Мозг получает сигналы от тела о том, как много мы едим, тратим энергии, какие у нас запасы жира, температура тела и т.д. Сигналы определенным образом суммируются и результат сравнивается с определенной установочной точкой (сетпоинт), на которую настроена область мозга, отвечающая за регуляцию содержания жира в организме. Если параметр отклоняется от заданных значений, мозг дает команду железам внутренней секреции изменить параметры работы организма. Если коррекция не приводит к желаемым результатам, мозг может изменить настройки метаболизма для того, чтобы адаптироваться к изменениям энергетического баланса. Если коррекция не требуется, то организм продолжает работать как прежде.
Но все самое интересное не в общей схеме работы, а в ее деталях.
Может показаться нелогичным и даже несправедливым, что природа создала людей склонными к ожирению, сахарному диабету и прочим неприятностям, причем возникающим на ровном месте, фактически от ничегонеделания.
Возьмем наших давних предков. Если необходимо охотиться на всяких мамонтов, метать копья, камни и палки, отбивать самок у соседнего племени, или отбиваться, будучи самками... в общем, чем там еще занимались наши прародители, то очевидно, что лучше быть спортивным, подтянутым и мускулистым. К тому же, никогда не помешает хорошо смотреться в лучах восходящего солнца в набедренной повязке. Вот такие гены должны были закрепиться в эволюции, а не то, что нам досталось!
А может быть, гены такие и есть, но не реализуются как раз по причине повального ничегонеделания?
Возьмем наших давних предков. Если необходимо охотиться на всяких мамонтов, метать копья, камни и палки, отбивать самок у соседнего племени, или отбиваться, будучи самками... в общем, чем там еще занимались наши прародители, то очевидно, что лучше быть спортивным, подтянутым и мускулистым. К тому же, никогда не помешает хорошо смотреться в лучах восходящего солнца в набедренной повязке. Вот такие гены должны были закрепиться в эволюции, а не то, что нам досталось!
А может быть, гены такие и есть, но не реализуются как раз по причине повального ничегонеделания?
Отчасти это так, люди действительно ведут чрезмерно пассивный образ жизни. Но даже у активных и спортивных не так уж просто получается набирать мышечную массу и/или снижать жировые запасы. А иметь одновременно и высокую мышечную массу и низкий процент жира без использования допингов могут лишь жалкие проценты населения.
Что подразумевается под установочной точкой, или сетпоинт, в отношении регуляции веса, мы уже обсуждали. Учитывая, что повторение — мать з̶а̶и̶к̶а̶н̶и̶я̶ учения, пройдемся еще раз по основным идеям, прежде чем углубляться в дебри.
Общий взгляд
Теория сетпоинт подразумевает, что вес тела человека активно регулируется организмом, как регулируется температура тела или кровяное давление. Отвечает за это один из ключевых регуляторных центров нашего организма, гипоталамус.
Корректнее считать, что регулируется не сам вес, а процент жира, потому что измерения веса нашему организму недоступны, в отличие от сигналов жировой ткани и прочих гормональных и биохимических показателей, прямо или косвенно сообщающих нервной системе о текущем энергетическом балансе и наличии запасов питательных веществ.
В последнее время активно привлекает внимание общественности тема так называемого «сетпоинт» в регуляции веса.
В англоязычной литературе параметр, установленный на определенное значение, к которому стремится система регуляции называют «setpoint» или установочной точкой. Отвечает за поддержание различных параметров организма на своих установочных точках отдел мозга под названием гипоталамус. Он регулирует многие параметры организма, например, температуру тела или кровяное давление.
Теория сетпоинт в отношении веса подразумевает, что в организме есть механизмы активной регуляции веса и поддержания определенного процента жира.
В англоязычной литературе параметр, установленный на определенное значение, к которому стремится система регуляции называют «setpoint» или установочной точкой. Отвечает за поддержание различных параметров организма на своих установочных точках отдел мозга под названием гипоталамус. Он регулирует многие параметры организма, например, температуру тела или кровяное давление.
Теория сетпоинт в отношении веса подразумевает, что в организме есть механизмы активной регуляции веса и поддержания определенного процента жира.
К сожалению, теория породила множество кривотолков и ошибочных представлений, а у некоторых людей вызывает и вовсе необоснованные страхи и опасения. Поэтому есть смысл рассмотреть доступные на сегодня данные по данной теме подробнее, чем это было изложено в публикации, посвященной регуляции веса.
