Государственное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение

лицей № 150 Калининского района

САХАР – СЛАДКАЯ СМЕРТЬ:

МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?

Работу выполнили

учащиеся 10 «Б» класса:

Мамедова Джулай

Таккина Дарья

Руководитель: учитель химии

Армер И.Я.

Санкт-Петербург

2015

Оглавление

1. Введение
2. Цель и задачи
3. Открытие сахаридов
4. Характеристика сахаридов
5. Роль сахаридов в организме человека
6. Диабет и сахариды
7. Практическая часть
8. Методика определения глюкозы в продуктах с помощью индикаторных полосок
9. Методика определения уровня сахара в крови у здорового человека и больного сахарным диабетом с помощью глюкометра
10.  Выводы
11.  Список литературы

1. Введение

Общественный интерес к проблеме, рассматриваемой в данной исследовательской работе, обусловлен масштабностью распространения заболеваний, вызванный злоупотреблением сахаросодержащими продуктами, среди которых самым опасным по сей день остается сахарный диабет. Сегодня диабетом страдает более 230 миллионов человек на планете, это примерно 6 % взрослого населения земного шара. Каждые 10 секунд в мире становится на 2 больных сахарным диабетом больше. Это 7 миллионов в год.   Каждые 10 секунд 1 человек умирает от связанного с диабетом заболевания. Это 4 миллиона в год. Диабет занимает 4 место среди болезней, которые становятся причинами летального исхода.

Научные исследования последних лет показали, что не соблюдения норм употребления сахара в рамках повседневного рациона также значительно повышает риск развития атеросклероза, экземы, язвы желудка, в кроме того снижает выработку гормону роста, способствует раннему появлению морщин.

2. Цели и задачи:

Цель работы:  определить роль различных сахаридов в человеческом организме.

Задачи:

1. Подобрать литературный материал для написания рефератной части работы.

2. С помощью индикаторных полосок (тест-полоски кетоглюк-1) определить содержание глюкозы в различных продуктах, входящих в дневной рацион здорового человека и больного сахарным диабетом.

3. С помощью глюкометра определить уровень содержания сахара в крови здоровых людей и диабетиков в утреннее и вечернее времени.

4. Провести анализ полученных данных и сделать соответствующие выводы.

Гипотеза: частое потребление продуктов, содержащих в своем составе значительное количество сахара, может привести к серьезным заболеваниям, преимущественно к сахарному диабету.

3. Открытие сахаридов

Среди рассматриваемых нами сахаридов самым «древним» можно назвать сахарозу, которая была уже известна на Древнем Востоке. Её выделяли из сока сахарного тростника, который сгущали и с помощью молока осветляли, а затем промывали известковой водой или раствором золы. Примеси отделялись вместе с образующейся пеной. Сахарный сироп заливали в формы, он медленно кристаллизовался в них, превращаясь в большие куски сахара — сахарные головы.

Родиной сахарного тростника считается Индия (слово «сахар» тоже «родом» из Индии: «сакхара» на языке одного из древних народов полуострова означало сначала просто «песок», а затем — «сахарный песок»). Из Индии это растение было вывезено в Египет и Персию; оттуда через Венецию сахар поступал в европейские страны. Долгое время он стоил очень дорого и считался роскошью.

Поисками более доступных природных источников сахара занимался немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф. В трактате, изданном в 1747 г., он описал свои опыты по получению сахара из свёклы. К концу XVIII в. в Германии вывели сорт свёклы с повышенным содержанием сахара — сахарную свёклу. В 1796—1802 гг. ученик Маргграфа Франц Карл Ахард (1753—1821) разработал способ выделения сахара из свёклы, положивший начало производству сахара не из привозного тростника, а из местного сырья. Постепенно из дорогого лакомства сахар превратился в дешёвый и доступный каждому продукт питания.

В конце XVIII века русским химиком Товием Егоровичем Ловицем впервые была выделена фруктоза из «медовой воды».

И самой последней в XIX веке была открыта глюкоза лондонским врачом Уильямом Праутом. В 1802 году Жозеф Луи Пруст  выделил глюкозу из виноградного сока. А в 1811 - К. С. Кирхгоф открыл каталитическую реакцию получения глюкозы при нагревании крахмала с разбавленной серной кислотой. В 1819 году Анри Бракконо получил глюкозу из древесных опилок (гидролизом целлюлозы).

