كربوهيدرات ها

كربوهيدرات ها قسمت اعظم انرژى رژيم غذايى انسانها را تشكيل مى دهند. گاهى تا ٩٠٪ انرژى رژيم غذايى افراد فقير از منبع كربوهيدرات ها تأمين مى گردد، (به ويژه در نواحى گرمسير) در حالى كه ممكن است فقط ٢٠% انرژى رژيم غذايى طبقه ثروتمند از اين منبع تأمين گردد. نكته قابل توجه اين است كه به طور كلى هيچ يک از اين دو مقدار مناسب نيست.

گياهان سبز تحت تأثير نور خورشيد قادر به سنتز كربوهيدرات ها از آب و گازكربنيک مى باشند. مقدارى از اين كربوهيدرات كه فيبر يا چوب ناميده مى شود و قسمت اعظم آن سلولز است، در ساختمان گياهان براى استقامت آن مورد استفاده قرار مى گيرد. مقدار ديگرى براى رشد گياه به انرژى تبديل مى شود و ممكن است بقيه آن به شكل قند يا نشاسته در گياه ذخيره شود. گياه از اين ذخيره در مواردى كه عمل فتوستتز متوقف مى گردد براى تأمين انرژى و در دانه ذخيره اى از كربوهيدرات دارد كه براى تغذيه گياهک "رويان" استفاده مى كند تا زمانى كه عمل فتوسنتز مجدداً برقرار شود.

بشر براى تغذيه خود در كشت انواع دانه ها، ميوه ها وريشه هاى حاوى كربوهيدرات بسيار موفق بوده است و بى ترديد در تكامل او نقش اساسى داشته است. نشخواركنندگان براى تأمين انرژى خود در انتخاب گياهان غنى از كربوهيدرات و غيره نقشى ندارند و همانطور كه ميدانيد مجبورند با تغذيه از علف حاوى ٨٠% آب انرژى مورد نياز خود را تأمين كنند.

طبقه بندى كربو هيدرات ها

همان طوركه ذكر شد كربوهيدرات ها مواد شيميايى متشكل از كربن، اكسيژن و هيدروژن هستند و به طور كلى نسبت اتم هيدروژن به اكسيژن موجود در آنها دو به يک يعنى همان نسبت موجود در آب است. كربوهيدرات ها براساس نسبت پيچيدگى و اندازه مولكول آنها به سه گروه زير طبقه بندى شده اند:

١ - مونوسا كاريدها (قندهاى ساده): در هر مولكول يک نوع قند با تعداد اتم هاى كربن و اكسيژن مساوى.
٢ - دى ساكاريدها (قندهاى دوتايى): كه هر ملكول از دو قند ساده تشكيل يافته است.
٣ - پلى ساكاريدها (قندهاي مركب): كه هر ملكول شامل چند قند ساده است و در فرمول يک اتم اكسيژن كمتر از كربن دارند.

مونوسا كاريدها

اينها ساده ترين قندهايى هستند كه بين ٣ تا ٦ اتم كربن در هر ملكول دارند و براساس تعداد اتم هاى كربن Triose (قند ٣كربنه )، Tetrose (قند 4 كربنه )، Pentose (قند 5 كربنه) يا Hexose (قند ٦ كربنه) ناميده مى شوند. 

از ميان اين قندها فقط Hexose به مقدار قابل توجه در غذاهاى مورد مصرف انسان يافت مى شود.

هگزوزها
گلوكز يكى از هگزوز هاست كه به نام دكستروز و قند انگور نيز معروف است و تنها قندى است كه در حالت عادى در خون انسان ناشتا وجود دارد. غلظت آن در خون حدود ٩٠ ميلى گرم در ١٠٠ ميلى ليتر خون است. محلول گلوكز به دليل نامتقارن بودن اتم هاى كربن در ملكول مى تواند نور پلاريزه را به چرخش درآورد و چون اين چرخش به سمت راست است به نام دكستروز هم ناميده مى شود. از اين نام در صنعت بيشتر استفاده مى شود. از همين خاصيت گلوكز كه موجب تغيير جهت نور پلاريزه به سمت راست مى گردد براى شناسايى آن استفاده مى شود.

فروكتوز

فروكتوز با چرخش نور پلاريزه به طرف چپ از گلوكز متمايز مى گردد و اصولاً تنها تفاوت اين قندها در ترتيب يا قرار گرفتن اتصالات اتم هاى هيدروژن و اكسيژن به اطراف اتم كربن است. نام ديگر فروكتوز به دليل چرخش نور پلاريزه به سمت چپ، لولز (Levulose) است.

گلوكز داراى خاصيت احياكنندگى است و از اين رو عمل هيدروژناسيون بر روى آن موجب مى گردد تا كروه آلدئيد آن يعنى CHO به الكل (CH2OH) تبديل مى گردد. الكل حاصل به نام سوربيتول ناميده مى شود. گرچه سوربيتول در بعضى از انواع توت ها يافت مى شود ولى معمولا در صنعت تهيه مى شود و چون شيرينى آن به اندازه گلوكز است مصرف رژيمی دارد. حداقل ٩٠% سوربيتول مصرفى جذب و متابوليزه مى گردد. اين عمل احتمالاً بعد از تبديل گلوكز صورت مى كيرد. چون سرعت جذب سوربيتول كمتر يا آهسته تر از گلوكز است، از اين رو قندخون پس از مصرف آن به سرعت افزايش نمى يابد و احساس گرسنگى ديرتر ظاهر مى شود. به همين دليل ازآن در صنعت مرباسازى، مارمالاد، كنسرو، نوشيدنى و شكلات هاى رژيمى استفاده مى شود.

معمولاً ميزان قندخون بعد از خوردن غذا افزايش مى يابد، ولى بعد به تدريج كاهش يافته و به ميزان اوليه آن در حالت ناشتا مى رسد. افزايش قندخون از ١٦٠ ميلى گرم در ١٠٠ ميلى ليتر را "هيپرگليسمى" مى نامند. در شرايطى كه قندخون از حد معينى افزايش مى يابد، كليه ها كه به طور طبيعى قند دفع نمى كنند قادر به جذب مجدد آن نبوده و مقدار قند اضافى در ادرار ظاهر مى شود (ديابت يا بيمارى قند).
گلوكز منبع انرژى بسيار مهمى براى سيستم عصبى است. اگر قند خون به كمتر از ٦٠ ميلى گرم در ١٠٠ ميلى ليتر خون برسد "هيپو گليسمى" در هماهنگى سيستم عصبى اختلال ايجاد مى شود.

