(Гипотезы. «ХиЖ» 2022 №5)
Похудение требует понимания. Специалисты не одно десятилетие работают над поиском связей между потреблением, сбереганием и расходом энергии. И чем дольше они работают, тем сложнее становятся модели ожирения.
Калория калории рознь
Казалось бы, все просто. Люди набирают вес, когда потребляют больше калорий, чем тратят. Чтобы похудеть, нужно меньше есть и больше двигаться. Эти рекомендации, к сожалению, не избавляют человечество от эпидемии ожирения, разгулявшейся в последние десятилетия. Да, в современном мире еда стала доступнее и разнообразнее (в развитых странах), и сложно удержаться, чтобы не полакомится чем-нибудь. Тем не менее трудности самоконтроля не объясняют эту эпидемию в полной мере. Да, человеческий организм запрограммирован набирать вес, а не терять его, но все же это решаемая задача.
Так почему же среднему жителю Западной Европы или США сегодня труднее расстаться со своими 12–15 лишними килограммами, чем 50 лет назад?
Очевидно, модель баланса калорий неверна, хотя переедание действительно вызывает ожирение, с этим не поспоришь. Однако поток питательных веществ и энергии в человеческом организме организован несколько сложнее, чем движение воды в бассейне с двумя трубами. Его регулируют несколько гормонов, и самый известный из них — инсулин, о котором наслышаны даже люди, далекие от медицины и биологии.
У инсулина много функций. Он, в том числе, облегчает проникновение глюкозы из крови в клетки мышц и жировой ткани (адипоциты). Мышцы глюкозу расходуют, а в адипоцитах из нее синтезируются жирные кислоты, и этот синтез также стимулирует инсулин. Он же облегчает проникновение в адипоциты жирных кислот и способствует образованию гликогена в печени. В то же время инсулин подавляет расщепление жиров и гликогена, а также образование глюкозы из неуглеводных соединений (глюконеогенез). Иными словами, инсулин — гормон запасания. Он обеспечивает образование гликогеновых и жировых отложений и не допускает их разбазаривания.
Синтез инсулина зависит от концентрации глюкозы в крови, поэтому возрастает, когда человек съест какой-нибудь продукт с высоким гликемическим индексом. Гликемический индекс — это величина, которая показывает, насколько продукт, содержащий углеводы, повышает уровень глюкозы в крови через два часа после трапезы. Чем он выше, тем легче усваиваются углеводы, то есть быстрее расщепляются до глюкозы. Очищенные злаки, картофель и сахар имеют высокий гликемический индекс. У некрахмалистых овощей, бобовых, фруктов и цельнозерновых продуктов гликемический индекс средний или низкий. Связанный с ним показатель, гликемическая нагрузка, то есть произведение количества углеводов и гликемического индекса, позволяет очень точно предсказывать уровень глюкозы в крови после еды.
Так вот, с 1970-х годов характер питания радикально изменился, и в рационе людей заметно возросла доля легко усваиваемых углеводов, стимулирующих синтез инсулина. Это наблюдение породило альтернативную модель ожирения, получившую название углеводно-инсулиновой (УИМ). Согласно этой модели, потребление легкоусваиваемых углеводов стимулирует секрецию инсулина, который направляет циркулирующие жирные кислоты в жировую ткань. Поэтому скелетной мускулатуре не хватает энергии. Лишенные топлива, нежировые клетки испытывают состояние клеточного «внутреннего голодания», на которое человек реагирует так же, как на реальный голод: ест и снижает расход энергии.
В отличие от модели баланса калорий, УИМ считает переедание не основной причиной ожирения, а следствием. Потребление крахмалистых продуктов и сахаров провоцирует синтез большого количества инсулина, и глюкоза откладывается в печени и жировых клетках вместо того, чтобы сгорать в мышцах. С этой точки зрения простое ограничение калорий можно рассматривать как симптоматическое лечение, в большинстве случаев обреченное на провал. Критическое значение имеет происхождение калорий.
