Текст книги "Мозг и его потребности. От питания до признания"

Центр пищевой потребности, центр голода

Где же находятся совокупности нейронов, отвечающие за биологические потребности? Ответ: «В древних структурах мозга» – не всегда справедлив. Известны ситуации, когда соответствующие нервные клетки обнаруживаются в эволюционно довольно новых зонах (например, нейросети, в состав которых входят зеркальные нейроны).

Но пищевая потребность действительно является очень древней функцией, поскольку еда всем и всегда абсолютно необходима. Без энергии и строительных материалов даже одноклеточные организмы существовать не могут. Уже в ганглиях червей мы находим что-то вроде центров голода. Эти центры как минимум усиливают двигательную активность. Например, червяку стало голодно, и он начинает более активно ползать по окрестностям в надежде встретить какой-нибудь источник калорий.

В нашем с вами мозге наиболее значимые нейросети, связанные с пищевой потребностью, находятся в гипоталамусе – нижней части промежуточного мозга, а точнее, в его средней части (серый бугор гипоталамуса) (рис. 2.1).

Второй значимой для пищевого поведения зоной является структура, которая называется миндалина, по-латыни amygdala. Эта парная структура относится к базальным ганглиям и находится в височных долях больших полушарий, в их глубине. Взаимодействие этих мозговых структур направляет многие потребности, в том числе пищевую.

В случае пищевого поведения, пищевой потребности первую скрипку играет гипоталамус, а миндалина играет роль контролирующего и подтормаживающего центра.

Рис. 2.1. Схема поперечного среза через головной мозг человека (вид снизу). Отмечены верхняя и нижняя части промежуточного мозга (таламус и гипоталамус), а также миндалина (относится к базальным ганглиям конечного мозга). Хорошо видна боковая борозда и находящаяся на ее дне островковая кора. Скопление серого вещества над миндалиной – двигательные области базальных ганглиев. На верхней схеме отмечен гиппокамп (также см. рис. 3.2 в главе 3)

Факторы, запускающие пищевое поведение

Что активирует поведенческие программы, связанные с пищевой потребностью?

● Прежде всего это сенсорные сигналы из внешней и внутренней среды. В случае пищевой потребности, голода это запах пищи, вид пищи, сигналы от пустого желудка, концентрация глюкозы в крови. Существует большой набор сигналов, активирующих пищевое поведение. Какие-то из них врожденно заданы, большинство – результат обучения. Примером могут служить «приобретенные программы», например любимая марка мороженого или логотип известной фирмы, продающей фастфуд.

● Гормональный фон: существует несколько ключевых гормонов, которые связаны с голодом и питанием.

● Гены, наследственность: особенность, перешедшая от родителей. Кто-то врожденно более склонен к активному поеданию пищи и перееданию, кто-то менее.

● Индивидуальная история. Этот процесс подразделяется на две фазы: пренатальную и постнатальную. К пренатальной относится то, что случилось, когда вы еще были в животе у мамы. Именно во время эмбрионального развития формируется масса врожденных нейросетей. В итоге то, как себя ощущала мама во время беременности, какой у нее был уровень стресса, болела или не болела она инфекционными заболеваниями и т. д., оказывается очень важным фактором. Постнатальная фаза – это то, что случилось уже после вашего рождения.

Психогенетические исследования, которые начались еще в XIX веке со сравнения монозиготных и дизиготных близнецов, для очень многих характеристик нашей личности (в том числе связанных со сферами потребностей и темперамента) дают весьма однотипную картину:

● примерно на 50 % их проявления зависят от генов;

● на 25 % – от пренатального развития;

● на 25 % – следствие постнатальных событий.

Получается, что в нас столько всего закладывается генетически и пренатально, что потом изменить, скорректировать это воспитанием, влиянием общества бывает крайне непросто. При каких-то не очень значимых событиях мы легко подчиняемся окружающей среде, воле начальников и добрых советчиков. Но если наступают серьезные испытания, если нас ставят в сложное положение, то тут из нас того и гляди «полезет» истинная сущность. Этот сюжет очень любят литераторы и кинематографисты, которые в своих произведениях так и норовят загнать людей в экстремальную ситуацию и показать, какие они «на самом деле».