منوساكاريدها در غالب ميوه ها و سبزي ها به غلظت ١ تا ١٦% يافت مى شوند. فروكتوز در عصاره شيرين ميوه ها گلوكز و فروكتوز باهم در عسل و گالاكتوز در شير و پوسته خارجى دانه هاى حبوبات يافت مى شود. شيرينى فروكتوز كمى بيشتر از گلوكز است.

مانوز يكى از هگزوز هاست كه در شيره درختى به نام Tamarisk ،Manna که در صحراى سينا مى رويد، وجود دارد.

مانيتول نيز مانند سوربيتول يكى ديگر از قندهاى الكلى است كه از هيدروژناسيون مانوز و گالاكتوز به دست مى آيد. در صنعت از آن به عنوان ماده جاذب رطوبت براى بهبود كيفيت بعضى غذاها استفاده مى شود. شيرينى آن مانند گلوكز است ولى چون كامل جذب نمى گردد، انرژى حاصل از آن حدود نيمى از انرژى قندهاى ديگر است. به طور طبيعى در آناناس، هويج، مارچوبه و زيتون يافت مى شود.
اينوزيتول يک قند الكلى حلقوى است. اين قند در سبوس و دانه غلات وجود دارد.اينوزيتول در تركيب با ٦ ملكول فسفات، تركيب اسيد فيتيک رامى سازد كه در جذب كلسيم و آهن اختلال ايجاد مى كند. از آنجايى كه موش به مقدار كمى از اين قند در رژيم خود احتياج دارد گاهى اوقات آن رادر گروه ويتامين ها طبقه بندى مى كنند ولى هنوز شواهدى دال بر ضرورت آن براى انسان به عنوان يک ماده مغذى وجود ندارد.

پنتوزها

قندهاى ٥ كربنه از نظر منبع انرژى براى بدن اهميت زيادى ندارند ولى در مقادير بسيار كم در سلول وجود دارد (سلول حيوانى، گياهى و ميكربى). زيبوز L-Arabinose و مهمترين قندهاى 5 كربنه موجود در غذاى انسان نظير ميوه ها و سبزي هاى ريشه ای است. از اين رو گاهى مقدار بسيار كمى از آنها در ادرار يافت مى شود. D-ribose و D-2 deoxyribose از اجزاء مهم تركيبات حياتى بدن يعنى اسيدهاى نوكلئيک در هسته سيتوپلاسم هستند ولى چون ريبوز از گلوكز ساخته مى شود، از اين رو براى تشكيل اسيدهاى نوكلئیک ضرورى، لزومى ندارد كه قندهاى ٥ كربنه در رژيم غذايى گنجانده شوند.

دى ساكاريدها و ترى ساكاريدها

دى ساكاريدها كه در هر ملكول آنها دو قند ساده وجود دارد از تركيب دو ملكول منوساكاريد با از دست دادن يک ملكول آب تشكيل مى شوند. به هنگام تجزيه به منوساكاريدها مثلاً در عمل هضم بايستى هيدروليز شوند. عمل هيدروليز با دخالت یک ملكول آب (برعكس واكنش سنتز) صورت مى گيرد.

سوكروز (قند نيشكر، قند چغندر)
اين قند كه به شكل شكر و قند روزانه مصرف دارد و از نيشكر يا چغندر به دست مى آيد، تركيبى از گلوكز و فروكتوز است كه در عمل هضم به وسيله هيدروليز و درآزمايشگاه تحت تأثير أسيد به اين دو قند تجزيه مى گردد. سوكروز خود نور پلاريزه رابه طرف راست منجر مى كند ولى چون فروكتوز كمى بيشتر از گلوكز نور پلاريزه را به چپ منحرف میكند، هيدروليز محلول سوكروز نور پلاريزه را نيز به چپ منحرف مى كند. از آنجايى كه در گذشته به هيدروليز سوكروز كلمه Inversion كه به معناى وارونه شدن واكنش است اطلاق مى گرديد و عمل هيدورليز آن نيز سريع انجام مى گيرد، نام محصول تجارى آن نيز با اين نام Invert Sugar يا قند انورته معروف است. شكر سرخ يا Brown Sugar نيز همان سوكروز است كه به اصطلاح كمتر تصفيه شده وحدود ٩٧% آن سوكروز خالص است. اين محصول با مقدارى ملاس همراه است كه موجب تفاوت طعم آن با شكر يا قند معمولى است.

مصرف سوكروز در كشور هاى پيشرفته و صنعتى در دهه اخير افزايش چشمگيرى داشته است و بسيارى از محققين آن را يكى از عوامل مؤثر در افزايش موارد بيماري هاى قلب و عروق، ديابت و خرابى دندانها مى دانند.

لاكتوز
لاكتوز يا قند شير، تركيبى از گلوكز و گالاكتوز است. لاكتوز، قند اختصاصى و ويژه پستانداران است. مطالعات دانشمندان نشان داده كه در روده نوزادان شيرخوار ميكروارگانيسمى به نام "لاكتوباسيلوس بيفيدوس" وجود دارد كه به طور طبيعى با ترشح فاكتورى به نام بيفيدوس (Bifidus) از رشد باكتريهاى مضر جلوگيرى مى كند. از آنجايی كه اين ميكروارگانيسم (Lactobacilus Bifidus) در يک محيط اسيدى قادر به انجام فعاليت ذكر شده مى باشد، لاكتوز شير پس از ورود به داخل روده توسط ميكروارگانيسمهاى ديگر به اسيدلاكتيک تبديل و محيط را براى فعاليت لاكتوباسيلوس بيفيدوس مهيا مى سازد و همين نكته موجب برترى شير مادر به شيرهاى مصنوعى ديگر در تغذيه نوزادان مى باشد. بررسي هاى ديگر حاكى ازآن است كه لاكتوز و كلسيم شير با تشكيل يک كمپلكس در روده نوزاد به جذب بيشتر كلسيم كمک مى كند. اين كمپلكس كه نسبتاً محلول است به تدريج باكمک لاكتوز از طريق افزايش قدرت نفوذپذيرى غشاء روده موجب جذب يون كلسيم مى گردد.

