Текст книги "Твоя толстая натура. Чем полезен «вредный» жир и как взломать механизм набора веса"

Мы проделывали это множество раз, используя фруктозу как пищевой сахар, но поразительный результат мы получили из исследования, проведенного в моей лаборатории Карлосом Ронкалем. Карлос использовал сахарозу (вы уже знаете, что это столовый сахар, состоящий из глюкозы и фруктозы). Он разделил крыс на две группы: первая получала диету, содержащую 40 % сахарозы, а во второй группе, в такой же диете, сахароза была заменена на крахмал (сложный углевод, не содержащий фруктозы). Для того чтобы все животные получали одинаковое количество еды, он каждый день измерял, сколько потребили животные, а затем, на следующий день, порция уменьшалась до наименьшего объема, съеденного одним из подопытных.

Проводя эксперимент, мы с Карлосом не заметили, что одна крыса всегда ела очень мало, и поэтому на протяжении всех четырех месяцев все животные получали столько еды, сколько съедала крыса с плохим аппетитом. В конце концов выяснилось, что эта крыса болела раком и, значит, все животные получали весьма скудную диету. Это незапланированное событие обернулось удачей, так как мы невольно провели идеальное исследование воздействия сахарозы на метаболизм в условиях сниженного потребления еды.

В конце эксперимента мы получили поразительные результаты. Несмотря на ограничение калорий, у всех потреблявших сахарозу крыс развился сахарный диабет, а печень была инфильтрована жиром. Напротив, у крыс, получавших крахмал, была нормальная печень и отсутствовал сахарный диабет. Что касается прибавки в весе, то животные, получавшие сахарозу, накопили жира больше, чем контрольные крысы, но незначительно. Эта находка была вполне логична, потому что согласовалась с другими нашими исследованиями, в которых было показано, что прибавка в весе на фоне диеты, богатой сахаром, обусловлена общим количеством калорий (хотя в небольшой степени она обусловлена снижением количества сжигаемой энергии).

Фруктоза приводит к прибавке в весе, так как стимулирует увеличение потребления пищи, но сама она является причиной возникновения других признаков метаболического синдрома, даже если количество потребляемых калорий остается одним и тем же.

Производители сиропов с повышенным содержанием фруктозы утверждают, что мы набираем жир, потому что слишком много едим, и что ожирение не имеет никакого отношения к тому, что именно мы едим – в частности, избыточное потребление сахара здесь якобы вообще ни при чем. Они финансировали исследования, в которых утверждалось, что нет разницы в степени прибавки в весе между людьми, потребляющими большие количества фруктозы, и людьми из контрольной группы, если общее потребление калорий у них одинаково. Это позволяет всем нам думать, что напитки с повышенным содержанием фруктозы и сахарозы не являются причиной эпидемии ожирения. Однако в этих исследованиях не был учтен тот факт, что сахароза и фруктоза вызывают прибавку в весе, запуская биологический процесс, который заставляет нас постоянно испытывать голод, а значит, больше есть. Далее, в этих исследованиях не изучали другие проявления метаболического синдрома (отложение жира преимущественно на животе, инсулинорезистентность, ожирение печени и т. д.), которые возникают под действием фруктозы независимо от уровня потребления калорий.

Это ставит перед нами следующий вопрос: что можно сказать о фруктозе, которая заставляет нас больше есть?

Как фруктоза индуцирует чувство голода?

Одним из основных способов, какими животные контролируют свой вес, является влияние гормона, называемого лептином. Лептин, который, если вы помните, секретируется жировыми клетками, сообщает мозгу о том, что мы насытились. Было, однако, выяснено, что осенью, во время подготовки к зимней спячке, у медведей развивается резистентность к действию лептина. Люди, страдающие избыточным весом или ожирением, тоже проявляют резистентность к лептину. Эта резистентность проявляется постоянным чувством голода, в результате чего и медведи, и люди едят больше, чем им нужно, и набирают вес.

Наша исследовательская группа в сотрудничестве с физиологом Филипом Скарпейсом смогла показать, что, когда лабораторные животные получают богатую фруктозой диету, у них развивается резистентность к действию лептина; правда, эта резистентность развивается не сразу, для этого требуется несколько недель или даже месяцев. Приобретая резистентность к лептину, животные начинают испытывать постоянное чувство голода, есть больше, чем им необходимо, и набирают вес. Примечательно, что резистентность к лептину сохраняется в течение нескольких недель после того, как прекращается потребление фруктозы.

