Текст книги "Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм"

Игра жизни

Но если рассматривать рост и воспроизводство исключительно как издержки, то упускается фундаментальный факт: калории не просто расходуются, они инвестируются. Что касается эволюции, то жизнь – это игра по превращению энергии в потомство. Чем больше энергии затрачивается на размножение, тем больше потомство, и именно так можно выиграть эту гонку: создать следующее поколение с большим количеством ваших генов, а не чьих-либо еще. Больше энергии, затраченной на рост и размножение, может также дать более крепкое потомство, то есть такое, у которого еще больше шансов на выживание и дальнейшее размножение. Любые другие затраты – иммунная защита, работа мозга, пищеварение – имеют смысл только в той мере, в какой в долгосрочной перспективе улучшают способность направлять энергию на воспроизводство.

Поэтому неудивительно, что наше развитие – темп роста, размножение и старение – тесно связаны с обменом веществ. Два больших скачка в метаболической эволюции, от холоднокровных рептилий к теплокровным птицам (эти два события не зависели друг от друга) и к млекопитающим, были непосредственно связаны с изменениями темпа роста и размножения этих животных. Млекопитающие и птицы развили ускоренный метаболизм, сжигая в десять раз больше калорий в день, чем их предки-рептилии. В каждом случае этому радикальному метаболическому ускорению благоприятствовал естественный отбор, поскольку благодаря ему увеличивалось количество энергии, затрачиваемой на рост и размножение. Млекопитающие растут в пять раз быстрее рептилий и тратят на размножение примерно в четыре раза больше энергии. Птицы имеют столь же высокие темпы роста и воспроизводства.

Природа играет в шахматы, а не в шашки. В игре жизни существует столько же выигрышных стратегий, сколько и видов на планете. Лучший вариант зависит от условий среды и от стратегий тех, кто вас окружает. Высокоэнергетические стратегии имеют очевидные преимущества, но низкоэнергетические с минимальным риском тоже могут привести к победе. Так, рептилии, рыбы, насекомые и другие холоднокровные представители животного мира с замедленным метаболизмом остаются невероятно успешными, несмотря на прогресс млекопитающих и птиц. У самых ранних представителей нашей ветви развития, приматов, метаболизм намного медленнее, а жизненный цикл длиннее. И такое изменение произошло около шестидесяти пяти миллионов лет назад (см. Главу 1). Это оказалось очень хитрым ходом. Темпы кратковременного рос та и размножения снизились, но более медленный метаболизм также растягивал продолжительность жизни и приводил к успешному размножению. Приматы уступили в спринте, но выиграли марафон, став одним из самых эффективных и плодовитых представителей млекопитающих.

Скорость обмена веществ также формирует жизненный цикл в отдельно взятой группе. Для каждой из основных групп позвоночных – плацентарных млекопитающих (приматов и других), сумчатых, пресмыкающихся, птиц, рыб, амфибий – скорость метаболизма растет с увеличением размеров тела (см. Рис. 3.2). Так же, как мы видели на примере скорости основного обмена человека ранее, количество калорий в день резко повышается у мелких животных, а вот у более крупных видов, наоборот, снижается. Это так называемый метаболический закон Клайбера, названный в честь швейцарского диетолога Макса Клайбера, который вместе с другими исследователями описал взаимосвязь между скоростью обмена веществ и массой тела в 1930-х годах. Используя измерения скорости основного обмена для целого ряда видов, Клайбер утверждал, что скорость метаболизма пропорциональна массе организма в соотношении 3/4. С момента этого предположения прошло почти столетие, и теперь мы также знаем, что этот принцип верен для общих ежедневных энергетических затрат, а не только для скорости основного обмена. Кривая показаний для каждый группы различается – например, график рептилий находится ниже, чем млекопитающих, но все они имеют показатель степени (форму кривой) около 0,75, как показано на Рис. 3.2.

Как мы видим на Рис. 3.2, суточные затраты энергии зависят от размера тела: более крупные животные сжигают больше калорий в день.

Рис. 3.3. Суточные затраты энергии у млекопитающих, птиц, приматов и рептилий, не являющихся приматами (НП[25]25
  Неприматы – это животные, которые не имеют признаков, свойственных приматам. К этой группе относятся птицы, пресмыкающиеся и земноводные. Некоторые млекопитающие также считаются неприматами. – Прим. пер.