Если вернуться к пищевой потребности, то, например, известно, что, если мама плохо питается во время беременности, ребенок потом будет склонен к перееданию.

Он еще не родился, но уже в курсе: «Еда в этом мире – большой дефицит…»

Весьма актуальная область связана с кесаревым сечением. Изучают, в частности, вредно кесарево сечение или не очень и как оно сказывается на дальнейшем поведении ребенка. Существует много разных мнений по этому поводу. Например, солидный американский журнал[7]7
  JAMA Pediatr. Published online. September 06, 2016.


[Закрыть] в 2016 году опубликовал статью о связи кесарева сечения и риском ожирения во взрослом возрасте. Утверждается, что если ребенок появился на свет при помощи кесарева сечения, то в него не попадает нужный набор бактерий, которые дальше должны способствовать работе кишечника. В итоге из-за того, что у ребенка не такая как надо микробиота (термин, обозначающий содержимое толстого кишечника), он будет с большей вероятностью склонен к перееданию и набору веса. Дети, появившиеся на свет при помощи кесарева сечения, на 64 % чаще страдали ожирением, чем их братья и сестры, рожденные классическим способом.

Отсюда мораль: не надо бояться кесарева сечения, но нужно использовать микробиоту матери. Исходя из теории «вагинального посева» (с которой, впрочем, не все согласны[8]8
  Front. Med. (Lausanne), 2018, May 4.


[Закрыть]), ребенку надо нанести смазку с соответствующей части тела матери на лицо или губы. Сейчас, кстати, микробиота – популярнейший объект исследования, и анализ того, что живет в кишечнике успешных людей, гениев, выдающихся музыкантов, всех интересует. Хотя на самом деле еще в XIX веке практиковалась технология, когда больные из высшего общества получали клизмы с микробиотой «совершенно здоровых крестьян».

Центры мозга, отвечающие за пищевое поведение

Вернемся к гипоталамусу, который состоит из примерно 80 отдельных групп ядер с разными задачами. Гипоталамус в этом смысле – очень сложная по устройству структура. В других областях мозга, например в таламусе, который находится чуть выше гипоталамуса, между ядрами с разными функциями имеются прослойки аксонов («белое вещество»), и это четко видно на срезах. В гипоталамусе же одно ядро незаметно переходит в другое, границы ядер анатомически неочевидны и определяются лишь при оценке функций нейронов. Гипоталамус требуется еще изучать и изучать, тем более что добираться до его центров тяжело, так как вживлять электроды надо очень глубоко в мозг (и очень точно).

Напомним, что:

● средняя часть гипоталамуса в большей степени связана с голодом и жаждой;

● передняя – с половым и родительским поведением;

● задняя – с проявлениями страха и агрессии.

Действительно, если мы рассмотрим среднюю зону гипоталамуса, то обнаружим здесь не просто нейроны, связанные с голодом, но две конкурирующие области. Одну можно условно обозначить как собственно центр голода, другую – как центр пищевого насыщения, и они постоянно подтормаживают друг друга.

Надо отметить, что системы с взаимным торможением двух центров довольно часто встречаются в мозге, они позволяют поддерживать стабильность внутреннего состояния (гомеостаз). Если какой-то из блоков мозга вдруг начинает избыточно активироваться, его конкурент и оппонент говорит: «Потише, поспокойнее». В итоге равновесное состояние удерживается гораздо надежнее, чем если бы не было такой системы с отрицательными обратными связями.

Подобного рода контуры существуют и на уровне небольших нейросетей, и на уровне взаимодействия макроструктур (центры сна и бодрствования, положительных и отрицательных эмоций, сгибания и разгибания конечностей). И для победы одного из центров (например, центра голода) нужны серьезные дополнительные сигналы.