4. Характеристика сахаридов

Сахароза (C12H22O11), или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в    быту просто сахар — дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов, изомеров, имеющих одинаковый состав C6H12O6, но различающихся строением — α-глюкозы и β-фруктозы.

Сахароза, содержащаяся во многих растениях: в соке березы, клёна, моркови, дыне, а также в сахарной свекле и сахарном тростнике, является весьма распространённым в природе дисахаридом, используемым для промышленного производства пищевого сахара.  

Организм человека не может воспринимать сахарозу, поэтому он предварительно в присутствии воды разлагает ее молекулу ферментами (природными катализаторами) на природные сахара - глюкозу и фруктозу:

С12H22O11 + H20 (+ фермент) = C6H12O6 (глюкоза) + C6H12O6 (фруктоза)

Фруктоза (C6H12O6) (арабино-гексулоза, левулёза, фруктовый сахар) —моносахарид, пространственный изомер глюкозы.

Фруктоза широко распространена в природе. В большом количестве в свободном виде встречается в плодах, поэтому ее часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в меде, сахарной свекле, фруктах. Главное свойство фруктозы состоит в том, что это вещество всасывается кишечником довольно медленно (во всяком случае, медленнее глюкозы), но расщепляется намного быстрее.

Калорийность фруктозы не высока: пятьдесят шесть грамм вещества содержат всего лишь 224 ккал, но при этом дают ощущение сладости, аналогичное ста граммам обычного сахара (в ста граммах сахара, кстати сказать, содержится 400 калорий).

Глюкоза (C6H12O6) – сахар (моносахарид), (от греческого - сладкий) виноградный сахар, представляющий собой бесцветное кристаллического вещество, образующееся в зеленых органах растений в ходе фотосинтеза (рис.1) из воды и углекислого газа с выделением кислорода, и присутствующее в составе тканей человека (мышцах и крови).

рис. 1

  В организме человека глюкоза окисляется в ходе энергетического обмена, то есть расщепляется с выделением энергии. Суммарно уравнение распада глюкозы можно представить следующим образом:

C6H12O6+6O2+38АДФ → 6CO2 + 44H2O+38АТФ

5. Роль сахаридов в организме человека

Сахароза  обеспечивает наш организм энергией, защищает печень от токсических веществ, активизирует мозговую деятельность. Именно поэтому она является одним из самых важных веществ, содержащихся в продуктах питания.

Немаловажным плюсом ее употребления является тот факт, что усваивается она организмом на 20%.Остальные 80% покидают организм в неизмененном виде. Благодаря данному свойству, сахароза реже приводит к сахарному диабету, чем глюкоза и фруктоза, употребляемые в чистом виде.

Фруктоза играет большую роль в жизни человека, так как может проникать в клетки из крови без помощи  инсулина. Ее употребление вместо сахара показано для снижения общего потребления углеводов. Она имеет важное биологическое значение в нашей жизнедеятельности. Часть её функций схожа с функциями глюкозы, а именно - участвует в питании мозга, балансе уровня сахара, образовании гликогена, работе мускулатуры, и на этом её роль не заканчивается. Именно она является основным элементом в синтезе трегалозы – защитного и транспортного дисахарида гемолимфы.

Глюкоза является необходимым компонентом углеводного обмена. Она откладывается в печени в виде гликогена, и при необходимости повышения энергетических затрат организмом гликоген распадается до глюкозы для получения энергии. Более того, при нехватке кислорода, гликоген распадается до глюкозы по анаэробному типу, без участия кислорода. Этот сложный процесс протекает под воздействием 11 катализаторов в цитоплазме клеток, образуя на выходе кроме глюкозы молочную кислоту и выделяя энергию. Поджелудочная железа вырабатывает специальный гормон инсулин, который регулирует уровень глюкозы в крови и обеспечивает её поступление в ткани и органы, обеспечивая их источником энергии.

6. Диабет и сахариды

После того, как мы познакомились со свойствами и ролью сахаридов в жизни человека, постараемся ответить на вопрос: «Сахар – смерть или миф?»

6.1. Исторические сведения о сахарном диабете.