[Закрыть]). Птицы и млекопитающие-неприматы (НП) тратят гораздо больше энергии каждый день, чем приматы, сумчатые и рептилии. Более крупные животные расходуют больше энергии каждый день (слева). Но мелкие животные сжигают гораздо больше энергии на кг, чем крупные (справа), согласно закону Клайбера. Виды с большими затратами энергии на кг, как правило, растут быстрее, размножаются активнее и умирают в более раннем возрасте, чем виды с меньшим расходом на кг. Приматы (включая человека) расходуют гораздо меньше энергии каждый день, чем другие млекопитающие, что соответствует их долгому жизненному циклу.

Но показатель меньше 1 означает, что маленькие животные сжигают намного больше энергии на килограмм ткани, чем крупные. По причинам, которые до сих пор не вполне понятны науке, клетки мелких животных работают усерднее и сжигают калории быстрее. Каждая клетка мыши ежедневно тратит в десять раз больше энергии, чем клетка оленя.

Темпы роста и воспроизводства можно описать теми же самыми характерными кривыми. У птиц, млекопитающих (приматов и других) и рептилий скорость роста и размножения становится больше с увеличением массы тела в степени 0,75 по шкале Клайбера, начиная от 0,45 до 0,82 (Рис. 3.2). Это означает, что при своих размерах тела маленькие животные растут и размножаются быстрее, чем более крупные. Самка северного оленя весом 100 кг рожает одного 6-килограммового детеныша каждый год, что эквивалентно 6 процентам ее собственного веса тела. За это же время самка мыши весом в 25 г производит на свет пять раз по семь детенышей, что эквивалентно 500 процентам массы ее тела. Эта разница вполне соответствует десятикратно более высокой скорости клеточного метаболизма мыши. Темпы роста сравниваются таким же образом. Мыши вырастают в тридцать раз больше своего веса при рождении всего за сорок два дня, а северные олени – в пятнадцать раз, и это занимает у них почти два года. Скорость обмена веществ – не единственное, что определяет темпы роста и размножения, но она, несомненно, задает определенные рамки.

Миллиард ударов сердца

Скорость обмена веществ также, по-видимому, определяет, сколько времени мы живем. Когда мы смотрим на собак, кошек, хомяков и других животных, то замечаем, что у всех видов разная продолжительность жизни. Хомяки счастливо живут три года, кошка может дожить до 15 лет. Мы, люди, можем спокойно рассчитывать на жизнь до 80 лет, и никто из нас не молится прожить два столетия, как гренландский кит. Вместо этого, даже если нам повезло избежать несчастных случаев и болезней, мы неизбежно умрем по «естественным причинам». Однако почему мы надеемся на такую смерть? И, главное, почему некоторые виды могут жить веками, в то время как другим отведено всего лишь несколько месяцев?

Биология смерти – это область интенсивных и активных исследований, но ученые уже давно обнаружили главную закономерность (и она связана с метаболизмом): чем медленнее вид тратит энергию, тем дольше живет. И этому наблюдению уже много веков. Еще в 350 году до нашей эры Аристотель написал трактат «О долготе и краткости жизни», в котором сравнил жизнь с горящей свечой. Он писал: «…слабый огонь попутно сгорает в огне более сильном, ведь свою пищу (дым) он поглощает за долгое время, а сильный огонь – за короткое»[26]26
  Перевод с древнегреческого М. А. Солоповой. – Прим. ред.


[Закрыть]. Так как клетки более мелких видов тратят энергию быстрее, связь с метаболизмом также помогает объяснить, почему у них, как правило, более короткая продолжительность жизни. Аристотель ошибался в механизме (он думал, что животные стареют, потому что высыхают) и, конечно же, не имел ни малейшего представления о том, что такое закон Клайбера. Однако даже то, что древнегреческий мыслитель в целом об этом писал, говорит нам о том, что предположение о том, что смерть неразрывно связана с обменом веществ, существовало уже в Античности.