Если таких дополнительных сигналов нет, мы спокойны и голод не испытываем, центры насыщения (вентро-медиальный гипоталамус) временно побеждают. Но если появились сигналы о том, что в крови мало глюкозы и падает концентрация инсулина, если пустой желудок сообщает: «Мои стенки слишком сжались!» – тогда активируется латеральное ядро гипоталамуса, в наибольшей степени связанное с голодом, и пищевая потребность начинает побеждать. Чем дольше длится это состояние, тем больше уровень возбуждения, тем активнее гипоталамус «стучится» в кору больших полушарий и требует изменений поведения. Далее мы имеем дело с очень индивидуальной ситуацией: для кого-то эти сигналы совершенно невыносимы, сразу возникают негативные эмоции, а кто-то может терпеливо ждать времени обеда или ужина.

Важнейшим показателем в данной истории является концентрация глюкозы в крови. В идеале она составляет около 0,1 %. Эта цифра важна прежде всего для мозга, для работы всех нервных клеток. Дело в том, что наши нейроны, во-первых, очень много потребляют глюкозы. Мозг – самая активная часть организма, и, как уже упоминалось, она «ест» больше всего энергии. Во-вторых, нейроны совершенно не умеют запасать глюкозу. Скажем, мышечные клетки способны создавать запасы глюкозы, и в случае, когда мы давно не ели, эти запасы они используют. А нервные клетки этого не умеют. Они все время, каждую секунду берут глюкозу из крови. Поэтому, если концентрация глюкозы в крови будет отличаться от 0,1 %, пойдет вниз или вверх, скажем, на четверть или треть – мозгу это серьезно не понравится.

Если будет слишком мало глюкозы, можно упасть в голодный обморок. Если будет слишком много глюкозы, нервная система перевозбудится, и это может вызвать ее болезненное состояние.

Как известно, содержание глюкозы в крови регулируется инсулином. Когда мы едим, концентрация глюкозы в плазме начинает расти, поджелудочная железа это замечает и выделяет инсулин. Все клетки начинают быстро усваивать глюкозу. В итоге ее концентрация не должна подняться намного выше «правильного» уровня 0,1 %.

А если мы давно не ели, то концентрация падает ниже 0,1 %. В этом случае есть дополнительные механизмы стабилизации. Например, печень начинает выбрасывать свой запас глюкозы (она там хранится в форме полимера гликогена). Причем на фоне понижения концентрации глюкозы в крови инсулин вообще перестает выделяться. Отсутствие инсулина в крови – сигнал всем клеткам организма не трогать глюкозу. То есть мышцы, почки, кожа без инсулина глюкозу не берут. Без инсулина глюкозу имеет право брать только мозг. Нервные клетки продолжают глюкозу потреблять, но концентрация ее в крови все-таки падает. Вот тут-то и срабатывает центр голода.

Если концентрация глюкозы в крови оказывается заметно меньше 0,1 %, мы начинаем на субъективном уровне чувствовать голод, и чем ниже падает концентрация, тем сильнее чувство голода. Возникает настоятельная пищевая потребность, сигналы гипоталамуса становятся все «громче», и даже очень разумное существо, занятое самыми возвышенными размышлениями, скорее всего, бросит эти размышления и пойдет к холодильнику или в магазин. Потому что это важно, потому что без глюкозы мозг быстро перейдет в плохое функциональное состояние.

Итак, снижение концентрации глюкозы в крови подтормаживает центры насыщения и активирует центр голода; повышение концентрации глюкозы и инсулина в крови тормозит центр голода и активирует центр насыщения.

Очень важным фактором (помимо химического состава крови) являются сигналы от пустого желудка. Пустота в желудке означает, что стенки его не растянуты. В желудке есть специальные нервные волокна, которые на это реагируют, и сигнал по ним уходит в центр голода.

Поэтому всем известный рецепт: если вы хотите есть, а есть нечего или вы героически сидите на диете, – чтобы заглушить чувство голода, надо попить.

Причем лучше пить не газированную воду, а обычную, потому что пузырьки тоже возбуждают стенку желудка, а это вам ни к чему. Если вы выпьете стакан воды, может быть, это поможет на несколько минут. Не поможет – выпейте еще один стакан воды, но в конце концов все равно придется съесть хотя бы яблоко или морковку, для того чтобы заполнить пустоту в желудке и «удовлетворить» те вкусовые рецепторы, которые находятся непосредственно в его стенках.