مالتوز
دى ساكاريد مشتق شده از دو مولكول گلوكز است. مالتوز از تجزيه نشاسته هنگام تهيه سمنوى جو (Malling barley) به دست مى آيد و در رژيم غذايى روزانه مانند دى ساكاريدهاى ذكر شده سهم مهمى ندارد.

رافينوز
كه يک ترى ساكاريد است از سه ملكول گلوكز، فروكتوز و گالاكتوز تشكيل يافته است و در ملاس يافت مى شود.

تره هالوز (Trehalose)
قندى است كه از دو ملكول گلوكز از طريق اتصال بى قاعده دو اتم كربن به يكديگر تشكيل مى گردد. اين قند در بسيارى از قارچ ها وميكروب ها وجود دارد و به همين دليل به نام قند قارچ معروف است. به طور طبيعى مقدار كمى از اين قند به بدن وارد مى شود و هنوز نمى دانند كه مقدار زياد آن قابل هضم باشد يا خير.

استا كيوز (Stachyose)
استاكيوز يک قند چهارتايى موجود در لوبيا است. مشاهدات نشان مى دهد كه نفخ حاصل بعد از مصرف مقدار زياد لوبيا به دليل وجود استاكيوز و رافينوز است. آنزيم هاى روده نمى توانند اين دو قند را هضم كنند، از اين رو قندهاى نامبرده پس از عبور از روده كوچک، در روده بزرگ تحت تأثير ميكروارگانيسم ها فرمانته مى شوند.

شيرينى قندها

زبان و غشاء مخاطى آن از پرزهاى چشايى مشتمل بر سلولهاى گيرنده كه طعم و مزه هاى مختلف (شيرينى، تلخى، شورى و ترشى) را تشخيص مى دهد تشكيل يافته است.

قندها به طور كلى درجه شيرينى متفاوتى دارند.

پلى ساكاريدها

نشاسته : پلى ساكاريدها، قند مركب قابل مصرف موجود در مغزها و ريشه ها و بسيارى ديگر از گياهان است. دانه نشاسته معمولاً حاوى دو پلى ساركاريد مشتق از گلوكز است.

١ - پلى ساكاريد آميلوز حاوى چند صد واحد گلوكز در يک زنجيره طولانى بدون انشعاب كه حدود ١٥% تا ٢٠% وزن دانه نشاسته را تشكيل مى دهد. آميلوز پلى ساكاريدى است كه با افزودن يد به محلول نشاسته موجب ظاهر شدن رنگ آبى مى گردد.
٢- آميلوپكتين مهمترين جزء نشاسته است كه يک پليمر گلوكز در يک زنجيره منشعب است.

آميلوپكتين در صورت عدم وجود آميلوز تحت تأثير يد رنگ بنفش مايل به قهوه اى مى دهد. بعضى از واريته دانه ها نظير واريته هاى(مومى) ذرت و برنج عملاً فاقد آميلوز هستند. نشاسته دانه هاى تازه به دست آمده گياهان غير قابل حل درآب است. حرارت تا اندازه اى به حل آن كمک مى كند ولى پس از سرد شدن شكل ژله اى خواهد داشت.

تعداد واحد گلوكز و شكل اتصال هاى داخلى ملكول و شكل و اندازه ملكول به وسيله تشخيص ميكروسكوپى، متمايزكننده ملكول هاى نشاسته يک گياه يا دانه از گياه و دانه ديگر مى باشد. ضمناً قوام، طعم و مزه نشاسته هرگونه متفاوت از گونه ديگر است. از مشاهده يک قشر نازک از سيب زمينى خام در زير ميكروسكپ ملاحظه مى گردد كه دانه هاى نشاسته به صورت مجتمع در داخل ديوار نازک غشاء سلول گياه قرار دارند. حرارت مرطوب موجب باد كردن دانه هاى نشاسته مى شود. پس ازآن نشاسته بيشتر حل مى شود و با حرارت بيشتر ممكن است سلول ها پاره شوند. به همين دليل عمل پخت، نشاسته موجود در گياهان رابراى عمل هضم آماده تر مى سازد.

ملكول نشاسته هنگام هضم ابتدا به مالتوز و در نهايت به گلوكز تبديل مى گردد. اين تجربه در هنگام پخت نيز مى تواند تاحدى به آهستگى صورت گيرد به شرط آنكه درجه حرارت ١٠٠ يعنى در نقطة جوش باشد، از اين رو از غذاهاى نشاسته اى در مراحل پخت يا سرخ كردن و يا تهيه سمنو، ممكن است مقدارى مالتوز و يا حتى گلوكز حاصل شود.

دكسترين : دكسترين ها محصولى از تجزيه نشاسته با تعداد متفاوتى واحد گلوكز در هر ملكول مى باشند. اين مواد در طى مراحل هضم نشاسته تحت تأثير آنزيم و يا حرارت به وجود مى آيند. براى مثال در مراحل برشته كردن آرد و نان Caloreen كه مخلوطى از دكسترين و حاوى حدود 5 واحد گلوكز در هر ملكول است و گلوكز مايع كه مخلوطى از دكسترين، مالتوز، گلوكز و آب است، به دليل سهولت هضم براى بيمارانى كه به شدت مريض هستند تجويز مى گردد. شيرينى اين مواد كمتر از گلوكز است.