Макс Рубнер, один из главных представителей науки о метаболизме в конце XIX и начале XX века, был первым, кто объединил эти фрагментарные предположения в последовательную теорию обмена веществ и старения. Сравнивая скорость метаболизма и продолжительность жизни морских свинок, кошек, собак, коров и лошадей, ученый заметил, что общая энергия, затрачиваемая на грамм ткани в течение жизни животного, была почти постоянной, несмотря на огромные различия в размерах тела и скорости обмена веществ. Рубнер предположил, что клетки имеют некоторый внутренний предел на расход энергии в течение жизни. Потратив все энергетические запасы, они умирают, как гаснет свеча, истекающая воском. Эта теория скорости «жизни» получила дальнейшее развитие и отстаивалась американским биологом Раймондом Перлом, одним из первых ученых в области старения в 1920-х годах.

Гипотеза Рубнера была изящной и соответствовала ранним представлениям, но в итоге была опровергнута. Теперь, располагая большим количеством данных, мы знаем, что виды с одинаковой скоростью обмена веществ иногда имеют разную продолжительность жизни. И более быстрый метаболизм не обязательно означает более короткую жизнь. У маленьких птиц, например, обмен веществ быстрее, чем у млекопитающих того же размера, но они все равно живут дольше.

Еще более многообещающее объяснение очевидной связи между долголетием и метаболизмом появилось в 1950-х годах. Это была свободнорадикальная теория старения. Ее разработал Дэнхам Харман, американский исследователь в области медицины и химии, в 1950-х годах. Теория предполагает, что старение – это накопление повреждений, вызванных токсичными побочными продуктами окислительного фосфорилирования. В цепи переноса электронов, заключительном этапе образования АТФ в митохондриях (Глава 2), молекулы кислорода иногда превращаются в свободные радикалы (также называемые реактивными формами кислорода), которые представляют собой молекулы O₂, потерявшие электрон. Эти мутанты ненасытны: они вырывают электроны из любого встречного, нанося «увечья» ДНК, липидам и белкам. И Харман утверждал, что старение – это накопление повреждений (иногда называемых окислительным, или оксидативным стрессом) от свободных радикалов. Поскольку эти вещества являются неизбежным побочным продуктом производства АТФ, скорость метаболизма клеток (которая также является скоростью производства АТФ) определяет, как быстро мы стареем и умираем.

Свободнорадикальная теория старения также может стать объяснением тех случаев, когда скорость обмена веществ и продолжительность жизни расходятся. Существует целый ряд эволюционировавших механизмов нейтрализации свободных радикалов и устранения причиняемого ими ущерба. Но, как и любая физиологическая задача, они требуют энергии: ничто не дается даром. В зависимости от условий обитания виды могут эволюционировать, чтобы выделять больше или меньше энергии на противодействие окислительному стрессу. Мышь, находящаяся под постоянной угрозой стать жертвой большого количества хищников, развилась, чтобы направить больше энергии на воспроизводство сейчас и меньше на восстановление повреждений от свободных радикалов в будущем, которое может никогда не наступить. Воробей, с другой стороны, может иметь сходную скорость метаболизма, но, поскольку у него лучше получается уклоняться от атак, он эволюционировал так, чтобы направлять больше ресурсов на техническое обслуживание и ремонт и жить дольше.

У свободнорадикальной теории старения есть изъяны. Во-первых, исследования потребления антиоксидантов у людей и других животных не всегда показывают ожидаемое влияние на продолжительность жизни. Трудности в поиске тесных, прочных связей между метаболизмом и долголетием заставили некоторых ученых сомневаться, что такие зависимости вообще существуют. При всей своей мрачной определенности смерть оказалась удивительно скользким предметом исследования в биологии. Окончательные ответы до сих пор не найдены.

Тем не менее сходство между скоростью метаболизма и продолжительностью жизни трудно игнорировать. Эксперименты на обезьянах, мышах и других видах животных показали, что снижение скорости обмена веществ за счет уменьшения количества пищи приводит к увеличению продолжительности жизни, а аналогичные исследования ограничения количества калорий у людей дали многообещающие результаты. Разная продолжительность жизни млекопитающих, птиц и рептилий согласуется с тем, что мы ожидаем от различий в скорости метаболизма, связанных с размерами особей. Клетки мышей сжигают энергию в десять раз быстрее, чем клетки северных оленей, и их жизнь примерно в десять раз короче (даже когда они умирают от естественных причин). Как мы обсуждали в Главе 1, приматы сжигают только половину того количества калорий в день, что сжигают другие плацентарные млекопитающие (Рис. 3.3), что прекрасно объясняет долгую жизнь, которой наслаждаются люди и остальные приматы. Иные виды, которые тратят мало энергии, тоже живут долго. Холоднокровные гренландские полярные акулы могут жить четыреста лет. Как и в случае с темпами роста и размножения, метаболизм – не единственный фактор, влияющий на продолжительность жизни животных, но, похоже, именно он определяет общие закономерности.