Первые упоминания о сахарном диабете можно найти в египетских папирусах, созданных в 1550 году до н. э. В них описывается заболевание, в результате которого больные стремительно теряли вес и имели учащенное мочеиспускание.

Термин «сахарный диабет» появился благодаря греческому врачу Аретею (30–90 годы н. э.). Врач описал заболевание, симптомами которого являлись  повышенная жажда (полидипсия), чрезмерное мочеиспускание (полиурия) и потеря веса.

Он назвал болезнь «диабетом», что в переводе с древнегреческого означает «переход, пересечение». Позже Гален (131–201 годы н. э.) отметил редкость данного явления и связь заболевания с дисфункцией почек.

В дальнейшем о болезни нет упоминаний в исторических источниках.  Видимо, она была редким явлением в Средневековье. Первым четким описанием сахарного диабета можно считать заметки Авиценны, известного арабского врача, который популярно описал симптоматику и осложнения диабета.

Примерно в тот же период был придуман первый метод выявления заболевания. Для вынесения диагноза изучались цвет, запах и осадок мочи. Некоторые врачи даже пробовали мочу на вкус, что и привело к дополнению названия болезни термином «сахарный» (от лат. melius — мед). Кстати, древние китайцы тоже знали, что при сахарном диабете моча становится сладкой. Они придумали оригинальный метод диагностики с помощью мух (и ос). Если мухи садятся на блюдце с мочой, значит, моча сладкая, а пациент болен.

В 1688 году Бруннер указал на связь сахарного диабета с поджелудочной железой. Он проводил операции на собаках. При удалении поджелудочной железы у собак наблюдались симптомы заболевания. В 1869 году Лангерганс открыл в поджелудочной железе скопления клеток в виде островков, которые названы его именем. В то время еще не было точно известно об их функции. Только в 1881 году киевский ученый ??? Улезско-Строганова высказала мысль об эндокринной роли этих клеток. В лаборатории Павлова, а потом и за рубежом в лаборатории Мейера после ряда экспериментов был сделан вывод, что островки Лангерганса вырабатывают вещество, которое препятствует развитию диабета. Мейер назвал это вещество инсулин – от латинского insula, что означает островок. Первые экстракты, содержащие инсулин, были получены из поджелудочных желез плодов животных.

При введении этих экстрактов собакам, у которых удаляли поджелудочную железу, ученые добивались улучшения их состояния. В 1921 году впервые в мире была сделана инъекция экстракта поджелудочной железы быка человеку. Эти экстракты оказались малоэффективными для человека, что послужило дальнейшим исследованиям. В очищенном, кристаллическом виде инсулин получили в 1926 году.

Первым в медицинской практике инсулином лечится Леонард Томпсон в 1922 году. Инсулин продленного действия был получен в 1936 году в Копенгагене. Химическая структура инсулина была раскрыта в 1955 году английским ученым Сэнджером в Кембридже. Синтез человеческого инсулина был осуществлен в 1963 году в США и в 1965 году в ФРГ.

В настоящее время считается доказанной генетическая предрасположенность к сахарному диабету. Впервые подобная гипотеза была высказана в 1896 году, в то время она подтверждалась только результатами статистических наблюдений. В 1974 году Дж. Неруп и соавторы, А. Гудворт и Дж. С. Вудроу, обнаружили связь В-локуса лейкоцитарные антигены гистосовместимости и сахарного диабета 1-го типа и отсутствие их у лиц с диабетом 2-го типа.

Впоследствии был выявлен ряд генетических вариаций, встречающихся значительно чаще в геноме больных диабетом, чем в остальной популяции. Так, к примеру, наличие в геноме одновременно В8 и В15 увеличивало риск заболевания приблизительно в 10 раз. Наличие маркеров Dw3/DRw4 увеличивает риск заболевания в 9,4 раза.

6.2. Первые методы лечения сахарного диабета

К началу XIX века были изобретены химические тесты, благодаря которым можно было определить повышенное содержание глюкозы в моче. Однако данные показатели не позволяли подобрать эффективное лечение больным. В период Франко-прусской войны французский врач Бушарда Аполлинер выявил, что ограничение потребляемой пищи способствует улучшению состояния больных. Так одним из способов лечения сахарного диабета стало сокращение потребляемых калорий.