Существуют специальные приемы, когда хирурги отрезают часть желудка особо тучному человеку. Или хотя бы устанавливают на желудок кольцо, которое не дает ему слишком растягиваться, и человек действительно начинает меньше есть.

Еще один вариант обмана рецепторов желудка: съесть некую псевдопищу, например таблетки из целлюлозы, которые, по сути, представляют собой кусочки прессованной туалетной бумаги. Человек глотает эту таблетку, она внутри разбухает, как памперс, и желудок чувствует: «Я что-то съел». При этом сигнал от желудка становится слабее. В принципе, это может помочь некоторым людям контролировать свой процесс питания.

Сейчас даже предлагается вживлять в тело специальные электроды, которые подавляют электрические сигналы, идущие от желудка к мозгу, чтобы за счет таких специальных хирургических имплантационных техник, сдерживать ощущение голода.

Если с центром голода или с центром насыщения что-то случается, то пищевое поведение животного или человека радикально меняется.

Классические эксперименты еще в середине прошлого века проведены на кошках. Некоторым из них разрушали центр голода, а другим – центр насыщения. Если разрушить латеральный гипоталамус, центр голода, то сигналов о дефиците пищи вообще не возникает. И кошка просто не хочет есть, становится дистрофичной, поскольку у нее не запускаются программы пищевого поведения. А животные с разрушенным центром насыщения будут есть, пока влезает (и пока переполненный желудок не начнет подавать болевые сигналы), и все равно останутся голодными…

Иногда недоношенные дети рождаются с такой дисфункцией гипоталамуса, когда они не хотят есть и не плачут от голода. Мама сначала радуется: «О, какой тихий и спокойный достался!» – а потом, естественно, начинает тревожиться. В этом случае надо просто кормить младенца по часам и не забывать делать это регулярно. К счастью, сосательный рефлекс в любом случае срабатывает, даже если выключен центр голода («аппетит приходит во время еды»). Как правило, через два-три месяца гипоталамус созревает, и блок пищевого поведения начинает работать нормально.

Еще один вариант нарушений наблюдается, когда у взрослого человека происходит микроинсульт в центре голода. Микроинсульты и вообще инсульты – это события, которые выключают какие-то области мозга. Инсульты бывают разными. Например, когда тромбируется сосуд, какая-то часть мозга перестает получать кислород и выключается – это более легкий вариант, называемый «ишемический инсульт». Хуже – геморрагический инсульт, когда сосуд лопается, и кровь, вытекая, повреждает окрестные нервные клетки. Для нейронов кровь – ядовитая жидкость (в ней много белков со свойствами пищеварительных ферментов). Даже порвавшийся микрососуд может вызвать довольно заметное изменение поведения, в частности выключение чувства голода. И наоборот: если микроинсульт случится в зоне, связанной с пищевым насыщением, – вентромедиальном ядре, тогда человек или животное все время будут ощущать сильнейший голод, у них возникнет патологический аппетит и набор веса.

Если человек весит 150–200 кг, это можно списать на фастфуд, обильное неправильное питание, плохие привычки, нарушение обмена веществ. Но когда кто-то весит 300–400 и более килограммов – это, конечно, уже проблемы с гипоталамусом. Такие люди постоянно ужасно голодны, и им очень тяжело живется. Широко известна история мексиканца Мануэля Урибе, у которого до 20 лет было нормальное пищевое поведение, но затем он стал ощущать постоянный жуткий голод. Анализ показал, что у него случился микроинсульт в вентромедиальном гипоталамусе, и дальше он только и делал, что ел, набрав вес почти в 600 кг.

Если немного серьезнее посмотреть на баланс голода и насыщения, то оказывается, что, помимо так называемых фазических факторов, есть еще и тонические.

Фазическими называют сигналы, которые действуют здесь и сейчас, и они уже через минуту-две могут выключиться. Они обусловлены концентрацией глюкозы в крови и сигналами от пустого желудка. Тонические факторы определяют баланс голода и насыщения в течение дней, недель, месяцев.