Здесь стоит, однако, сделать две оговорки. Во-первых, сама по себе резистентность к лептину необязательно приводит к увеличению веса тела. Если вы резистентны к лептину, но не потребляете лишних калорий, либо потому что еда недоступна, либо потому что вы способны преодолеть желание есть (это очень трудно!), то вы не прибавите в весе; вы будете просто постоянно испытывать чувство голода. Во-вторых, степень прибавки в весе при резистентности к лептину зависит от типа пищи, которую вы едите. Скажем, если вы едите высококалорийную пищу, например жирную, то прибавка будет больше, чем при потреблении пищи низкокалорийной.

Феномен резистентности к лептину позволяет объяснить, почему кормление животных жирной пищей в сочетании с фруктозой приводит к драматическому увеличению веса тела. Это также позволяет понять, почему диета только с высоким содержанием жира, но без фруктозы не приводит к увеличению веса; животное остается чувствительным к действию лептина и, соответственно, регулирует потребление пищи[13]13
  Ранее мы выяснили, что диета с высоким содержанием сала не вызывает увеличения веса лабораторных животных, если к рациону не добавлять фруктозу. Однако диета с высоким содержанием сливочного масла приводит к увеличению веса, хотя и без активации механизма переключения в режим выживания. Механизм этого феномена неясен, но, возможно, играют роль другие составляющие сливочного масла или эффект изоляции (см. главу 9).


[Закрыть]. Это весьма правдоподобное объяснение того факта, что диета с высоким содержанием жира и низким содержанием углеводов не приводит к ожирению.

Фруктоза вызывает резистентность к лептину, что, в свою очередь, заставляет нас испытывать чувство голода, больше есть и набирать вес.

Фруктоза вызывает резистентность к лептину, а это заставляет нас испытывать чувство голода и больше есть. Но единственная ли это роль, которую фруктоза играет в прибавлении веса? Большинство из нас любят сладкое; многие люди признаются, что испытывают непреодолимую тягу к нему. Влияет ли эта любовь и влечение к сладкому на наше потребление пищи?

Играет ли наша любовь и тяга к сладкому какую-то роль в том, как именно фруктоза способствует развитию ожирения?

Можно сказать, что у нас буквально любовный роман с сахаром, потому что, когда мы едим сладкое, оно запускает высвобождение в мозге дофамина, который вызывает у нас чувство удовольствия. Есть даже данные о том, что наша любовь к сладкому может перерасти в болезненное пристрастие, такое же как при наркомании (мы подробнее обсудим эту тему в главе 7). Например, мыши, которым время от времени давали пить раствор сахарозы, выпивали его очень быстро, как только он становился доступным, а затем проявляли тревожность и признаки синдрома отмены, если их лишали сладкой воды. Эти данные позволяют задать вопрос о том, не играет ли наша любовь к сахару какую-то роль в развитии ожирения – помимо индукции резистентности к лептину.

Для того чтобы исследовать этот вопрос, наша группа выполнила исследование, совместное с сотрудниками Университета Колорадо Томом Фингером и Сью Киннамон, с целью выяснить, вызовет ли фруктоза ожирение у мышей, которые методами генной инженерии были лишены чувства вкуса (у этих мышей гены, отвечающие за восприятие вкуса, удалены из генома). Интересно, что эти страдающие потерей вкуса мыши все равно предпочитали чистой воде растворы фруктозы, сахарозы и напитки с повышенным содержанием фруктозы. У них точно также развивались все признаки метаболического синдрома. Неудивительно, что эти изменения сочетались с развитием резистентности к лептину.

Наша склонность к сахару побуждает нас съедать его как можно больше, но мы заболеем ожирением от сахара, даже если перестанем ощущать его вкус.

Мы также посмотрели, есть ли разница между лишенными чувства вкуса и нормальными мышами относительно того, сколько фруктозы они предпочитают потреблять. Мыши в обеих группах предпочитали фруктозу чистой воде, но нормальные мыши пили больше раствора фруктозы, а это позволяет утверждать, что главный эффект сладкого вкуса заключается в том, что он побуждает к усиленному потребления сладкой пищи[14]14
  Если вас интересует влияние заменителей сахара, то можно сказать, что они тоже стимулируют рецепторы сладкого вкуса в сосочках языка, а значит, побуждают к потреблению сладкого. Однако в отличие от фруктозы искусственные заменители сахара сами по себе не вызывают ожирения. Более подробно этот вопрос обсуждается в главе 8).


