt Nobel Prize "for his discoveries in connection with the biological combustion processes, with special reference to vitamin C and the catalysis of fumaric acid" 19

20 So the reaction 2H + O = H2O, which seems such a simple one, breaks down into a long series of separate reactions. With each new step, with each transfer between substances, the hydrogen loses some of its energy, finally combining with oxygen in its lowest-energy compound. So each hydrogen atom is gradually oxidized in a long series of reactions, and its energy released in stages. Részlet a Nobel előadásból: Szent-Györgyi Krebs félciklus Vitamin C(aszkorbinsav, anti-skorbut vitamin) Hiány:skorbut, Möller-Barlow betegség Hypovitaminózis: vérzések (fogágy, ízületek), aorta aneurizma immundeficiencia Hatása:hydroxilációs reakciókhoz szükséges, prolin és lysin hidroxiláció, kollagén szintézis dopamin béta hydroxiláció (katekolamin szintézis)- depresszió (?) vas felszívódás antioxidáns szükséglet: mg/d Előfordulás: zöldségek, gyümölcsök, paprika, savanyúkáposzta, citrusfélék 20

21 Emberben, főemlősökben és a tengerimalacban genetikailag hiányzik a gulonolakton oxidáz enzim, ezért ezekben a fajokban az aszkorbinsav vitamin 21

22 Vitamin A(Axerophthol, Retinol) 1,5 mg/nap (5000 IE) Előfordulás: máj, tojás sárga, tej, vaj, csukamájolaj Karotin: sárgarépa, sütőtök, brokkoli, zöldborsó retinol (retinal) fotopigmentek, rodopszin, fotopszin retinoid receptorok auto- és parakrin hatások epidermisz védelme (bőrkrémek, akne kezelése) Hiánybetegségek:: Xerophtalmia, keratomalácia (szaruhártya károsodása) Hemeralopia (szürkületi vakság) Növekedési zavarok A vitamin hiányában a nyálkahártyák epithel sejtjei mucin helyett keratint szecernálnak Szabadgyökfogó Hypervitaminozis (sarki exp.: hajhullás, dermatitis, ICP nő) Terratogén hatás magzat fejlődési rendellenessége 22

23 Keratomalácia a kornea hámrétegének súlyos károsodása 23

24 Vitamin D(rachitis ellenes vitamin) 12 µg/nap (500 IE) előfordulás: csukamájolaj, tej, tejtermékek D2 (ergokalciferol) növényi olajak D3 (kolekalciferol) állati zsiradékok Aktív forma: 1,25 dihydroxi-kolekalciferol (vese, máj) Hatás: GIT transzepitheliális Ca 2+ transzport (Calbindin, Ca ++ pumpa) Hiány: rachitis, osteomalácia D-hypervitaminózis(hyperkalcémia) 24

25 25

26 26

27 Vitamin E (Tokoferol) 10 mg/nap Előfordulás: leveles saláta, olajos magvak Antioxidáns neutralizálja a reaktív oxigén gyökök hatásait Hiánybetegség: Emberben nem tisztázott Állatmodelleken: abortusz, sterilitás A reaktív oxigén gyökök (ROS- reactive oxygene radicals, free radicals ) Membránkárosító hatásának mechanizmusa 27

28 Vitamin K (Fillokinon,antihemorrhágiás vitamin) 10 µg/nap előfordulás: növények, endogén (bélflóra) hiánybetegség: vérzékenység (Antivitamin: kumarin származékok) Biológiai hatás: K vitamin függő alvadási faktorok II. VII.IX.X., protein S,C Csontképzés: osteokalcin (Gla-fehérje) Kumarin Kumarin 28

29 (Vitamin F) Legalább 3.5 %-a a teljes energiabevitelnek Többszörösen telítetlen zsírsavak (Poly Unsaturated Fatty Acid; PUFA): linolsav, linolénsav(esszenciális zsírsavak) hatása: Foszfolipid és prosztaglandin szintézis VitaminB 1 (thiamin, aneurin) 10mg/nap előfordulás: húsfélék, teljesőrlésű lisztfélék termolabilis piruvát-dehydrogenáz komplex koenzime dekarboxyláció hiánybetegség: beri beri(ld. hántolatlan rizs) Polyneuritis, kardiális tünetek, KIR tünetek 29

30 VitaminB 2 (riboflavin) 1.5 mg/d előfordulás: tej, hús, tojás, halhús Termostabilflavin mononukleotid Flavin Adenine Dinucleotid (FAD), Flavin-Mononucleotid Proton-elektron transzportfolyamatok koenzime hiánytünet:száj (nyelv) nyálkahártya gyulladása, fejfájás 30

31 Niacin, nikotinsav, B 3 dehidrogenázok koenzime (NADH) redox folyamatok koenzime mg/d Hiány csak akkor alakul ki, ha a triptofán bevitel is korlátozott pelle agra (durva bőr, dermatitis), fekete nyelv (glossitis) 3D: Dermatitis, Diarhea (hasmenés) Dementia, (Death) Előfordul: tej, mogyoró, élesztő 31

32 A pellagra bőrtünetei hiperkeratózis, dermatitis, elszíneződés Vitamin B 6 (pyridoxal, pyridoxamin, pyridoxol) koenzim amino-transzferázok Hiány: emberben nagyon ritka dermatitis, görcsök, émelygés, hányás előfordulás: hús, máj, élesztő, mogyoró mg/d 32

33 Pantoténsav(B 5 ):CoA-koenzim része hiány:őszülés, memória zavarok Védi a bőrt mg előfordulás: általános pantotensav Biotin(H vagy B 7 vitamin) koenzim (biotinil-lizil enzim) karboxylázok (piruvát dekarboxiláz) hiánybetegség: dermatitis, neuromuszkuláris zavarok (izomgyengeség) (nyers tojás fogyasztása: Avidin!) Napi bevitel: 100 µg Előfordul: máj, vese, élesztő 33

34 B 12 vitamin(cyanocobalamin, antipernicioza vitamin) hiány: anaemia perniciosa, funikuláris myelosis (hátsókötegi rsz.) vérképzés nukleotid (purine), szintézis (DNA), C1 csoportok szállítás threonin, valin, isoleucin, methionin anyagcsere előfordulás:húsfélék, máj Napi bevitel: 3 µg (nagy raktárak a májban) Folsav(B 9 vitamin) (tetrahydrofolsav, FH4) C-1csoportok transzportja (nukleotid, aminosav anyagcsere) hiány:anaemia perniciosa(mint B 12 hiány esetén) Terhesség alatt: csökkenti a velőcső záródási zavarok gyakoriságát Napi bevitel: 0.3 mg Előfordulás: máj, növényi levelek (saláta, spenót, brokkoli, stb.) Antivitamin: Methotrexat (citosztatikum) Szulfonamidok: para-amino benzoesav analóg - antibakteriális hatásúak 34