Математическое моделирование как основа для создания продуктов, компенсирующих витаминно-минеральную недостаточность организма

МАРТ N«3 (270 ЗНиСО

31

УДК 614.31:612.015.6:612.126

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОДУКТОВ, КОМПЕНСИРУЮЩИХ ВИТАМИННО-МИНЕРАЛЬНУЮ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ ОРГАНИЗМА

А.Л. Орлов, Р.С. Рахманов, Н.И. Белоусько, Н.В. Чумаков, Ю.Г. Пискарев, Н.Г. Бахмудов

ФБУН «Нижегородский научно-исследовательский институт гигиены и профпатологии» Роспотребнадзора, г. Нижний Новгород, Россия

С использованием математического моделирования обоснованы методический подход к определению потребностей организма в витаминах и минеральных веществах (ВМВ) при различных условиях жизнедеятельности, технология создания и использования многокомпонентных продуктов для восполнения витаминно-минеральной насыщенности организма. Это позволяет определять индивидуальную потребность человека в массе принимаемого продукта и продолжительность его приема.

Ключевые слова: витамины, минералы, потребность организма, многокомпонентные продукты, математическое моделирование.

A.L. Orlov, R.S. Rakhmanov, N.I. Belousko, N.V. Chumakov, Yu.G. Piskarev, N.G. Bakhmudov  MATHEMATICAL MODELING AS A BASIS FOR CREATING OF FOOD PRODUCTS COMPENSATED VITAMIN-MINERALS DEFICIENCY IN HUMAN ORGANISM

Nizhny Novgorod Research Institute of Hygiene and Occupational Diseases of Rospotrebnadzor, Nizhny Novgorod, Russia.

With the use of mathematical modeling, authors substantiated methodical approach to detecting of human organism need in vitamins and minerals (VM) under various conditions of vital functions, technology of creation and application of multicomponent food products for compensation of vitaminminerals saturation of human organism. This allows to detect individual need in the food product and duration of its intake.

Key words: vitamins, minerals, human organism need, multicomponent food products, mathematical modeling.

Питание населения должно быть не только сбалансированным по количеству пищевых веществ в рационе, но и иметь дифференцированную количественную характеристику в зависимости от возраста, пола, физической активности, физиологического состояния (беременность), условий проживания и условий труда [5].

Среди факторов риска здоровью населения может быть недостаточная витаминно-мине-ральная насыщенность организма, следствием чего является нарушение обмена веществ. Потребность в витаминах всегда возрастает при систематических физических нагрузках. Например, на каждую дополнительную тысячу килокалорий потребность в витаминах возрастает на 33 %. Причем у спортсменов, в случае, если тренировки длительные и проводятся в аэробном режиме, заметно растет потребность в витаминах С, В1 [3, 9]. При интенсивной тренировке, связанной с накоплением мышечной массы, организму требуется больше витамина В6. Под воздействием нервно-эмоционального напряжения и специфических гормональных сдвигов у спортсменов значительно повышается потребность в минеральных веществах (ВМВ) [1, 6-8, 10]. Это свидетельствует о том, что витаминно-минеральную недостаточность можно наблюдать также и у работающих при значительных физических нагрузках, у лиц, проживающих в условиях Севера, у различных групп населения при неадекватном пищевом рационе.

Цель работы - с использованием математического моделирования обосновать методический подход к определению норм потребностей организма в ВМВ при различных условиях

жизнедеятельности, на ее основе - технологию создания и использования многокомпонентных продуктов для восполнения витаминно-мине-ральной потребности организма.

Материалы и методы. Исследование проведено среди спортсменов высокой квалификации, занимающихся циклическими видами спорта: мастера и кандидаты в мастера спорта, первый взрослый разряд (п = 53). Обоснование выбора доз ВМВ провели на примере витаминов А, Е и В2, минеральных веществ - цинка, меди и железа. В рацион питания ввели натуральные концентрированные пищевые продукты из растительного (НКПП РС) и белково-рас-тительного сырья (НКПП БРС), произведенные по криогенной технологии. НКПП РС содержал красный виноград, топинамбур, свеклу, зелень петрушки. НКПП БРС - мясо кролика, сельдерей, лук, тыкву, шиповник.

Спортсмены ежедневно под наблюдением медицинской сестры во время обеда принимали по 10,0 г каждого продукта в течение 15 суток.

Исходно и по окончании курса приема НКПП оценивали уровни витаминов А, Е (в сыворотке крови), В2 (в цельной крови) и минеральных веществ (в сыворотке крови). Определяли содержание этих нутриентов в НКПП. Определение содержания витаминов проводилось на анализаторе биожидкостей «Флюорат-02-АБЛФ-Т» - люминисцентно-фо-тометрическом, микроэлементов - с помощью атомно-абсорбционного спектрометра «Квант-2А» с пламенным способом атомизации пробы и дейтериевым корректором фона.