Таким образом, в ХХ веке понимание и диагностика заболевания вышли на принципиально новый уровень, хотя множество вопросов, связанных с профилактикой и лечением, так и остались неизученными. Тем не менее наука значительно продвинулась в вопросах продления и облегчения жизни больных сахарным диабетом.

 Сахарный диабет – это заболевание, которое связано с нарушением работы гормона поджелудочной железы – инсулина. При сахарном диабете происходит нарушение обмена веществ, в особенности обмена углеводов.

Из-за действия каких-либо патогенных факторов, например, из-за вирусной инфекции (вирус кори, краснухи, ветряной оспы), сильных медикаментов (некоторые противоопухолевые препараты) или других ядовитых веществ (вакор – средство для уничтожения грызунов), клетки поджелудочной железы могут разрушаться, что приводит к нарушению образования инсулина поджелудочной железы. В этом случае говорят о сахарном диабете I типа - инсулинзависимом СД.

Сахарный диабет II типа характеризуется относительной недостаточностью инсулина, но клетки поджелудочной железы при этом вырабатывают достаточно инсулина. В данном случае синтез и секреция гормона не нарушаются, изменения происходят в механизме действия инсулина на клетки-мишени (клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов). При сахарном диабете II типа происходит нарушение именно механизма связи клеток-мишеней с инсулином (рецепторы теряют чувствительность к гормону) и, следовательно, нарушается транспорт глюкозы в клетки.

Сахарный диабет 2 типа часто встречаются у людей, страдающих ожирением. Это происходит потому, что инсулиновые рецепторы изнашиваются и приходят в негодность из-за большого поступления глюкозы с пищей.

6.3. Сахарный диабет, симптомы:

Существует три основных симптома сахарного диабета. Так как глюкоза не поступает в клетки, ткани «чувствуют голод» и посылают головному мозгу сигнал. У больного появляется «просыпается» повышенный аппетит – полифагия - это первый признак. Далее  на его фоне возникает полидипсия – повышенное чувство жажды, и как следствие – полиурия (повышенное мочеиспускание). С мочой из организма в большом количестве уходят полезные вещества.

Другие немаловажные симптомы, на которые стоит обратить внимание:

• боль в области сердца;
• похудание;
• сухость во рту;
• головная боль;
• боль в икроножных мышцах;
• кожный зуд;
• раздражительность;
• нарушение сна;
• повышенная усталость и слабость.

При диабете 1 типа симптомы развиваются очень быстро и встречается у молодых людей моложе 30 лет. В крови резко увеличивается количество кетоновых тел – кетоацидоз, а также нарушается баланс белков – гипогликемия. Если не оказать больному помощи может развиться диабетическая кома (наступает сначала спутанность, а затем и потеря сознания).

Диабет второго типа, по-другому называется диабетом пожилых. Развивается чаще всего после 40 лет. Однако с каждым годом диабет 2 типа молодеет. Появление симптомов в данном случае постепенное, достаточно медленное, признаки выражены слабо, очень сложно определить начало заболевания. Чаще всего диабет 2 типа проявляется у людей с избыточной массой тела. Ухудшение зрения также может быть симптомом, болезни сердца и почек могут явиться следствием данного патологического состояния.

6.4. Причины сахарного диабета

Наиболее значимые причины сахарного диабета являются такие, как:

• наследственность.
• ожирение.
• ряд заболеваний, которые способствуют поражению бета-клеток, отвечающих за выработку инсулина. К таким заболеваниям относятся болезни поджелудочной железы – панкреатит, рак поджелудочной железы, болезни других желез внутренней секреции.
• вирусные инфекции (краснуха, ветряная оспа, эпидемический гепатит и другие заболевания, сюда входит грипп). Данные инфекции являются стартовыми для развития сахарного диабета.
• нервный стресс. Людям, которые относятся к группе риска, следует избегать нервного и эмоционального напряжения.
• возраст. С возрастом на каждые десять лет риск заболеть сахарным диабетом увеличивается в два раза

6.5. Осложнения и последствия сахарного диабета

• кома при сахарном диабете
• отеки при сахарном диабете
• высокое/низкое давление
• боли в ногах
• трофические язвы
• гангрена

6.6. Диагностика и лечение сахарного диабета

Если у больного сахарный диабет 1 типа, то лечение направлено на устранение симптомов и осложнений данного патологического состояния. Обязательным являются препараты инсулина.  Одним из методов устранения инсулинозависимого диабета является трансплантация поджелудочной железы.