Вредоноснее всего углеводы с высоким гликемическим индексом, поскольку они вызывают скачок инсулина. Поедание белков также вызывает секрецию инсулина, но она зависит от аминокислотного состава. Кроме того, белки стимулируют секрецию глюкагона — гормона, который расщепляет гликоген, то есть способствует увеличению концентрации глюкозы в крови и действует в направлении, противоположном инсулину. Жиры мало влияют на инсулин, поэтому жирные диеты иногда считают полезными для похудения. А высокоуглеводные диеты с малым содержанием жира, напротив, усугубляют проблему, потому что вызывают голод, который, сидя на диете, можно утолять все теми же углеводами. Опаснее всего тортики с кремом из муки тонкого помола и сахара, от которых инсулин так и брызжет и помогает упаковывать жирный крем в адипоциты.
У этой модели, естественно, есть доказательства. У лабораторных животных инъекции инсулина способствуют отложению жира, усиливают чувство голода и вызывают увеличение веса. Лишний жир у них образуется даже при ограничении калорий. Аналогичное действие оказывают и диеты, повышающие секрецию инсулина.
Существует генетически обусловленная гиперсекреция инсулина, которая приводит к ожирению уже в подростковом возрасте. А инсулиновая терапия диабета предсказуемо связана с увеличением веса. Клинические исследования показывают, что диеты с низким содержанием жиров и высоким содержанием углеводов менее эффективны, чем низкоуглеводные даже в том случае, когда испытуемые избегают очищенной муки и рафинированного сахара.
По данным долгосрочных наблюдений, некоторые жирные продукты с исключительно высокой энергетической плотностью, например орехи или жирные молочные продукты, практически не увеличивают вес. (Энергетическая плотность — это количество калорий в одном грамме продукта.) Напротив, многие широко потребляемые продукты с высокой гликемической нагрузкой, такие как картофель, очищенное зерно, сладкие десерты, сладкие напитки и 100%-ные фруктовые соки, напрямую связаны с ожирением.
Несмотря на эти доказательства, противникам УИМ есть, что возразить. Они отмечают, что концентрация глюкозы снижается спустя два с половиной часа после высокоуглеводной трапезы. При этом у больных ожирением и сахарным диабетом уровень циркулирующей глюкозы постоянно в норме или повышен, то есть оснований жаловаться, что инсулин «убрал» всю глюкозу, нет. Сторонники УИМ отвечают, что нехватка глюкозы в крови провоцирует увеличение веса, но исследования ее уровня, когда ожирение развилось, может привести к ложным результатам. У больных ожирением и сахарным диабетом уровень глюкозы высок, потому что жировые клетки не принимают глюкозу, так как уже наполнены до предела или малочувствительны к инсулину. Опыты на грызунах это подтверждают.
А вот еще аргумент против УИМ: на высокоуглеводной диете сидят целые популяции — и не жиреют. Таковы, например, азиатские фермерские общества, основу питания которых составляет белый рис. Но эти люди физически активны и не всегда ели досыта. С ростом урбанизации уровень активности в таких популяциях снижается, и показатели ожирения быстро растут.
Не глюкоза, но инсулин
Углеводно-инсулиновая модель ожирения требует тщательной проверки, провести которую непросто. Для этого необходимо набрать добровольцев, случайным образом разбить их на группы, которые придерживаются диеты с разным содержанием жиров и углеводов, и измерить содержание жира в каждой из этих групп. Но такие эксперименты, если они будут достаточно продолжительными, могут навредить здоровью испытуемых.
Кроме того, испытуемых придется держать в лаборатории, иначе невозможно проконтролировать их питание. На воле они обязательно что-нибудь лишнее съедят или с самоотчетами напутают. Заточить людей в четырех стенах на много месяцев нереально. А кратковременные исследования дадут повод усомниться в их достоверности как раз из-за кратковременности. Поэтому проще экспериментировать на животных.