Результаты и обсуждение. Масса тела (МТ) лиц в группе наблюдения варьировала от

32

ЗНиСО МАРТ N03 (270

65,0 до 93,0 кг. При равном количестве употребленных НКПП, полученные с ними дозы ВМВ на 1 кг МТ спортсмена были разными. Следовало ожидать, что ответная реакция организма на динамику витаминно-минеральной насыщенности будет отличаться: положительная, отрицательная или нулевая. То есть появится зависимость величины разницы концентрации ВМВ в крови до и после приема НКПП.

Рассчитанные дозы составляли интервал доз по каждому отдельному нутриенту. По ним с помощью оригинальной методики разбиения диапазона доз ВМВ на зоны с разным числом измеренных значений в каждой формировали таблицу средних частот эффектов. Данные таблицы представлены графически на плоскости «доза-эффект» (рис 1, 2).

Массив точек аппроксимировали по методу наименьших квадратов с помощью стандарт- ^^ ных средств М8 Ехсе1 полиномом до 6-ой сте- ^^ пени вида: £(х) = а0 + а1х + а2х + а3х + а4х + ^ + а5х + а^х , где аi (1 = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) - число- 1= вые коэффициенты аппроксимации. Координата максимума этого аппроксимирующего полинома в анализируемом интервале доз интерпретировалась как оптимальная доза. Таким образом, были установлены оптимальные дозы ингредиентов для получения позитивного эффекта.

Следующим этапом работы было определение содержания нутриентов в различных продуктах, произведенных по криогенной технологии. Полученные данные позволили создавать рецептуры многокомпонентных продуктов (табл. 1).

Рис. 1. Доза-эффективная зависимость динамики содержания витамина А в крови после приема НКПП

0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 -0,050° -0,100

♦

♦

\

\

\ / 4

00 1 с 00 2,0 00 3,0 00 4,0 00 5,0 \ т 00 6,0 00 7,0

у = 0,003х6 - 0,043х5 + 0,1359х4 + 0,7765х3 - 6,1423х2 + 14,116х -10,702 Р? = 0,6456

♦ Доза-эффект -Полином 6-ой степени

00

Доза, 10-3 мг/ кг

Рис. 2. Доза-эффективная зависимость динамики содержания меди в крови после приема НКПП

Таблица 1. Показатели содержания витаминов и минеральных веществ в разработанных многокомпонентных продуктах для восполнения потребности организма

Рецептура Количество компонентов Содержание нутриентов, мг/100 г продукта

Си Ре гп А Е в2

Продукт 1 8 0,468 61,653 2,707 4,831 9,551 0,54

Продукт 2 8 0,7061 55,6787 3,6327 3,3538 7,27 0,4461

Продукт 3 6 0,6833 55,578 2,999 4,842 8,288 0,584

МАРТ No3 (276) ЗНиСО

33

^^ Завершало методический подход определение необходимой суточной потребности орга-^ низма в многокомпонентном НКПП, необходимого для восполнения потребностей в ВМВ. При этом исходили из стандартной МТ челове-с=р ка, равной 70,0 кг. Например, по продукту № 3 Г"^ потребность была следующей. Расчет потребности по содержанию меди: в 100,0 г. НКПП содержится 0,6833 мг меди. Оптимальная доза 1 потребления в день - 0,0021 мг на 1 кг массы тела, т. е. в день необходимо принимать 0,307 г продукта. Средняя масса тела - 70,0 кг; в день необходимо принимать 21,5 г НКПП. Расчет потребности по железу: содержание Бе в 100,0 г продукта 55,578 мг. Оптимальная доза -0,17 мг/кг МТ, т. е. 0,306 г продукта или (х70) -21,4 г в день. Расчет потребности по цинку: содержание 2п в 100,0 г продукта 2,999 мг. Оптимальная доза - 0,015 мг/кг, т. е. 0,5 г продукта или (х70) - 35,0 г НКПП в день. Расчет потребности по витамину А: содержание витамина А в 100,0 г продукта 4,842 мг. Оптимальная доза - 0,009 мг/кг, т. е. 0,19 г или (х70) - 13,3 г НКПП в день. Расчет потребности по витамину Е: содержание в 100,0 г. продукта 8,288 мг. Оптимальная доза - 0,0064 мг/кг, т. е. 0,08 г (х70) - 5,6 г НКПП в день. Если исходить из максимальной потребности потребления продукта в день по цинку, масса принимаемого в течение 15 суток должна быть равной 35,0 г.

Заключение. «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения РФ» (МР 2.3.1.2432-08) регламентируют для взрослого населения в зависимости от возраста и физической активности только количество потребляемых белков, жиров и углеводов [5]. Нормы ВМВ, минорных компонентов пищи и других биологически активных веществ (БАВ) не дифференцированы. В настоящее время имеется лишь ряд предложений для определения потребностей организма в витаминах. Так, предлагается расчет потребностей витаминов производить исходя из энергетической ценности суточного рациона и энергетического баланса белков в рационе с использованием математического расчета [2]. В 1985 г. в Институте питания РАМН были разработаны и обоснованы величины суточной потребности в витаминах в зависимости от вида спорта [3]. Для других категорий населения и в зависимости от вида труда, физического состояния рекомендаций нет.