Если вовремя обнаружить у человека диабет 2 типа, то можно обойтись и без препаратов инсулина. Главное следить за своим здоровьем и обращать внимание на какие-либо изменения.

Важно следить за уровнем глюкозы в крови. Её увеличение может свидетельствовать о развитии сахарного диабета. Больным же диабетом необходимо все время быть в курсе данного параметра, для этого используются глюкометры.

Больным сахарным диабетом необходима специально подобранная диета, которая направлена на нормализацию обменных процессов в организме. После постановки точного диагноза назначают ряд медицинских препаратов.

Необходимо следить за работой сердечно-сосудистой системы, так как она одна из первых подвергается поражению при данном патологическом состоянии. Даже мельчайшие изменения в работе сердца и сосудов позволят идентифицировать нарушения, связанные с диабетом на ранних стадиях. Контроль за работой сердца позволяет избежать тяжелых осложнений. На данном этапе может помочь прибор Кардиовизор. Его использование позволяет замечать мельчайшие изменения в работе сердечно-сосудистой системы.

Полностью избавиться от диабета невозможно, так как сахарный диабет – это хроническое патологическое состояние. Однако даже с ним можно вести нормальную полноценную жизнь.

Показатели уровня глюкозы в крови        

Глюкоза и инсулин

Хотя глюкоза и является очень важным компонентом для организма, но её повышенное содержание в крови приводит к нарушению углеводного обмена, а в следствие к сахарному диабету.

При сахарном диабете организм человека не способен эффективно извлекать энергию из пищи, которая в организме превращается в глюкозу. Глюкоза поступает в ток крови, и ее уровень начинает расти. В норме организм улавливает повышение сахара (глюкозы) и посылает сигнал поджелудочной железе. Поджелудочная железа вырабатывает инсулин и осуществляет его выброс в кровь. Инсулин способствует проникновению глюкозы из крови внутрь клетки, где она используется в качестве источника энергии. Когда указанный механизм работает правильно, человек получает энергию для полноценной активной жизнедеятельности. Одновременно с поступлением глюкозы внутрь клеток ее уровень в крови снижается. У людей с сахарным диабетом описанный выше механизм не работает. Вместо того чтобы поступать внутрь клетки, глюкоза накапливается в крови. Уровень глюкозы повышается даже в тех случаях, когда человек не поел или инсулина недостаточно. При недостаточном уровне инсулина организм производит и выбрасывает в кровь дополнительное количество глюкозы. И так происходит каждый раз в тех случаях, когда инсулин не работает или его запасы истощены. Фактически инсулин играет роль ключа, который способствует открытию клеток для глюкозы и поддерживает ее постоянный уровень.

Кроме влияния на углеводный обмен, инсулин активизирует поступление аминокислот в клетку и синтез из них белков, уменьшает расщепление жиров, усиливает способность клеток жировой ткани печени накапливать жиры, не используемые для получения энергии.

При нарушении синтеза инсулина, когда его вырабатывается меньше, чем нужно, развивается сахарный диабет первого типа. Это связано с разрушением бета-клеток, которых становится все меньше и меньше, в итоге поджелудочная железа просто теряет способность вырабатывать собственный инсулин. 

Ученые разных стран на протяжении многих лет пытались выяснить, что приводит к сахарному диабету, а потом их усилия были направлены на создание лекарства – экзогенного инсулина, инъекции которого должны были облегчить течение диабета. Первая инъекция инсулина была сделана 11 января 1922 года.  Первым испытателем стал мальчик, страдающий диабетом первого типа. Первая инъекция оказалась не очень удачной, но следующая произвела долгожданный эффект – уровень сахара в крови мальчика снизился. Дальнейшие работы велись в направлении промышленного получения инсулина и в улучшении его качеств.

На сегодняшний день все инсулиновые препараты можно разделить на 3 основные группы: на быстродействующие (короткого действия), средней продолжительности действия и длительно действующие.  