В цикле публикаций по данной теме попробуем найти ответы на следующие вопросы:
Следующим инструментом для наладки корректной работы циркадных (околосуточных) ритмов, а с ними и биоритмов в целом, является формирование режима питания, физических нагрузок, циклов труда и отдыха и др.
В первой части серии постов о биоритмах описывалось, что цикл приема пищи и связанных с этим метаболических процессов является одним из ключевых факторов формирования циркадного ритма и обычно, находится на втором месте по степни влияния на работу внутренних часов после режима освещения. В некоторых случаях существенное изменение ритма приема пищи может сдвигать настройки биологических часов даже не смотря на сохранение правильного режима освещения, так что раздавать им места по степени влияния не совсем корректно.
Как и свет, еда стала доступной для большинства из нас в режиме 24/7, мы можем принимать пищу в любое время дня и ночи. Корректный режим питания соблюдается современными жителями больших городов редко, что приводит к десинхронозу или усугубляет его.
Метаболический гомеостаз связан с циркадными ритмами через периодические изменения таких показателей, как аппетит, работа желудочно-кишечного тракта, секреция поджелудочной железы и ферментов печени, метаболических процессов в самой печени и др.
С практической точки зрения основу влияния составляют время, частота, объем и содержание приемов пищи.
Одним из самых популярных мифов в отношении энергетического баланса является идея, что частые приемы пищи, т.н. дробное питание, «разгоняют» метаболизм. Можно ли рассчитывать на дополнительную потерю калорий, если суточный рацион разделить на большее количество приемов пищи, чем обычно?
Теория
В одной из прошлых публикаций мы обсудили, что на переваривание и усвоение пищи тратится некоторое, довольно существенное, количество энергии. Такое явление носит название термического эффекта пищи (Thermic effect of food — TEF). Не буду повторяться, в статье про энергетический баланс об этом написано достаточно подробно, если вы вдруг не читали, то стоит ознакомиться.
Не берусь судить об истоках появления идеи важности частых перекусов для оживления метаболизма, но, вероятно, именно неправильное понимание идеи TEF легло в ее основу. Коль еда требует затрат энергии на переваривание и усвоение, то чем чаще вы будете есть, тем больше калорий потратите, логично?
Нет, не логично. Если вы внимательно прочитали прошлую статью, то знаете, что затраты энергии на переработку пищи в целом пропорциональны общей калорийности этой пищи. В среднем суммарный TEF при обычной западной диете составляет около 10% от общего потребления энергии.
Некоторые отклонения возможны в зависимости от баланса нутриентов в диете или индивидуальных особенностей конкретного человека. Допустим, у кого-то TEF может составлять в среднем 9%, у кого-то 11%, он может несколько колебаться день ото дня, но это все равно будет какое-то стабильное значение, пропорциональное калорийности рациона в целом.
Например, если человек ест 2000 ккал, то TEF составляет
Прежде чем пытаться разобраться, чем отличаются быстрый и медленный метаболизм, стоит уточнить, что у этих терминов нет научного определения, это скорее бытовые устоявшиеся понятия. Обычно подразумевается, что человек с быстрым метаболизмом много ест, но остается стройным или даже имеет проблемы с набором веса, а человек с медленным наоборот, пухнет от всего и как бы не хотел похудеть, все складывается против.
В медицине есть в некотором смысле аналог этих понятий, он находится в концепции различных типов конституции человека. Например, известная класификация Кречмера включает:
Астеник — худой, высокий, с тонкой бледной кожей, узкими плечами, длинными худыми конечностями, вытянутой и плоской грудной клеткой, тонкие вытянутые черты лица.
Пикник — (от греч. — толстый, плотный) среднего или малого роста, с богатой жировой тканью, массивным туловищем, круглой головой на короткой шее, с широким лицом. Обнаруживает тенденцию к ожирению.
Атлетик — (от греч. — борьба, схватка) имеет хорошую мускулатуру, крепкое телосложение, высокий или средний рост, широкий плечевой пояс и узкие бедра, выпуклые лицевые кости.
Не менее известная классификация Шелдона включает очень похожие дефиниции, но называются они эктоморф, эндоморф и мезоморф соответственно.
Можно заметить, что между чистыми типами конституции есть набор дополнительных различий, помимо склонности к полноте или худобе. Например, они тяготеют к выраженной разнице в росте, отличаются строение лицевых костей и хрящей, ширина грудной клетки и костяка в целом.
Причина — в особенностях гормональной регуляции. Основными скульпторами нашего тела во время его роста и созревания являются гормоны: щитовидной железы, половые гормоны, гормон роста.
