Содержание углеводов в живом организме - не более 2 % от сухого остатка массы тела. Основная часть находится в мышцах и печени в виде гликогена. Энергетические расходы организма покрываются преимущественно за счёт окисления углеводов. Они используются для синтеза глюкопротеидов, мукополисахаридов, нуклеиновых кислот, коферментов и аминокислот, а также входят в состав клеточных структур элементов.
Углеводы представляют собой важный источник энергии. Хотя непосредственным донором энергии в процессах жизнедеятельности является АТФ, его ресинтез в значительной мере является результатом расщепления углеводов. (Зимкин Н.В. 1975 [2]). При полном окислении 1 г. углеводов освобождается 4,1 ккал энергии, т.е. в 2,3 раза меньше, чем при окислении жиров.
Углеводы в пище человека в основном растительного происхождения. После всасывания моносахариды попадают через брыжеечную и воротную вены в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу. Глюкоза подвергается окислению, а также накапливается в виде гликогена. Гликоген составляет 5 % всей массы печени. Это важное дело углеводов в организме.
В печёночные клетки глюкоза проходит свободно, без затрат энергии. Проницаемость мышечной клетки для глюкозы по сравнению с печёночными клетками понижена. В мышцах, как и в печени, депонируется гликоген. Его содержание в скелетных мышцах доходит до 1,5-2 % от всей массы этой ткани. Общая емкость депо углеводов организма человека, имеющего массу 70 кг, составляет 400-700 г. Однако гликоген мышц не может служить регулятором уровня глюкозы в крови, а является резервным горючим для мышечной работы. Освобождение энергии гликогена происходит при гликогенолизе: на каждый глюкозный остаток гликогена синтезируется 3 молекулы АТФ. При изобильном поступлении углеводов в организм они превращаются в жирные кислоты и депонируются в виде жира.
В процессе окисления углеводов освобождается энергия, которая используется для биосинтеза, образования тепла, а также для осуществления специфических форм жизнедеятельности. В организме происходит постоянный обмен глюкозой между печенью, кровью, мышцами, мозгом и другими органами. Главный потребитель глюкозы - скелетные мышцы. Расщепление в них углеводов осуществляется по типу анаэробных и аэробных реакций. Окислительное фосфорирование глюкозы является энергетически более выгодным, чем её бескислородный распад. В условиях относительного мышечного покоя анаэробные процессы расщепления глюкозы (гликолиз) тормозятся аэробным обменом. И только в зрелых электролитах гликолитические процессы являются ведущими.
Многие ткани организма удовлетворяют свои запросы в энергетических веществах за счёт поглощения глюкозы из крови. Нормальный уровень глюкозы в крови (80-120 мг %) поддерживается с помощью регуляторных воздействий на синтез или расщепление гликогена в печени. Снижение содержания глюкозы в крови ниже 70 мг % (гипогликемия) нарушает снабжение тканей глюкозой. Превышение нормального уровня глюкозы в крови наблюдается после приёма пищи (алиментарная гипергликемия), во время кратковременной и интенсивной мышечной работы (миогенная, или рабочая гипергликемия) и при эмоциональном возбуждении (эмоциональная гипергликемия). Если содержание глюкозы в крови превышает 150-180 мг %, то глюкоза обнаруживается в моче (глюкозурия). Это представляет собой путь выведения из организма лишнего количества углеводов. Опасность для жизни представляет нарушение углеводного обмена, при котором гипергликемия является результатом нарушения проницаемости клеточных мембран для сахара при недостатке инсулина. При этом с мочой выделяется не избыточный, а жизненно необходимый клеткам сахар.
Углеводный обмен в организме регулируется нервной системой. Это было установлено Клодом Бернаром, который после укола иглой в дно IX желудочка мозга ("сахарный укол") наблюдал усиленный выход углеводов из печени с последующими гипергликемией и гликозурией. Эти наблюдения свидетельствуют о наличии в продолговатом мозгу центров, регулирующих углеводный обмен. Позднее было установлено, что высшие центры, регулирующие обмен углеводов, находятся в подбугровой области промежуточного мозга. При раздражении этих центров наблюдаются такие же явления, как и при уколе в дно IX желудочка. Большое значение в регуляции углеводного обмена имеют условнорефлекторные раздражители. Одним из доказательств этого служит увеличение концентрации глюкозы в крови при возникновении эмоций (например, у спортсменов перед ответственными стартами). (Геселевич В.А. 1969 [12]).
Влияние центральной нервной системы на углеводный обмен осуществляется главным образом посредствам симпатической иннервации. Раздражение симпатических нервов усиливает образование адреналина в надпочечниках. Он вызывает расщепления гликогена в печени и скелетных мышцах и повышение в связи с этим концентрации глюкозы в крови. Гормон поджелудочной железы глюкоген также стимулирует эти процессы. Гормон поджелудочной железы инсулин является антагонистом адреналина и глюкогена. Он непосредственно влияет на углеводный обмен печёночных клеток, активирует синтез глюкогена и тем самым способствует его депонированию. В регуляции углеводного обмена участвуют гормоны надпочечников, щитовидной железы и гипофиза
Основным потребителем глюкозы крови во время работы является мозговая ткань. Определённую часть глюкозы крови поглощает сердечная мышца. Относительно мало потребляют глюкозы крови скелетные мышцы, которые предпочтительно используют в энергетических процессах собственный гликоген, расщепление которого начинается с самого начала работы. Лишь по мере снижения уровня собственного гликогена в мышцах усиливается использование глюкозы крови.
По мере продолжения работы содержание глюкозы в крови нормализуется, и оно поддерживается в течение весьма длительного периода в пределах нормы. В то же время происходит снижение содержания гликогена в мышцах и печени, что приводит в конце концов к падению концентрации глюкозы в крови, сопровождающееся ухудшением работоспособности. Гипогликемию и сопровождающие её явления можно успешно предотвратить при длительных физических нагрузках своевременным приёмом углеводных растворов. Если уровень глюкозы в крови снижается до 40 мг %, резко нарушается деятельность Ц.Н.С., вплоть до потери сознания. Это состояние называется гипогликемическим шоком.