• Быстродействующие инсулины - их еще называют простыми - вводят непосредственно перед основными приемами пищи: завтраком, обедом и ужином. Лечебный эффект проявляется через 15-30 минут после инъекции.  Эти инсулины всегда прозрачные. Максимальная активность (или пик действия, пик активности) приходится на интервал между 1,5-3 часами от момента введения. Продолжительность действия (около 6-8 часов) зависит от дозы инсулина: чем большее количество простого инсулина введено, тем дольше он работает. К таким инсулинам относятся актрапид, хумулин-R, инсулрап, берлинсулин-Н-нор-маль, хоморап, моносуинсулин и другие.
• Препараты среднего и длительного действия вводят 1 -2 раза в сутки. Они предназначены для поддержания определенного уровня инсулина в крови в течение всех суток, заменяя тем самым, насколько это возможно, базальную секрецию инсулина. Такие инсулины, напротив, всегда мутные. Мутность определяется вхождением в них специальных веществ, замедляющих всасывание   инсулина.
• Инсулины средней продолжительности действия составляют самую большую группу препаратов, отличающихся по своим основным характеристикам от других инсулинов. Они начинают действовать через 1-2-3 часа после введения, имеют разные пики активности: между 4 и 8 или 6 и 12 часами от инъекции, и продолжительность действия - от 10-16 часов до 18-24. К этим препаратам относятся семиленте, инсулонг, ленте, монотард, протофан, актрафан, хумулин-N, НПХ-илетин-1, лен-те-илетин-1, ленте-илетин-2, базаль-инсулин и другие. Инъекции этих инсулинов делают обычно 2 раза в сутки.
• Длительно действующие инсулины начинают действовать через 4-6 часов, пик активности - между 14 и 22-24 часами, общая продолжительность действия - 28-36 часов. К ним относятся ультратард, ультраленте-илетин-1, хуминсулин "лил-ли" ультралонг и другие.

Инсулины различаются не только по продолжительности действия, но и по происхождению. Есть инсулины животные и человеческие (правильнее сказать, идентичные человеческому). Животные инсулины добывают из поджелудочной железы свиней и крупного рогатого скота. По своей биологической структуре ближе всего к человеческому свиной инсулин, который отличается от него только одной аминокислотой.

На сегодняшний день лучшими препаратами считаются человеческие инсулины. Половина больных, нуждающихся в инъекциях, лечатся именно ими. Человеческие инсулины получают двумя способами.

Первый заключается в "переделке" свиного, в котором заменяют одну аминокислоту. Это полусинтетический человеческий инсулин. При втором способе с помощью методов генной инженерии, "заставляют" кишечную палочку синтезировать инсулин, аналогичный человеческому. Полученный препарат называется биосинтетическим человеческим инсулином. Аллергия при применении животных инсулинов бывает потому, что они содержат чужеродный белок. Его количество в препарате зависит от качества очистки инсулина в процессе изготовления.

Как хранить инсулин?

Инсулин - это белковый препарат. Поэтому он нуждается в особых условиях хранения. При длительном хранении препарата оптимальная температура воздуха должна находиться в пределах от +2 до +8 °С. Инсулин нельзя замораживать, подвергать воздействию прямых солнечных лучей, оставлять рядом с источниками тепла, согревать в горячей воде.

7. Экспериментальная часть

Метод определения содержания глюкозы в различных продуктах с помощью индикаторных полосок.

Посуда:

• Одноразовые стаканчики (21 шт.)
• полоски кетоглюк-1
• бумажные салфетки
• мерный стакан
• картонные карточки

Исследуемые объекты:

Картофель, морковь, свёкла, яблоко, яблочное пюре, банановое пюре, апельсины, клюква, клубника, груши, персики, помидоры, уксус, кетчуп, томатная паста, майонез, лимонный сок.

Ход работы:

1. Превращенные в гомогенную массу образцы (30 мл) помещали в отдельные стаканчики.
2. в яблочное, бананое пюре, томатную пасту, кетчуп и майонез добавим немного воды
3. Образцы помещали под номерами от 1 до 16
4. В стаканы на 10 с опускали индикаторные полоски

Таблица содержание глюкозы в различных продуктах на основе полученных данных (на 100 г)