گليكوژن : گليكوژن كه كربوهيدرات ذخيره در نسوج انسان است از ٣٠٠٠ تا ٦٠٠٠ واحد گلوكز با زنجيره منشعب تشكيل يافته است كه در هر زنجير ١٢ تا ١٨ واحد گلوكز قرار دارد. گليكوژن برعكس دانه هاى نشاسته در آب، محلول است. به سادكى تحت تأثير آنزيم مربوط به خود به مولكول هاى گلوكز شكسته مى شود. كبد حيوانات و صدف غني ترين منبع گليكوژن هستند. در يک انسان بالغ حدود ٣٥٣ گرم گليكوژن به صورت ذخيره وجود دارد كه حدود ١٠٨ گرم آن در كبد و ٢٢٥ گرم آن در عضلات قرار دارد. اين مقدار گليكوژن، تأمين كننده انرژى نصف روز يک فرد بالغ است. كبد و عضلات حيوانات ذبح شده معمولاً خالى از گليكوژن است زيرا به هنگام عمل ذبح به اسيدلاكتيک تبديل مى شود.

پلى ساكاريدهاى گياهى ديگر

آگار ( پليمرگالاكتوز) : كه مورد استفاده باكتريولوژيست ها مى باشد (به دليل خاصيت آگار در تشكيل ژله) در صنايع غذايى نيز براى تغيير قوام يا شكل ظاهرى ماده غذايى نظير بستنى استفاده دارد. Carageen پلى ساكاريد ديگرى نظير آگار است كه در خزه و علف دريايى يافت مى شود.

فيبرهاى غذايى : مواد غير قابل هضمى هستندكه در گياهان سبز براى استقامت گياه وجود دارند. مهمترين آنها به شرح زير است:

سلولز : سلولز مانند نشاسته پليمرگلوكز است ولى از نظر اتصال متفاوت از آن است سلولز موجود در گياهان مختلف از نظر وزن ملكولى و خاصيت فيزيكى متفاوتند. بدن انسان فاقد آنزيم لازم براى تجزيه سلولز مى باشد. ولى نشخوار كنندگان تحت تأثير باكثريهاى موجود در شكمبه كه محتوى آنزيم سلولاز مى باشند آن را تخمير مى كنند. در انسان سلولز تا حد كمى تحت تأثير باكتري ها تخمير مى شود ولى اين عمل در روده بزرگ صورت مى گيرد.

حاصل تخمير سلولز در حيوانات اسيدهاى چرب با زنجيره كوتاه، (كه در توليد انرژى مورد استفاده قرار مى گيرد) و گاز متان است.
همى سلولز : گروه ديگرى از پلى ساكاريدها مى باشد كه همراه سلولز در بافتهاى گياهى يافت مى شود. قابل هضم در روده نيست ولى در روده بزرگ به وسيله ميكروارگانيسم ها شكسته مى شود.

لگنين (بافت چوبى گياهان) و پكتين (بافت نرم ميوه ها) از ديگر تركيبات اين رده مى باشند.

اندازه گيرى شيميايى هر يک از اين تركيبات در غذا كار ساده اى نيست و روشهايى كه ارائه شده است بسيار طولانى و وقت گير است. در جداول تركيب مواد غذايى ستونى اختصاص به "فيبرخام" دارد كه به كربوهيدراتهايى اطلاق مى گردد  كه در اولين مرحله استخراج با اسيد سولفوريک و سپس هيدروكسيد سديم باقى مى ماند. اين قسمت شامل سلولز و لگنين است و مقدار بسيار كمى هم سلولز دارد. 

در نتيجه:
لگنين + سلولز = فيبرخام

و چون كل فراكسيون قابل هضم نمى باشد به نام " كربوهيدرات هاى غير قابل دسترس بدن" نيز ناميده مى شوند. از آنجا كه لگنين كربوهيدرات نيست (بافت چوبى گياه است) اطلاق فيبر غذايى « Dietary Fiber » به آنها مناسبتر است. از اين رو مى توان آنها را چنين گروه بندى كرد:

قابل دسترس : قندها، دکسترین، نشاسته

غیر قابل دسترس : پکتین، همی سلولز، فیبر خام (سلولز+لگنین)

فيبر در رژيم غذايى

غذاهايى نظير غلات و آردهاى دانه كامل آنها، ريشه هاى نشاسته مثل سيب زمينى، حبوبات، مغزها و ميوه ها بيش از همه حاوى مقاديرى فيبرخام هستند.
متوسط فيبر دريافتى افراد بسيار متغير و در حد وسيعى است. مثلاً زارعين كشور هاى آفريقا روزانه به طور متوسط ٢٥ گرم فيبرخام در غذاى خود دريافت مى كنند و در اين گونه جوامع موارد شيوع بيماريهاى روده بزرگ و سرطان كم است و Burkitt (يكى از محققين در زمينه ارتباط فيبر غذايى و بيماريهاى مختلف) معتقد است كه موارد كم اين بيماريها و يا به اصطلاح مصونيت نسبى اين جوامع در مقابل ابتلاء به اين بيماريها ناشى از مصرف زياد فيبر در نزد آنها مى باشد. اين نظريه با شواهد زياد مورد تأييد گروهى از محققين است. فيبر نه تنها جذب نمى شود، بلكه مقدار زيادى آب از داخل روده بزرگ جذب مى كند. رژيم هايى كه غنى از فيبر هستند موجب تشكيل مدفوع نرم و حجيم مى گردند. برعكس در رژيم هاى محدود از فيبر مدفوع كم و سفت است. در رژيم هاى غنى از فيبر، زمان تخليه مدفوع سريعتر از زمان رژيم هاى محدود از فيبر مى باشد.
گروهى ديگراز محققين معتقدند كه ممكن است فقدان فيبر در رژيم غذايى نقش مهمى در ايجاد بيماريهاى متداول در غرب كه به نام "بيماريهاى تمدن" معروفند داشته باشد. اين بيماري ها شامل آپانديست، بيمارى كيسه صفرا، چاقى، واريس عروق، ديابت و بيماريهاى قلب و عروق است. ولى البته هنوز شواهد كافى براى تأييد نقش كمبود فيبر در ايجاد اين بيماريها در دست نيست.

كربوهيدراتها در رژيم غذايى

در روزگاران قديم نشاسته دانه غلات بيشترين مقدار از كربوهيدرات موجود در رژيم غذايى زارعين و روستانشينان را تشكيل مى داده و هنوز اين نقش رابه عهده دارد. در جوامع صنعتى، قند مقدار قابل ملاحظه كربوهيدرات موجود در رژيم غذايى مردم را در برمى گيرد، وبه نظر مى رسد كه ميزان دريافتى آن با بهتر شدن وضع اقتصادى، رابطه مستقيم دارد.