Конечно, можно для восполнения дефицита ВМВ использовать синтетические витаминно-минеральные комплексы. Однако, как считают и ряд авторов, «используемые дозы витаминов и минеральных веществ должны быть соизмеримы с физиологической суточной потребностью спортсменов в этих пищевых веществах» [1, 3, 4]. Вместе с тем, как определить эту соизмеримую потребность - авторы не раскрывают. Кроме того, при приеме синтетических витаминно-минеральных комплексов в организм не будут поступать такие важные составляющие натуральных продуктов, как минорные компоненты, присутствующие только в продуктах растительного происхождения [5].

Работа демонстрирует возможность создания натуральных витаминно-минерально-ми-

норных комплексов, исходя из определения их

- +

содержания в исходном натуральном сырье (овощи, фрукты, зелень, злаки, продукты животного происхождения) БАВ. Это многокомпонентные продукты, рецептуры которых могут разрабатываться для различных групп населения, применения в различных ситуациях, предназначенные для восполнения потребности организма в витаминах, минеральных веществах и других БАВ. Показан механизм определения групповой суточной потребности человека исходя из МТ, вида деятельности.

Преимущество включения в рацион питания натуральных продуктов с повышенным содержанием БАВ перед синтетическими витаминно-минеральными комплексами состоит и в том, что масса их приема, определенная по наибольшей потребности в том или ином нутриенте (как представлено в данном материале по цинку -35,0 г для человека, у которого МТ 70,0 кг (хотя по витамину Е - это всего 6,0 г в день), не нанесет вреда здоровью, поскольку все составляющие натурального происхождения. В частности, в продукте № 3 присутствовали шиповник, овес, шпинат, морская капуста и другие компоненты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Азизбекян Г.А. и др. Принципы оптимизации питания спортсменов различных специализаций / Г. А. Азизбекян, Д.Б. Никитюк, А.Л. Поздняков [и др.] // Вопросы питания. 2010. № 4. Т. 79. С. 67-70.

2. Богдан А.С. и др. Подходы к разработке дифференцированных норм потребления витаминов спортсменами / А.С. Богдан, А.Н. Еншина, Н.А. Ивко // Вопросы питания. 2007. № 4. Т. 76. С. 49-53.

3. Воробьева В.М. и др. Роль факторов питания при интенсивных физических нагрузках спортсменов /

B.М. Воробьева, Л.Н. Шатнюк, И.С. Воробьева [и др.] // Вопросы питания. 2011. № 1. Т. 80. С. 70-77.

4. Коденцова В.М. и др. Витамины и окислительный стресс/ В.М. Коденцова, О.А. Вржесинская, В.К. Мазо // Вопросы питания. 2013. № 3. Т. 82. С. 11-18.

5. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. МР 2.3.1.2432-08 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.studmed.ru/ view/mr-2312432-08-normy-fiziologicheskih-potrebnostey-v-energii-i-pischevyh-veschestvah-dlya-razlichnyh-grupp-naseleniya-rossiyskoy-federacii-metodicheskie-rekomendacii _712f65cd0bb.html.

6. Рахманов Р.С. и др. Витаминно-минеральный статус спортсменов-гребцов в период тренировочно-соревновательного цикла / Р.С. Рахманов, Л.В. Кузнецова, Т.В. Блинова [и др.] // Вопросы питания. 2013. № 4. Т. 82. С. 76-81.

7. Рахманов Р.С. и др. Сравнительный анализ витаминно-минеральной насыщенности организма спортсменов при различных физических нагрузках / Р.С. Рахманов,

C.А. Разгулин, Ю.Г. Пискарев [и др.] // Медицинский альманах. 2013. № 5 (29). С. 204-206.

8. Рахманов Р.С. и др. Витаминно-минеральная насыщенность организма как критерий оценки профессиональной надежности специалистов / Р.С. Рахманов, Л.А. Страхова, Т.В. Блинова [и др.] // Жизнь без опасностей. Здоровье. Профилактика. Долголетие. 2013. № 1. Т. VIII. С. 76-79.

9. Спортивная фармакология и диетология / Под ред. С.А. Олейника, Л.М. Гуниной. М.: Изд-во «И.Д. Виль-ямс», 2008. 256 с.

10. Тутельян В.А. и др. Оптимизация питания спортсменов: реалии и перспективы / В.А. Тутельян, Д.Б. Ни-китюк, А.Л. Поздняков // Вопросы питания. 2010. № 3. Т. 79. С. 78-82.

Контактная информация:

Рахманов Рофаиль Салыхович, тел.: +7 (831) 4-196-194, e-mail: raf53@mail.ru Contact information: Rakhmanov Rofail, phone: +7 (831) 4-196-194,

e-mail: raf53@mail.ru + -