В 2019 году британский биолог Джон Спикман (John Speakman), профессор Китайской академии наук в Шэньчжэне и Абердинского университета в Шотландии, поставил со своими китайскими коллегами опыты на мышах. Ученые предложили грызунам 29 разных диет, на которых они просидели 12 недель, что эквивалентно девяти годам человеческой жизни. Содержание жиров и углеводов в этих диетах колебалось от 10 до 80%, а содержание белка оставалось постоянным. В качестве углеводов мышам предложили смесь кукурузного крахмала, мальтодекстрина и сахарозы — продуктов с высоким гликемическим индексом. Исследователи хотели проверить предсказания УИМ, согласно которым секреция инсулина зависит от содержания углеводов в рационе и углеводная диета вызовет у мышей ожирение и повышенный аппетит, а расход энергии при этом сократится.
Прогнозы оправдались лишь отчасти. Высокоуглеводные диеты действительно вызывали более мощную секрецию инсулина, чем низкоуглеводные. Чем выше был у мышей уровень инсулина натощак, тем хуже расщеплялись жиры. Однако уровень инсулина натощак не был связан с поеданием углеводов. Кроме того, на углеводных диетах мыши не стали больше есть и не располнели. Эти результаты не подтверждают справедливость УИМ, и все же нельзя безоговорочно переносить «мышиные» результаты на людей.
А с людьми, как мы уже говорили, можно работать лишь недолго. Несколько таких экспериментов провел Кевин Холл (Kevin Hall), руководитель лаборатории биологического моделирования Национального института диабета, болезней органов пищеварения и почек (США).
Двадцать взрослых людей (средний возраст около 30 лет) разного телосложения, с индексом массы тела от 20,6 до 40,8 (средний ИМТ 27,8) и весом от 58 до 126 кг (средняя масса 80 кг), госпитализировали в Клинический центр Национального института здоровья. Там их случайным образом распределили на две группы, которые две недели сидели на диете, состоящей из 10% углеводов и 75% жиров или 10% жиров и 75% углеводов. Содержание белка в обеих диетах было одинаковым. Затем испытуемых перевели на альтернативную диету, на которой они отсидели еще две недели. Участники ели трижды в день, причем вволю. Их предупреждали, что эта диета не рассчитана на потерю веса.
В соответствии с УИМ, высокоуглеводная диета приводила к активной секреции инсулина после трапезы и высокой его концентрации в крови, следовательно, в организме должен был откладываться жир, увеличивая голод. Люди на высокоуглеводной диете действительно ежедневно съедали на 670 грамм больше, чем на жирной, но при этом получали примерно на 700 ккал меньше, потому что у животной пищи выше энергетическая плотность. Испытуемые сочли обе диеты одинаково приятными и приемлемыми, они не голодали, не страдали от чувства наполненности. Вес они не набрали, даже сбросили: 1,77 кг на жирной диете и 1,09 кг на углеводной. Однако на жирной диете участники теряли преимущественно гликоген и воду, а на углеводной больше половины потерянной массы пришлась именно на жир, хотя углеводы, согласно УИМ, должны способствовать его запасанию. Кроме того, на углеводной диете люди меньше спали и больше двигались, хотя УИМ в этом случае предсказывает уменьшение расхода энергии.
В двух других исследованиях, которые провели Холл с коллегами, участники с лишним весом или ожирением, находясь под строгим контролем, сидели один–два месяца на диетах с ограниченным количеством калорий, но разным соотношением жиров и углеводов. Оказалось, что, хотя ограничение углеводов привело к значительному снижению секреции инсулина после еды, люди потеряли меньше жира, чем при высокоуглеводной диете такой же калорийности. В одном из исследований низкоуглеводная диета значительно снизила энергозатраты, хотя в соответствии с УИМ должна энергозатраты увеличить. В другом исследовании низкоуглеводная диета вызвала небольшое увеличение энергозатрат, но всего на неделю-другую.
Не подтверждается УИМ, хотя ее сторонники эти работы раскритиковали: тестовые диеты, на которых сидели мыши, сочли неадекватными, а исследования на людях — слишком короткими. Кевин Холл пробовал проводить исследования в течение года, но люди жили свободно, и такой режим не позволил получить достоверные результаты.