در انگلستان نيز وضع چنين است و اين بزرگترين تغيير موجود در الگوى رژيم غذايى سنتى كشور هاى صنعتى از ١٠٠ سال پيش بوده است. تحقيقات دانشمندان نشان مى دهد كه جانشين كردن قند به جاى نشاسته در رژيم غذايى ممكن است موجب تغيير چربي هاى خون و افزايش موارد خرابى دندانها، بيمارى قند، قلب و عروق گردد.
احتمالاً كربو هيدراتها جزء ضرورى رژيم غذايى نيستند، زيرا حذف آنها از رژيم غذايى جهانگردى به نام Stefansson و همكارش (براى مدت يک سال تمام) به اختلالى منجر نگرديد. از طرف ديگر ديده مى شود كه قبايل گوشت خوار نيز بدون دريافت كربوهيدرات و يا دريافت مقدار جزئى از آن در سلامت زندگى كرده اند. از اين رو حداقل براى افراد بالغ يک ماده ضرورى رژيم غذايى به حساب نمى آيد ولى ضرورت ايجاب كرده كه اكثر مردم جهان نيمه سبزى خوار باشند و كربوهيدرات قسمت مهمى از رژيم غذايى آنها را تشكيل دهد.

هضم و جذب كربو هيدراتها

اولين مرحله از هضم غذا در دهان صورت مى گيرد. جويدن موجب شكستن ساختمان غذاهاى گياهى و آماده كردن قند و نشاسته موجود در آن براى تأثير شيره هاى گوارشى در مراحل بعدى مى گردد. بسيارى از غذاهاى گياهى به دليل كم جويده شدن به خوبى هضم نمى گردند و توليد نفخ و دردهاى روده اى مى كنند. در اين مورد مثالهاى بسيارى وجود دارد كه از آن جمله سيب نارس، تكه هاى خام شلغم، هسته پرتقال و غيره است. به هرحال چون بزاق حاوى پتيالين (آنزيم تجزيه كننده نشاسته) است، هضم نشاسته بلا فاصله شروع مى گردد. محيط مناسب براى فعاليت اين آنزيم محيط خنثى است و در محيط اسيدى غير فعال مى شود.
بنابراين فعاليت آن پس از ورود غذا به داخل معده و ترشح اسيد معده متوقف مى گردد. اسيد معده تا حدى قادر به هيدروليز سوكروز است.
هضم كربوهيدراتها در جوار روده كوچک تا حد زيادى بستگى به ترشح آميلاز در شيره پانكراس دارد. PH مناسب اين آنزيم قليايى نزديک به خنثى است و ازاين رو ترشحات قليايى شيره پانكراس به محيط عمل آميلاز كمک مى كند. بدين ترتيب نشاسته و گليكوژن شكسته و به دى ساكاريدها تبديل مى شوند. اين دى ساكاريدها همراه با سوكروز، لاكتوز و دى ساكاريدهاى ديگر رژيم غذايى جذب مخاط روده كوچک مى گردند و در آنجا در ديواره سلولهاى اپى تليوم روده در تماس با آنزيم هاى دى ساكاريداز لاكتاز، سوكراز و مالتاز به منوساكاريدها تبديل مى شوند. منوساكاريدها بعد از اين مرحله از خلال ديواره سلولهاى روده به مويرگ ها رفته و بعداً به وريدباب مى ريزند.
اگر فونكسيون مخاط روده در فردى به دليل بيمارى يا نقص ارثى، مختل گردد  نتيجه آن عدم تحمل فرد نسبت به قند رژيم غذايى خواهد بود، و بدين ترتيب قند دريافت شده همراه با اسهالى آبكى دفع مى گردد.
در مورد سلولز و پلى ساكاريدهاى مشابه ديگر همان طور كه ذكر گرديد به دليل عدم وجود آنزيم مناسب، از روده كوچک عبور كرده و پس از ورود به داخل روده بزرگ مدفوع را حجيم مى سازند.
هگزوزها با سرعت زياد از جدار روده كوچک جذب مى شوند و اين سرعت بيش از يک انتشار ساده فيزيكى است . چون قندها در مكانيسم انتقال رقابت دارند به همين دليل به نسبتهاى متفاوت جذب مى گردند. گالاكتوز و گلوكز به سرعت جذب مى شوند. فروكتوز، مانوز، گزيلوز و آرابينوز به ترتيب با سرعت كمترى جذب مى شوند.

متابوليسم كربوهيدراتها

بعد از مرحله هضم و جذب و ورود كربوهيدراتها به شكل گلوكز به گردش خون، مرحله مصرف يا متابوليسم قندها شروع مى گردد كه ممكن است:
١ - به عنوان منبع انرژى مستقيماً متابوليزه و اكسيده شود.
٢ - به طور موقت به شكل گليكوژن در كبد ذخيره شود.
٣ - به چربى تبديل شود.

گلوكز مى تواند به طور مستقيم مورد مصرف نسوج بدن قرار گيرد. سابقاً تصور مى شد كه كربوهيدراتها تنها منبع سوخت بدن هستند و گلوكز مهمترين آنها مى باشد. امروز مى دانند كه بيشتر گلوكز جذب شده از روده در بدن به چربى تبديل مى شود و به هرحال فقط يک ارگان يعنى مغز وجود دارد كه قسمت اعظم انرژى خود را از گلوكز تأمين مى كند.
انرژى اضافى مورد مصرف كار و كوشش فكرى قابل اندازه گيرى نيست. ولى به طور كلى سيستم اعصاب به انرژى زيادى براى حفظ مكانيسم فعاليت خود نياز دارد. تقريباً كل متابوليسم پايه در مغز انجام مى شود. ظاهراً بافت عصبى انرژى مورد نياز خود را از كربوهيدراتها دريافت مى كند زيرا در شرايط طبيعى RQ بافت عصبى حدود يک است و در طى اين عمل گليكوژن نيز دخالتى ندارد. گرچه بافت هاى مغز مقدار كمى گليكوژن به طور ثابت دارند ولى ظاهراً ازآن استفاده نمى شود، حتى در مواردى كه قندخون آن قدر پايين است كه موجب تظاهر علائم نورولوژيكى مى گردد، به نظر مى رسد كه بافتهاى عصبى ذخيره مهمى از انرژى نداشته باشند. از اين رو هر لحظه براى ادامه فعاليت خود وابسته به گلوكز خون مى باشند.