Чем медленнее определенный вид тратит энергию, тем дольше живет.

Независимо от того, является ли корреляция между обменом веществ и смертностью случайной или (как я подозреваю) существует более глубокая связь, что-то странное и удивительное возникает из того, как продолжительность жизни и скорость метаболизма меняются в зависимости от размеров животных и их принадлежности к определенным группам. Сердце должно перекачивать достаточное количество крови во все ткани организма, чтобы удовлетворить потребность в питательных веществах и кислороде. Поэтому частота сердечных сокращений (ударов в минуту) соответствует скорости клеточного метаболизма: она выше у мелких видов и ниже у крупных. Но, поскольку мелкие животные также умирают раньше крупных, общее число ударов сердца в течение жизни одинаково у всех видов: от крошечных землероек до могучих китов. Нам всем отводится около миллиарда ударов сердца[27]27
  Плюс-минус несколько сотен миллионов. И нет, вы не можете предотвратить смерть, нормируя сердцебиение. На самом деле, повышение частоты сердечных сокращений с помощью физических упражнений – один из самых верных способов прожить дольше (Глава 7). – Прим. авт.


[Закрыть].

Дьявольская арифметика ежедневного расхода энергии

Учитывая затраты на ходьбу, бег, переваривание пищи, дыхание, размножение и все остальное, что так хорошо изучено, вы можете подумать, что вычисление общих ежедневных энергетических затрат – простая арифметическая задача: нужно просто вычислить скорость основного обмена и добавить расход на ежедневную деятельность. Это было бы хорошей идеей, но вы все равно оказались бы неправы. На самом деле, ежедневные затраты энергии на удивление трудно определить, и после более чем полувека попыток мы все еще ошибаемся. Проблема, как мы начали обсуждать в Главе 1, заключается в том, что тело человека – это не просто машина. Наши метаболические двигатели – это динамические, адаптивные продукты эволюции. Ежедневный расход калорий – это не просто сумма всей затраченной энергии.

Самый простой взгляд на метаболизм был присущ представителям послевоенной эпохи в Соединенных Штатах и Европе. Из-за широко распространенного голода и последствий ужасных зверств, с которыми пришлось столкнуться во время Второй мировой войны, исследователи хотели установить ежедневные потребности людей в пище и полезных элементах. В их распоряжении было множество данных об энергозатратах человека; такие люди, как Фрэнк Бенедикт и его коллега Дж. Артур Харрис, собирали большие массивы данных с начала XX века. Но, к сожалению, еще ни одному ученому не удалось вычислить общий ежедневный расход энергии, действительно важный показатель, потому что никто так и не придумал, как его определить. Вместо этого у них были измерения скорости основного обмена. Все знали, что это всего лишь один компонент общих энергозатрат, но все остальное так и оставалось загадкой. Поэтому ученые начали делать то, что у них получается лучше всего, – гадать.

Используя лабораторные измерения энергетических затрат на различные виды деятельности, диетологи Всемирной организации здравоохранения установили предполагаемые рамки для ежедневного расхода. Во-первых, они оценивали скорость основного обмена человека, отталкиваясь от веса, роста и возраста, используя уравнения, аналогичные приведенным выше. Затем выясняли, что он делает на протяжении дня: как долго спит, сколько часов ходит, сидит, работает и выполняет другие задачи. Каждому виду деятельности присваивалась энергетическая «стоимость», выраженная в виде некоторого кратного скорости основного обмена показателя, называемого коэффициентом физической активности (КФА). Он по существу совпадает со значениями MET в Таблице 3.1. Комбинируя ежедневный график деятельности с затратами энергии на каждую из них, они получали средний суточный уровень затрат, выраженный в виде некоторого кратного базального уровня метаболизма. Например, если человек потратил двенадцать часов на сон (1,0 КФА) и столько же на стирку и другую легкую домашнюю работу (2,0 КФА), его средний расход за двадцать четыре часа составил 1,5 КФА, или в полтора раза больше скорости его основного обмена. Умножьте 1,5 на приблизительную скорость основного обмена – и вы получите количество энергии, которое тратит человек в день.