Влияние гормональных факторов. Анаболизм и катаболизм

Главнейшими тоническими факторами являются гормоны. Наиболее известен из них лептин – гормон, который выделяется нашей жировой тканью. Именно с лептином связывают глобальный баланс энергии в нашем организме. Баланс того, что называют анаболизмом и катаболизмом (рис. 2.2).

Анаболизм – это процессы синтеза органических веществ, которые в итоге приводят к росту организма и набору массы. Необязательно это жир, это могут быть, например, мускулы. Недаром есть спортивные допинги, так называемые анаболические стероиды, которые позволяют быстро наращивать мышечную массу.

Рис. 2.2. Основные факторы, влияющие на центр голода и энергетический баланс организма. На рисунке не показано воздействие на процессы катаболизма гормонов стресса, половых гормонов, тироксинов

Катаболизм – это процессы распада органических веществ, которые приводят к потере массы и энергии. Кстати, греческая приставка «ката» означает движение вниз. Например, «катаклизм» дословно переводится как падающий сверху вниз поток воды, который все очищает. В этом смысле наводнение или цунами – это катаклизм, а вот землетрясение или извержение вулкана – нет.

Во всяком случае, катаболизм отвечает за снижение, потерю массы тела. Получается, что с катаболизмом связаны центры насыщения (а еще – состояние стресса и высокая двигательная активность), а с анаболизмом, напротив, центры голода и «экономии сил».

Клетки жировой ткани, вырабатывающие лептин, называются адипоциты. Адипоциты находятся прежде всего в подкожной жировой клетчатке, они выполняют важную функцию – запасают липидные молекулы. Сама по себе идея – запасти жир – в целом хорошая, поскольку, когда наши предки эволюционировали, еды вечно не хватало. Поэтому, если пища появлялась, ее надо было съесть. Было правильно, что она в организме запасается. А потом, в плохие времена, эти запасы будут обязательно использованы.

К счастью, человек не относится к категории медведей или сурков, которые каждую осень становятся в несколько раз тяжелее, а потом во время зимней спячки вес сбрасывают. У нас такого механизма нет, мы как потомки тропических обезьян активны круглый год, и какого-то сезонного, явного набора массы не происходит. Но тем не менее небольшое количество жира необходимо.

Например, если женский организм становится совсем худым, то даже овуляции останавливаются. Без нормальных лептиновых сигналов яичники перестают вырабатывать яйцеклетки, потому что половая система «понимает»: такой тощий организм все равно не сможет выносить ребенка.

В норме каждая клеточка жировой ткани выделяет лептин. Получается, что общая концентрация лептина в крови – это информация о том, сколько есть запасов в организме. Поскольку мы произошли от обезьян-древолазов, слишком большая масса тела для нас – это нехорошо. Толстая обезьяна рано или поздно сломает ветку, упадет и разобьется.

Именно лептиновый сигнал тормозит центры голода, а лептин служит основным ограничивающим фактором, который глобально («тонически») следит за нашим весом.

Если вы начинаете толстеть, то в норме лептиновый сигнал ограничивает ваш аппетит, и вес останавливается на какой-то разумной цифре.

Проблема в том, что лептин – белковый гормон, а белки – это большие, крупные молекулы, которые с трудом проходят в мозг. Между нашей кровью и мозгом существует специальный клеточный барьер. Он называется гемато-энцефалический барьер, сокращенно ГЭБ. Этот барьер служит для того, чтобы ненужные вещества из крови в мозг не проникали. Различные мелкие молекулы в кровь в основном попадают из пищи; белковые молекулы являются результатом деятельности печени, эндокринных желез. Если бы все эти вещества преодолевали ГЭБ, то деятельность нервных клеток слишком легко бы нарушалась. Поэтому в мозг проходят (а точнее, транспортируются, активно переносятся) избранные соединения. Глюкоза, конечно, хорошо проходит, она главный источник энергии. Белок лептин с трудом проникает в мозг, для этого имеется специальная транспортная система. С возрастом лептин преодолевает ГЭБ все хуже и хуже. Соответственно, сигнал адипоцитов не достигает гипоталамуса, и люди после 40 лет часто начинают набирать вес. Вывод: важно всегда быть осознанными потребителями пищи, особенно с возрастом.