[Закрыть]. Жир набирали мыши обеих групп, хотя – и это было полной неожиданностью – нормальные мыши набирали меньше избыточного веса, чем мыши, лишенные вкуса, несмотря на то что нормальные мыши потребляли больше фруктозы. (Оказалось, что у лишенных вкуса мышей была выше резистентность к лептину; причина такой резистентности, правда, остается пока неясной.) Это позволяет предположить, что, хотя наш вкус к сахару действительно побуждает нас есть еще больше сахара, мы набираем вес даже в том случае, если не ощущаем сладкий вкус.

Хотя мы думаем, что сладкий вкус является главной причиной нашей любви к сахару и фруктозе (и содержащим их напиткам), тот факт, что лишенные вкуса мыши тем не менее предпочитают воде фруктозный сироп, позволяет думать, что наша тяга к фруктозе может вызываться и другими механизмами, помимо вкуса. Этот вывод был подтвержден другой исследовательской группой, которая в своих опытах использовала мышей, избирательно лишенных чувствительности к сладкому вкусу. Эти мыши продолжали любить сахарозу, а в их мозге в ответ на ее потребление выделялся дофамин. Однако в то время как у нормальных мышей прием заменителя сахара, сукралозы, вызывал усиление секреции дофамина, у мышей, лишенных вкуса к сладкому, такой ответ отсутствовал. Кроме того, у них отсутствовало предпочтение раствора сукралозы воде, чего не наблюдали у нормальных мышей, для которых такое предпочтение было характерным. Таким образом, в сахарозе есть нечто, вызывающее удовольствие, несмотря на отсутствие ощущения ее сладости. Одним из возможных объяснений является то, что тяга к фруктозе обусловлена теми продуктами метаболизма, на которые она расщепляется в ходе обмена. Как было указано выше в этой главе, глюкоза и фруктоза перерабатываются в принципе одинаково, но есть и некоторая разница. Например, фруктоза расщепляется до мочевой кислоты.

Наша группа решила выяснить, что особенного есть в обмене фруктозы, чем можно объяснить, почему мы испытываем тягу к фруктозосодержащим сахарам, и имеют ли особенности обмена фруктозы какое-либо отношение к ее способности вызывать метаболический синдром.

Вначале фруктоза подвергается действию фермента фруктокиназы. Мы смогли получить для опытов мышей, генетически лишенных способности синтезировать фруктокиназу. Эти мыши могли ощущать сладость сахара и расщепляли фруктозу с помощью фермента, перерабатывающего в организме и глюкозу. Однако специфическая система, предназначенная для метаболизма именно фруктозы, была у этих мышей полностью блокирована.

Затем мы предложили этим особым мышам на выбор обычную воду и растворы, содержавшие сахара разных типов. Результаты оказались поистине волнующими. Эти мыши не предпочитали раствор фруктозы воде, хотя предпочитали раствор глюкозы. Мало того, они оказались защищенными от ожирения и метаболического синдрома, хотя и были вынуждены потреблять значительные количества фруктозы. Кроме того, они сохранили способность контролировать общее потребление калорий и до глубокой старости оставались худыми (позже мы обнаружили, что так происходило благодаря сохранению чувствительности к лептину).

Одна из особенностей фруктокиназы заключается в местах организма, где она находится. В первую очередь фруктокиназа сосредоточена в печени, тонком кишечнике, почках и в меньшей степени в головном мозге. Возник вопрос, не связана ли способность фруктозы вызывать ожирение и метаболический синдром с метаболизмом фруктозы в одном из этих органов.

Для того чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Мигель Ланаспа, сотрудник нашей исследовательской группы, провел ряд экспериментов, которые пролили свет на источник нашей тяги к фруктозе и на то, как фруктоза вызывает ожирение и метаболический синдром. Блокируя метаболизм фруктозы в определенных органах и допуская ее метаболизм в других, Мигель открыл, что именно печень отвечает за развитие ожирения и метаболического синдрома. Это не очень удивительно, если вспомнить, что печень – это главный орган, отвечающий за метаболизм потребляемой нами пищи. Когда Мигель блокировал метаболизм фруктозы в печени, мыши оставались худыми, а чувствительность к лептину сохранялась у них на нормальном уровне.

Интересно отметить, что мыши, печень которых неспособна усваивать фруктозу, продолжали её любить, и пили избыточное количество воды с растворами сахаров. Наоборот, мыши, лишенные способности расщеплять фруктозу в кишечнике, пили минимальное количество воды, содержащей фруктозу, что позволяет думать, что их предпочтения определяются какими-то связями между кишечником и головным мозгом. Примечательно, что если этих последних мышей принуждали есть фруктозу, то у них развивались ожирение и метаболический синдром.