در طول گرسنگى قندخون ( گلوكز) تا حدى كاهش مى يابد ولى با تبديل مقدارى از گليكوژن ذخيره به گلوكز مجدداً به سطح طبيعى مى رسد. اكر درنتيجه تزريق مقدار زيادى انسولين قندخون كاهش يابد، تغييراتى در فعاليت عصبى به وجود مى آيد. ولى به هرحال مغز در محروميت هاى غذايى از منابع انرژى زاى ديگر سوخت خود را تأمين مى كند.

تبديل گلوكز به گليكوژن

سنتز گليكوژن (نشاسته حيوانى) از گلوكز اولين بار توسط كلود برنارد، فيزيولوژيست فرانسوى ارائه شد. براى اولين نمايش از سنتز شيميايى در بدن حيوانات بود. قبل ازآن ارتدكسها معتقد بودند كه فقط گياهان توانايى سنتز كربوهيدرات، چربى و پروتئين را دارند و حيوانات فقط قادر به تبديل و تجزيه مواد شيميايى موجود در غذا مى باشند.

كبد، از نظر گليكوژن غنى ترين عضو است ولى عضلات به دليل وزن بيشتر زيادترين ذخيره گليكوژن رادر بردارند.

مقدار ذخيره گليكوژن بى ترديد در شرايط طبيعى كم است. براى مثال اگر فردى ٢ تا ٣ ساعت بدون خوردن غذا پياده روى كند، تمام ذخيره گليكوژن به مصرف مى رسد و در پايان پياده روى ضريب تنفسى (RQ) به ٧٥/. ياكمتر تقليل مى يابد و اين به آن دليل است كه تقريباً تمام انرژى مصرف شده در پياده روى از چربي ها تأمين شده است. بعضى مواقع ممكن است ذخيره گليكوژن بدن بيش از ٣٧٠ گرم باشد. از اين رو اگر ذخيره گليكوژن عضلات در يک تمرين جسمانى طولانى به مصرف برسد، و سپس فرد، با يک غذاى غنى از كربوهيدرات تغذيه شود ممكن است غلظت گليكوژن عضلات تا ٦٠ گرم به ازاء كيلوگرم وزن افزايش يابد. اين نكته به ويژه در مورد ورزشكاران، بسيار با اهميت است. اگر كربوهيدرات به مقدار زياد مصرف شود RQ از يک بالاتر نخواهد رفت و اين خود نشان مى دهد كه در بدن به چربى تبديل مى شود. 

گليكوژن ذخيره در عضلات هميشه براى توليد انرژى در دسترس است. قسمتى ازآن مى تواند بدون نياز به اكسيژن به سرعت آزاد شود و اسيدلاكتيك محصول غير هوازى حاصل از تجزبه گليكوژن است. در اين حال اگر اكسيژن به مقدار كافى تأمين گردد، اسيدلاكتيك حاصل نيز فوراً اكسيده شده و انرژى توليد مى كند. ولى اگر به طور موقت اكسيژن كافى به عضلات نرسد، كبد مقدارى از لاكتات تجمع يافته در خون را مجدداً به گليكوژن تبديل مى كند. سيكل مربوطه كه به نام سيكل Cori معروف است، چنين است:

گليكوژن كبد ←گلوكز خون ←گليكوژن عضلات ← لاكتات خون ← گليكوژن كبد.

تجمع لاكتات در مرحله كمبود موقت اكسيژن در عضلات با يک تمرين متوسط عضلانى، مثلاً پياده روى با سرعت 4 كيلومتر در ساعت شروع مى شود. بعد از يک تمرين سنگين ميزان آن تا ١٠ ميلى مول در ليتر خون مى رسد. وجود اسيد لاكتيك اضافى در عضلات يک دونده احتمالاً توجيه كننده اين نكته است كه چرا دونده ها بعضى اوقات بعد از مسابقه يک نوع احساس سختى و نرمى در بدن خود دارند.

تبديل گلوكز به چربى

هرگاه رژيم غذايى بيش از نياز بافتها حاوى گلوكز باشد، گلوكز اضافى در نهايت به چربى تبديل و در بافت چربى ذخيره مى گردد. اين مطلب حدود ١٠٠ سال پيش طى تجربياتى روى رژيم غذايى خوک هاى جوان مشاهده شده بود. ميزان افزايش چربى بدن اين خوكها ٣ برابر مقدار تغذيه شده گزارش شده بود و نتايج به دست آمده نشان مى داد كه اين چربى از نشاسته رژيم غذايى سنتز شده است. حتى در مواردى كه كربوهيدرات رژيم غذايى اضافه بر نياز نباشد، احتمال دارد مقدار زيادى ازآن به چربى تبديل شود و سپس توسط بافتها به مصرف برسد.

گروهى از محققين با استفاده از ايزوتوپ نشان داده اند كه تبديل گلوكز به اسيدهاى چرب ١٠ برابر بيشتر از تبديل گلوكز به گليكوژن است و بالاخره تحقيقات اخير نشان مى دهد كه متابوليسم گلوكز در بدن براى تأمين انرژى، از سه راه (كه در مطالب قبل آن را مشاهده كرديد) صورت مى گيرد. به نظر مى رسد در شرايط طبيعى مسير C يعنى تبديل گلوكز به ترى گليسريد قسمت مهمى از متابوليسم گلوكز را در برمى گيرد.