Если мозг генетически не чувствителен к лептину, а такое бывает, то голод силен прямо с рождения. Существуют дети, у которых нет реакции на лептин, они с младенчества начинают катастрофически толстеть, и уже в восемь-десять лет могут достичь массы 100 и более килограммов. Существует идея использования лептина в качестве препарата, лекарства для контроля веса. Но, поскольку это белок, эффекта добиться весьма сложно. Даже если лептин вводить внутривенно, совсем немного этого вещества дойдет до мозга. А лептин в виде таблеток будет просто разрушен в желудке и кишечнике и в кровь даже не проникнет.

Помимо лептина, за последние десять лет открыт целый ряд других гормонов, регулирующих баланс центров насыщения и центров голода. Можно отметить грелин – молекулу, которая выделяется пустым желудком. Оказалось, что пустой желудок не только передает по нервам электрические сигналы в центр голода, он еще и выделяет гормональный фактор.

Грелин усиливает чувство голода, и с ним сейчас работают не менее активно, чем с лептином, поскольку если мы сумеем снизить концентрацию грелина в крови, то понизим общий уровень голода.

Возможно, ученым удастся разработать вакцину, которая позволит подавить грелиновый сигнал.

Грелин, нейропептид Y, меланокортины, орексин – все эти гормоны очень «нежно» и аккуратно работают внутри гипоталамуса, регулируя баланс насыщения и голода. Это пока еще малоизученная область физиологии мозга и физиологии питания.

Впрочем, на потребление пищи и чувство голода влияют и самые обычные, всем известные гормоны. Например, гормоны щитовидной железы – тироксины. Щитовидная железа выделяет важнейшую группу гормонов, которые регулируют общую интенсивность обмена веществ в организме. То, сколько каждая конкретная клетка потребляет глюкозы, насколько активно «сжигает» ее и получает энергию, зависит от тироксинов. Чем их больше, тем интенсивнее сгорает пища. Человек, у которого щитовидная железа работает мощно, худой, поджарый и все время хочет есть. Такой человек может съедать хоть 15 гамбургеров в день и, скорее всего, не потолстеет. У него все уходит в тепло и движения. Правда, слишком много тироксина тоже нехорошо, потому что возбуждение организма доходит до степени, когда могут возникнуть нервозность, гипертония, бессонница. Поэтому все хорошо меру. Но в принципе избыток тироксина – это не очень страшная беда.

Хуже, когда щитовидная железа работает плохо и в организме мало тироксинов. Вот тогда человек вялый, выглядит одутловато. Несмотря на то что он не очень много ест, почти вся пища откладывается про запас. И на уровне психических процессов недостаток тироксина провоцирует вялость, депрессивные состояния. Недаром эндокринологи говорят, что не менее половины случаев депрессии начинаются с того, что у человека плохо работает щитовидная железа.

Вывод: если жизнь перестала вас радовать, то сначала надо пойти к эндокринологу, а уже потом к психотерапевту. Может быть, достаточно просто попить таблетки с тироксинами. Тироксины, в отличие от лептина, представляют собой маленькие, прочные молекулы, которые прекрасно проходят из кишечника в кровь, и далее – через ГЭБ в мозг.

Адреналин и кортикостероиды (прежде всего кортизол) – это гормоны надпочечников. Они всегда есть в организме на фоновом, нормальном уровне. Кортикостероиды больше связаны со стрессом, во время которого их выделяется очень много. Но, в принципе, чем больше их в крови, тем организм активнее сжигает энергию.

Еще помогают сжигать питательные вещества половые гормоны, а также гормон роста. Все они работают на то, чтобы лишняя энергия не накапливалась, и это помогает контролировать вес.

Усложняет ситуацию то, что существуют суточные и сезонные ритмы выделения гормонов, а значит, чувства голода. У кого-то сильный голод может возникнуть посреди ночи. У женщин дополнительно имеются месячные ритмы потребления пищи. Но сложнее всего разобраться с потреблением пищи во время беременности и кормления грудью.