Метаболизм фруктозы определяет наше предпочтение сахара, а также имеет отношение к тому, как фруктоза вызывает ожирение и метаболический синдром.

Эти исследования позволяют думать, что метаболизм фруктозы с помощью этого особого фермента, фруктокиназы, может объяснить, почему мы предпочитаем сахар и как именно фруктоза вызывает ожирение и метаболический синдром, но делает она это через две разные области тела. Предпочтение сахара зависит от метаболизма фруктозы в кишечнике, а способность фруктозы вызывать ожирение и инсулинорезистентность определяется метаболизмом в печени.

Вопрос на миллион долларов: как фруктоза активирует переключение в режим выживания?

Перед нами затем возник следующий вопрос: что в метаболизме фруктозы запускает переключение в режим выживания? Ответ, как выяснилось, надо было искать в энергии.

Вспомним, что, когда мы едим, содержащиеся в пище калории либо превращаются в доступную к немедленному использованию энергию, либо запасаются для использования через какое-то время. Доступная к немедленному использованию энергия называется АТФ, аденозинтрифосфат. Большая часть АТФ синтезируется на энергетических станциях клеток, называемых митохондриями. Энергия может также запасаться в виде жира или гликогена (в последнем случае энергия запасается в форме углеводов); если еда становится недоступной, то расщепление жира или гликогена позволяет получать АТФ. Неважно, происходит ли образование АТФ при расщеплении пищи, жира или гликогена, организм должен постоянно поддерживать в клетках определенный уровень этого соединения, чтобы быстро отвечать на потребность в энергии, например, для бега, мышления или даже сна.

АТФ также требуется для усвоения пищи. Эти расходы энергии необходимы, потому что из еды образуется больше АТФ, чем расходуется на ее всасывание и расщепление. Однако, поскольку обмен требует затрат определенного количества АТФ, его уровень в клетках (особенно в клетках печени) теоретически может снизиться ниже допустимого для организма уровня до завершения усвоения и расщепления еды и жира и синтеза большего количества АТФ. К счастью, для расщепления и усвоения большинства видов пищи существует система контроля, которая не допускает такого поворота событий. Возьмем для примера глюкозу.

Если уровень АТФ начинает падать, а глюкоза все еще продолжает усваиваться, вся система замедляет свою работу или останавливается до завершения метаболизма глюкозы. В результате уровень АТФ никогда не опускается ниже некоторого критического уровня и все кончается хорошо.

Метаболизм фруктозы имеет, однако, свои особенности. Системы контроля метаболизма фруктозы не существует, таким образом, печень и другие органы лишаются защиты в случае падения уровня АТФ. Фруктокиназа расщепляет фруктозу быстро, причем этот процесс требует расщепления АТФ, и в случае, если одновременно в обмен вступает много фруктозы, то уровень АТФ может снизиться очень резко.

Первоначальное снижение уровня АТФ, которое происходит в результате метаболизма фруктозы, вызывает цепную реакцию, которая поддерживает расход энергии на низком уровне. Когда АТФ используется для производства энергии, он отщепляет фосфат и превращается в АДФ (аденозиндифосфат). АДФ может снова превратиться в АТФ, что в норме и происходит в ходе метаболизма глюкозы и других питательных веществ. Однако, в ходе метаболизма фруктозы образуется АМФ (аденозинмонофосфат), который далее превращается в мочевую кислоту. Когда АДФ и АМФ уходят на образование мочевой кислоты, нарушается способность клетки восстанавливать запас АТФ.

Это не единственный путь, каким обмен фруктозы влияет на уровень образования энергии. Из начала этой главы вы, вероятно, помните, что мой интерес к фруктозе возник, когда мы открыли, что снижение уровня мочевой кислоты может отчасти блокировать способность фруктозы вызывать метаболический синдром. Но в то время было непонятно, как это работает.

Мочевая кислота вызывает окислительный стресс в митохондриях, снижая продукцию энергии, нарушая сжигание жира и стимулируя его запасание.

Затем мы узнали, что мочевая кислота, образующаяся из АМФ, уже самостоятельно воздействует на уровень АТФ. В частности, мочевая кислота является причиной окислительного стресса в митохондриях, что еще больше нарушает их способность синтезировать АТФ и одновременно стимулирует продукцию жира. Окислительный стресс, вызываемый мочевой кислотой, также блокирует сжигание жирных кислот, высвобождающихся из запасенного жира. Общим результатом является то, что не только митохондрии производят меньше АТФ, но и те калории, которые могли бы пойти на синтез АТФ, теперь запасаются в форме жира.