ارتباط متابوليسم گلوكز و اسيدهاى چرب

چهار ساعت پس از خوردن غذا غلظت اسيدهاى چرب آزاد (FFA) در خون افزايش مى يابد و ضريب تنفسى (RQ) پايين مى آيد. اين نشان مى دهد كه دراين زمان تأمين انررى بدن به مقدار زيادى توسط اسيدهاى چرب آزاد صورت مى گيرد.
اما بعد از مصرف مقدارى كربوهيدرات، آزاد شدن FFA و مصرف آن در بدن كاهش مى يابد و برداشت و اكسيداسيون گلوكز با سهولت انجام مى گيرد. 

گلوكز آزاد شده از كبد با جريان خون به تمام بافتهاى بدن مى رسد. در اينجا هريک از سلول ها با يک عمل انرژى زا كه با تبادل سديم و يک سيستم حامل در غشاء سلولى همراه است، گلوكز را مصرف مى كنند. وقتى كه گلوكز در سلول اكسيده شد به اسيد پيروويک تبديل می شود. انرژی آزاد شده در ميتوكندرى براى تأمين انرژى بسيارى از اعمال بدن مثل توليد حرارت، انقباض ما هيچه اى، سنتز تركيبات ضرورى و انتقال امواج عصبى مصرف مى شود.

انرژى آزاد شده به صورت آدنوزين ترى فسفات (ATP)، يك تركيب غنى از انرژى متراكم مى شود.
پس از آزاد شدن انرژى گلوكز ساير تركيبات نهايى متابوليسم كربوهيدرات يعنى اكسيد دوكربن و آب از سلول خارج شده و از بدن دفع مى شود. وقتى بدن از گلوكز براى توليد انرژى استفاده مى كند، توليد كوانزيم COA) A) براى تبديل اسيد پيروويک به استيل كوانزيم A افزایش  مى يابد ودر اين صورت كوانزيم A کمترى در اختيار اسیدهای چرب قرار مى گيرد. در شرايطى كه گلوكز مورد استفاده فورى ندارد، مسير متابوليسم گلوكز در جهت تشكيل فسفات گليسرول خواهد بود. وجود اين منبع گليسرول با استفاده از كوانزيم A در تبديل اسيد چرب به ترى كليسريد كمک مى كند و بدين ترتيب تجزيه اسيد چرب را كاهش مى دهد. در اين حالت چربى سنتز شده از گلوكز در بدن ذخيره مى شود.

مكانيسم مستقل ديگرى با دخالت هورمون ها به ويژه انسولين نيز وجود دارد كه در طى اين مكانيسم با مصرف گلوكز به كمک انسولين، بسيج چربيها محدود مى گردد. در بعضى از انواع چاقيها سيكل گلوكز - اسيد چرب مختل مى گردد و در نتيجه اين اختلال ميزان اسيدهاى چرب آزاد (FFA) در خون (با وجود بالا يا طبيعى بودن مقدار گلوكز و انسولين) افزايش مى يابد.

متابوليسم فروكتوز و گالاكتوز

فروكتوز كه بيشتر از طريق هيدروليز سوكروز در روده كوچک به دست مى آيد، به آهستگى جذب مى شود ولى سريعتر از گلوكز متابوليزه مى گردد. فروكتوز در كبد طى مراحلى تحت تأثير آنزيم فروكتوزكيناز به صورت منبع انرژى مورد استفاده بافت ها قرار مى گيرد. از آنجايى كه متابوليسم فروكتوز وابسته به انسولين نيست، بيماران قندى مى توانند به مقدار محدودى از اين قند استفاده كنند.

گاهى اوقات عدم وجود آنزيم ويژه متابوليسم فروكتوز كه يک نقص ژنتيكى است موجب عدم تحمل فروكتوز در فرد مبتلا مى گردد.

گالاكتوز كه از لاكتوز مشتق مى شود، فقط بعد از تبديل به گليكوژن مصرف مى شود. عدم وجود آنزيم ویژه اين قند نيز موجب عدم تحمل فرد نسبت به گالاكتوز مى گردد.

تنظيم قند خون

ميزان قند ناشتا (قبل از خوردن صبحانه) حدود ٨٠ ميلى گرم در ١٠٠ ميلى ليتر خون است ولى پس از خوردن صبحانه ميزان آن در خون، افزايش مى يابد (١٢٠ ميلى گرم در ١٠٠ميلى ليتر يا بيشتر) و اين به دليل جذب گلوكز و ورود آن به خون از طريق كبد است. حدود ٢ تا ٣ ساعت بعد مجدداً قندخون تا حد مقدار آن در ناشتا كاهش مى يابد و اين بدان جهت است كه گلوكز پس از عبور از بافت طبق آنچه ذكر شد، مورد مصرف قرار گرفته است.
الگوى ذكر شده را مى توان با تغذيه ٥٠ گرم گلوكز به يک فرد طبيعى و اندازه گيرى نمونه قند خون او قبل از صبحانه و نیم ساعت، يك ساعت، دو ساعت و سه ساعت بعد از خوردن محلول قند مشاهده نمود. اين آزمايش، به نام "آزمايش تحمل گلوكز" (GTT) معروف است.
وقتى شخص ناشتا باشد و گلوكز از روده جذب نشود، مغز و تاحدى بافتهاى ديگر گلوكز خون رابراى رفع نياز خود برداشت مى كنند، ولى اين بدان مفهوم نيست كه قندخون به شدت پايين مى آيد، زيرا كبد با مكانيسم جبران كننده با تبديل گليكوژن ذخيره خود به گلوكز ميزان قند خون رادر حالت طبيعى نگه مى دارد.
اكر ذخيره كبد به انتها برسد درآن صورت كبد شروع به ساختن گليكوژن از منابع ديگر به ويژه از اسيدهاى آمينه با زنجيره غير منشعب مى كند (نقش جايگزينى پروتئين). اين عمل يعنى تبديل قسمتى از اسيدهاى آمينه به گلوكز توسط كبد را گلوكونئوژنز (Gluconeogenesis) مى نامند. گليسرول كه حدود ١٠٪ چربيهاى خنثى را تشكيل مى دهد نيز به سادگى به قند تبديل مى گردد. عضلات و بافتهاى ديگر هم چربيها رامتابوليزه و در صورت عدم وجود گلوكز مصرف می كنند. در اين حالت ضريب تنفسى (RQ) كاهش مى يابد و اين مشابه همان حالتى است كه ٢ ساعت بعد از غذا خوردن به ويژه بعد از يک تمرين بدنى اتفاق مى افتد.