Профессора Спикман и Холл объединились и предложили свою модель ожирения — модель энергетического баланса. По их мнению, все начинается с переедания. Глюкозные калории не обладают особой жирогенной силой, но инсулин регулирует образование жировых отложений (традиционная модель эту функцию просто не рассматривает). Однако механизм влияния инсулина на ожирение сложнее, чем предполагает УИМ. Он обладает множественным действием на многие органы.
Так, он облегчает поглощение циркулирующего топлива (глюкозы и жирных кислот), а когда ожирение поднимается выше критического уровня, посылает сигнал в мозг. Клетки мозга, а именно гипоталамуса, содержат инсулиновые рецепторы. Эксперименты на грызунах показали, что блокировка инсулиновых рецепторов не влияет на выживаемость нейронов, но приводит к перееданию, ожирению и системной инсулиновой резистентности. У собак, заработавших диабет на жирной диете, и крыс, генетически предрасположенных к ожирению, содержание инсулина в капиллярах центральной нервной системы снижается. Инъекция инсулина в центральную нервную систему вызывает анорексию и потерю веса.
В общем, результаты многих экспериментов, проведенных разными исследователями, позволяют предположить, что за метаболические расстройства ответственно слабое взаимодействие инсулина с рецепторами гипоталамуса. Некоторые специалисты уже пытаются разрабатывать методы лечения ожирения инсулином, только надо придумать, как его доставлять в центральную нервную систему. Пытались закапывать в нос — не помогает.
Глюкозная трапеза вызывает выброс инсулина в кровь, но его концентрация быстро снижается. Жировая ткань более чувствительна к изменениям базального уровня гормона, а он не зависит от того, чем человек обычно питается: булками или куриными окорочками. Концентрация базального инсулина реагирует на разницу между потреблением и расходом энергии.
В нескольких исследованиях ожирение пробовали лечить препаратами, подавляющими синтез инсулина, диазоксидом или октреотидом. Лечение позволило снизить жировую массу почти на шесть килограммов по сравнению с плацебо. И при всем при том, повышенное содержание инсулина необязательно приводит к увеличению веса. Исследователи, искавшие гены ожирения, не обнаружили в жировой ткани инсулиновые мишени, которые играли бы определяющую роль в развитии ожирения.
Спикман и Холл пришли к выводу, что склонность к ожирению можно объяснить косвенным действием инсулина, различием в его секреции, а прямое действие инсулина, образовавшегося после углеводной трапезы, на жировую ткань, вряд ли можно считать решающим фактором увеличения веса, как это предсказывает УИМ. Впрочем, отказ от этой модели не означает, что низкоуглеводная диета не может быть полезна для похудения.
Как видим, модели ожирения все усложняются, а вместе с ними и инструкции по расставанию с лишним весом. Модель баланса калорий видит причину всех бед в переедании и для похудения предлагает меньше есть и больше двигаться. Никто не назовет эту рекомендацию необоснованной, однако помогает она далеко не всем. А все потому, что дело не только в количестве потребляемых калорий, но и в их качестве. Так утверждают приверженцы углеводно-инсулиновой модели. По их мнению, ожирению способствует высокая концентрация инсулина, которая, в свою очередь, зависит от содержания глюкозы в крови. Поэтому желающим похудеть следует избегать продуктов с высоким гликемическим индексом — мучного и сладкого. Увы, эта модель, как и предыдущая, подтверждается не всегда, но вдвоем они породили гибрид — модель энергетического баланса. От первой модели она позаимствовала утверждение о вреде лишних калорий, от второй — представление о том, что процесс энергообмена в организме нельзя свести к простому балансу калорий. На него влияют питательные вещества и гормоны, действие которых сложнее, чем предполагает УИМ.
Модель Спикмана и Холла вообще замысловатее своих предшественниц, она требует учета множества факторов, и потому, возможно, более точна. В этом ее несомненный плюс, если модель подтвердится. Но, увы, она не объясняет, как избавиться от лишнего веса. Самый главный вопрос так и остается без ответа, и пока ясно лишь одно — простым он не будет.
Кандидат биологических наук
Н.Л. Резник
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/kiosk2024/
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»