Когда в клетке снижается уровень АТФ, организм расценивает это как неотложное состояние и немедленно отвечает стимуляцией чувства голода[15]15
  Стоит отметить, что, хотя эти острые изменения внутриклеточной концентрации АТФ играют роль в стимуляции увеличения потребления пищи, все же более важным механизмом увеличения потребления пищи и прибавки в весе является развитие резистентности к лептину, для которого требуется достаточно длительное время.


[Закрыть]. Это приводит к увеличению потребления пищи, направленному на восстановление уровня АТФ (не считая других биологических эффектов). Однако в связи с продолжающимся окислительным стрессом в митохондриях большая часть калорий превращается в жир – а если в пище содержится фруктоза, то ситуация только ухудшается, так как уровень АТФ падает еще ниже, что только усиливает окислительный стресс. В конечном счете содержание АТФ восстанавливается, но к тому времени, когда это происходит, большая часть съеденной пищи превращается в жир.

Более полная характеристика переключения в режим выживания, запускаемого фруктозой

Коротко говоря, способ, каким работает фруктоза, заключается в том, что она имитирует голодание, создавая в клетках недостаток энергии и подавая организму сигнал о происходящем энергетическом кризисе. Именно это и переводит переключатель в положение «включено».

Чем глубже мы изучали биологический ответ на фруктозу, тем более очевидно нам становилось, что его цель заключается в обеспечении выживания. Ниже перечислены открытые главные эффекты фруктозы, большая часть которых производится из-за уменьшения поступления энергии и увеличения синтеза мочевой кислоты, которые происходят в ходе метаболизма фруктозы. Часть этих феноменов мы обсудим позднее.

Мать-природа сообразительна и умна. Потребление фруктозы заставляет животное думать, что запасы энергии в его организме истощены, даже если в нем полно энергии в форме запасов жира. Этот обман заставляет животное пополнять запасы жира и запускает множество других метаболических ответов, помогающих выжить в критических ситуациях. Это блистательная система, так как помогает запасти жир до того, как животное окажется в тяжелой ситуации, когда в противном случае пришлось бы придумывать, как выжить без еды или воды.

В природе фруктоза является частью сложной системы, в которой растения и животные помогают друг другу выживать. Цветы образуют сахарный нектар, которым с удовольствием питаются колибри. При этом колибри переносят пыльцу с цветка на цветок, что способствует успешному размножению растений. Плоды деревьев, растущих в бассейне Амазонки, созревают синхронно ее разливам, что не только обеспечивает едой рыбку паку, но и помогает распространять семена с испражнениями рыб. Подобным же образом созревание фруктов в конце лета и осенью обеспечивает спелыми, богатыми фруктозой плодами готовящихся к перелету птиц и впадающих в зимнюю спячку животных, помогая им накопить запасы жира перед зимними тяготами, а также пользуясь животными как разносчиками семян в преддверии весны.

Мы, люди, нарушили этот чудесный баланс, найдя способ есть фруктозу круглый год. Фантастическая система, созданная матушкой-природой, кажется, потерпела неудачу, столкнувшись с нами. Но, прежде чем мы обсудим детали того, как это повлияло на наше здоровье, стоит сделать паузу и спросить, почему так произошло. Неужели все дело просто в том, что мы едим слишком часто слишком много фруктозы? Хотя это главная причина, есть еще и другая; как мы увидим, достаточно удивительная. Дело в том, что в отличие от многих млекопитающих мы очень чувствительны к фруктозе; понимание же причины повышенной чувствительности потребует путешествия в далекое прошлое, отстоящее от нас на миллионы лет, чтобы исследовать еще одну биологическую загадку.

Главный путь метаболизма фруктозы осуществляется под действием особого фермента – фруктокиназы. Этот фермент использует АТФ, который он превращает в АДФ. После присоединения фосфата происходит восстановление АТФ; эта регенерация АТФ снижается в результате других метаболических реакций, которые в ходе метаболизма фруктозы стимулируют превращение АМФ в мочевую кислоту. В свою очередь, мочевая кислота вызывает окислительный стресс в митохондриях, запуская, таким образом, переключение в режим выживания. Это происходит независимо от поэтапного расщепления фруктозы, который следует обычному пути метаболизма углеводов.

Фруктоза обманом заставляет организм накапливать жир; это блистательная система, которая позволяет животным накапливать жир до того, как начинаются неприятности с едой.