نقش پروتئين - صرفه جويى كربوهيدراتها (Protein Sparing Effect of CHO)

همان طوركه ذكر شد در صورت عدم جذب گلوكز و كاهش ذخيره گليكوژن، كبد با عمل گلوكونئوژنز مقدارى گليكوژن از پروتئين سنتز مى كند. در واقع از نظر فيزيولوژيكى و اقتصادى موجب هدر رفتن پروتئين مى شود.

زيرا:

١ - تخريب پروتئين و تبديل آن به گليكوژن واكنشى است كه انرژى بيشترى ازآنچه در انتها توليد مى شود مصرف مى كند. بنابراين كفايت انرژى توليد شده از كربوهيدرات به طور مستقيم بيشتر از اين راه غير مستقيم است.

٢ - اكثر غذاهاى غنى از پروتئين گرانتر از غذاهاى غنى ازكربوهيدرات است.
بنابراين عملاً بهتر است با استفاده از مقدار كافى كربوهيدرات در رژيم، كفايت نقش پروتئين تضمين گردد تا بدين وسيله بدن براى حفظ ورشد طبيعى خود حداكثر استفاده را از پروتئين بكند. در اين صورت هر وعده غذا مى بايستى حاوى كربوهيدرات و پروتئين توأم با يكديگر باشد تا بدن بتواند ازآنها به طور صحيح استفاده كند.
مثلاً مصرف نان و پنير، برنج و گوشت، ماهى و سيب زمينى و غيره نمونه هايى ازاين تركيب است.

كنترل هورمونى در متابوليسم كربوهيدراتها

مسيرى كه گلوكز براى ورود به خون و خروج ازآن طى میكند، توسط چند هورمون كنترل مى گردد.

انسولين : اين پروتئينى است كه از سلولهاى بتا جزاير لانگرهانس پانكراس به داخل خون ترشح مى گردد. كربوهيدرات دريافتى محرک طبيعى ترشح انسولين و افزايش قندخون است. اسيدهاى آمينه و هورمون پانكروزيمين (Pancreozymin) روده نيز محرک ترشح انسولين هستند. تزريق انسولين (استخراج شده از پانكراس حيوانات) در فاصله چند دقيقه موجب كاهش قند خون مى شود، زيرا انسولين عبور گلوكز رابه داخل سلولهاى عضلانى و بافتهاى ديگر تسهيل مى كند.

مكانيسم اين عمل، با وجود سابقه ٢٠ سال مطالعه روى انسولين، هنوز روشن نيست.
مطالعات فراوانى در اين زمينه با ديدگا ه هاى پزشكى و بيوشيميايى انجام شده است كه ازآن ميان مى توان به تحقيقات Cath ، Ensinck ، Williams ، Unger اشاره نمود.

آدرنالين : آدرنالين يكى از هورمونهاى مترشحه از غده فوق كليوى است. تزريق اين هورمون موجب افزايش سريع و موقت قندخون از طريق آزاد كردن آن از ذخيره گليكوژن موجود در كبد مى گردد.
در گذشته از اين هورمون براى جلوگيرى از عمل انسولين در مواردى كه تزريق زياد انسولين موجب پايين رفتن قندخون مى شد استفاده مى كردند. ولى بعدها متوجه شدند كه گلوكاگن براى اين هدف مؤثرتر است. آدرنالين و نور آدرنالين هردو محرک آزاد شدن اسيدهاى چرب آزاد (FFA) از بافت چربى نيز مى باشند.

گلوكاگن : گلو كاگن پلى پپتيدى است كه از سلولهاى آلفا جزاير پانكراس و نيزاز مخاط ناحيه فوقانى روده - معده ترشح مى گردد. افزايش قندخون در نتيجه ترشح اين هورمون ناشى از عمل آن برروى گليكوژن كبد است. بدين ترتيب ممكن است گلوكاگن با تأمين گلوكز، عملاً به فعاليت فيزيولوژيكى انسولين براى مصرف آن در عضلات كمک كند.

كورتيزول : كورتيزول و هورمونهاى وابسته به آن از كورتكس غده آدرنال ترشح مى شود. اين هورمونها در مقايسه با انسولين وآدرنالين، اثر خود رابه آرامى اعمال مى كنند، چنانكه استفاده مكرر ازكورتيزول بعد از چند روز منجر به افزايش قندخون مى گردد و اين به دليل افزايش سنتزگليكوژن (Gluconeogenesis) از اسيدهاى آمينه و چربى در كبد و در نتيجه توانايى بيشتر كبد در تأمين گلوكز خون است.

هورمون رشد : اين هورمون موجب تسريع رشد در حيوانات جوان است. هورمون رشد باعث كاهش ازت ادرار و تسريع اكسيداسيون چربى مى گردد. نقش اصلى آن در بالغين اثر متقابل بر انسولين است، چنانكه بعد از چند روز موجب افزايش قندخون مى شود و در سگ منجر به ديابت دائم مى گردد. مكانيسم اثر آنتا گونيستى آن بر انسولين هنوز شناخته نشده
است.

هيپوگليسمى وهيپرگليسمى : اگر قندخون از ميزان طبيعى پايین تر برود علائم عصبى و مشكلات ديگرى ظاهر مى شود. اين حالت را هيپوگليسمى مى نامند. گاهى اين حالت در افراد طبيعى چند ساعت بعد از خوردن يک غذاى غنى ازكربوهيدرات و انجام يک فعاليت نسبتاً سنگين به وجود مى آيد كه شايد به دليل ترشح زياد از حد انسولين باشد. اغلب نوزادان نارس در چند روز اول تولد مبتلا به هيپوگليسمى مى شوند.
هيپرگليسمى به حالتى گفته مى شود كه قندخون افزايش يافته و از ميزان ١٨٠ ميلى گرم در ١٠٠ ميلى ليتر خون تجاوز كند. در اين غلظت معمولاً مقدارى قند در ادرار ديده مى شود.