Этот подход, называемый факторным анализом, был грубым, но, казалось, давал разумные результаты. И он до сих по широко используется. Именно его применяет Всемирная организация здравоохранения для определения ежедневных потребностей в калориях для населения, с которым работает. И именно этот подход – а точнее простая математика – лежит в основе каждого онлайн-калькулятора, который оценивает ежедневные потребности в калориях, исходя из рос та, веса, возраста (для оценки основного обмена) и уровня физической активности (для присвоения среднего дневного номинального значения).

Спустя десятилетия результаты факторного анализа остаются именно тем, чем всегда должны были быть: хорошей догадкой. Подобные оценки ежедневного расхода в некотором смысле правильны, потому что скорость основного обмена можно предсказать, зная массу тела и возраст. Этот показатель составляет большую часть энергии, затрачиваемой каждый день, поэтому, если у вас хорошая СОО, то и общие показатели количества энергозатрат у вас будут высокими.

Однако результаты, полученные благодаря факторному анализу, скрывают главный недостаток этого исследования. Метод предполагает, что ежедневные затраты энергии – это просто сумма скорости основного обмена и расхода на физическую активность и пищеварение. Эта точка зрения стала настолько общепринятой и широко распространенной, что трудно посмот реть на это с какой-то другой стороны. Это то, чему учат каждого студента, изучающего питание и метаболизм, что усваивает любой начинающий врач в медицинском институте, и самый главный принцип всех программ похудения. Как мы обсудим в Главе 5, все не так просто – по крайней мере в долгосрочной перспективе. Суть в том, что ежедневный уровень активности практически не влияет на количество калорий, которые вы сжигаете в сутки.

Ненадежность опросов

Следующее крупное открытие в области энергетических затрат оказалось провальным и вернуло нас на шаг назад. А все началось с очень простого предположения: если мы хотим знать, сколько пищи люди едят каждый день, давайте просто спросим их! Это казалось достаточно разумным (вы ведь можете вспомнить, чем ужинали вчера, не так ли?), и можно было собрать данные о миллионах людей почти без каких-либо усилий. Нет необходимости узнавать рост, вес и возраст, отслеживать ежедневную активность, вычислять номинальные значения или что-то в этом роде. Просто попросите заполнить анкету.

Эта идея не совсем абсурдна. Поскольку многие люди большую часть времени находятся в балансе (количество потребляемых калорий соответствует расходуемым), получение надежных данных о потреблении пищи в принципе могло помочь измерить ежедневные энергетические затраты. Но, как и большинство случаев, зависящих от человеческой честности и самосознания, этот метод изначально был обречен на провал.

Оказывается, люди практически не следят за тем, что едят. Когда вы просите кого-то заполнить анкету об их питании, готовьтесь к тому, что ответы будут очень ненадежными. Это все равно что спрашивать людей, сколько раз у них возникали грязные мыслишки о Бреде Питте – никто не ответит честно. В недавнем исследовании, проведенном с участием 324 мужчин и женщин в пяти странах, взрослые занижали фактическое потребление еды в среднем на 29 %. Это равносильно одному забытому приему пищи в день. Кроме того, полученные данные не давали никакой возможности отследить расход энергии. Потребление энергии, о котором сообщали испытуемые, никак не отражало затраты в целом. Анкеты о рационе питания – это просто генераторы случайных чисел, и данные, которые исследователи получают о ежедневном количестве калорий, бесполезны. Единственное, что может быть хуже, – это относиться к этой информации как к реальным показателям и создавать на ее основе программы питания.

В 1990 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) основало национальную программу общественного питания, которая базировалась на результатах опросов о рационе. В настоящее время вводятся новые правила, которые потребуют маркировки упаковки пищевых продуктов, и FDA хотело бы размещать на этикетках некий ориентир для ежедневного потребления энергии. Основываясь на данных программы «Национальное обследование здоровья и питания», ученые выяснили, что женщины сообщают о потреблении от 1600 до 2200 ккал в день, а мужчины – от 2000 до 3000. Это означало бы, что общее среднее значение для взрослого человека составляет от 2000 до 2500 ккал в день. Чтобы предотвратить переедание и вместе с этим работать с более удобным числом, ученые округлили значение до 2000, и эти показатели до сих пор актуальны. Теперь вы знаете, кто заставил вас верить в то, что диета типичного американца составляет 2000 килокалорий.