У астеника активность щитовидной железы обычно повышена, что определяет более быстрый метаболизм и склоняет к худобе. Метаболизм — сумма процессов анаболизма и катаболизма, а значит многие процессы в организме протекают подвижнее: энергетическое восстановление после нагрузок и травм, метаболизм алкоголя и др.
В период юношеского развития на формирование фигуры у астеника оказывается меньшим вклад половых гормонов, больше гормона роста и щитовидной железы, поэтому им характерны удлиненные костные и хрящевые структуры, большой рост.
Доминирование в общей картине гормонов щитовидной железы оказывает некоторое «оживляющее» действие на нервную систему, такие люди обычно подвижнее, активнее, артистичнее, «молодежнее». Способность переносить стресс средняя, склонность к невротизации высокая. Большая подвижность нервной системы опять же помогает худеть — больше склонность к разнообразной двигательной активности, подвижность. Можно также сделать наблюдение, что такие люди больше любят «нескучные», игровые виды спорта, где можно быстро переключать внимание.
Тип спортивной адаптации у такого типа конституции «стаерский», т.е. хорошая
Это системы с обратной связью, способные реагировать на внешние и внутренние изменения так, чтобы сохранялось состояние динамического равновесия.
В качестве примера саморегулирующейся системы можно привести термостат кондиционера. Например, вы выставляете целевую температуру в помещении равную 22 градусам. Если она повышается до 25 градусов, не важно по какой причине, включается охлаждение и воздух остывает до установленных 22 градусов. Этот цикл будет повторяться до тех пор, пока действуют причины для повышения температуры. Если же похолодает, то включится обогрев и воздух нагреется.
Для работы саморегулирующейся системы нужен датчик или набор датчиков, которые следят за необходимыми параметрами и центр принятия решений, где происходит обработка информации и принятие корректирующих действий для поддержания параметров в нужном диапазоне. В случае с кондиционером датчиками являются термометры, а регулирующие решения принимает термостат, в роли которого может быть простое реле или сложный компьютер.
Различные параметры в человеческом организме регулируются аналогичным образом, жесткость поддержания целевых значений зависит от их важности для выживания.
Например, без воздуха человек может прожить считанные минуты, запаса на более длительное существование без кислорода у нас нет, но при этом воздух в большинстве случаев для нас доступен (в отличие, например, от морских млекопитающих, которые вынуждены регулярно нырять на длительные промежутки времени). Поэтому, системы регуляции частоты дыхания работают довольно авторитарно. Человек может задерживать дыхание или дышать чаще необходимого, ему дается такая вольность для выполнения разных задач, типа того же ныряния или пения, этот навык даже можно тренировать, постепенно расширяя допустимые границы работы в управляемом режиме, но слишком больших прав не предоставлено. Захотите на спор продержаться как можно дольше без дыхания? Пожалуйста, но пару-тройку минут после этого вы будете заняты обслуживанием системы поддержания газового состава крови, о произвольной деятельности можете забыть, пока не отдышитесь. Задохнуться просто прекратив дышать вы точно не сможете.
Ряд параметров регулируется еще более автономно, практически без возможности сознательного контроля. Температура тела, уровень глюкозы в крови, водно-солевой баланс, частота сердечных сокращений или кровяное давление — вмешиваться в эти «настройки» по собственной воле вы скорее всего не можете, если не являетесь факиром-йогином с десятилетиями тренировок.
Регулируется ли аналогичным образом вес тела человека? Да, в регуляции веса (точнее, процента жира) есть похожая автономная часть, но это лишь малая часть сложной и умной системы.
Если сравнить с дыханием, то без еды человек может выживать существенно дольше, чем без воздуха. Но и доступность пищи в естественных условиях пропорционально ниже. Мало дать сигнал «ешь» аналогичный сигналу «дыши», нужно чтобы еще было что есть в этот момент. Поэтому помимо автономной структуры регуляции веса тела есть еще и поведенческая составляющая, цель которой обеспечить в нужный момент доступность, а в идеале и качество пищи; а также самообучающаяся система, задача которой улучшить навыки поиска и добычи съестного.
В посте про энергетический баланс мы обсудили две переменные (поступление и траты энергии) из уравнения энергетического баланса:
Поступление энергии = траты энергии + изменения в энергетических запасах
Теперь давайте разберемся с последней частью формулы ‑ с тем, как и какие изменения происходят в энергетических запасах организма, и начнем говорить о том, как это может влиять на вес тела.
Энергетические запасы
Что может тратить и накапливать организм в качестве энергетических запасов? Для простоты описания рассмотрим самые крупные компоненты обмена: углеводы, белки и жиры (есть еще много разных «разменных» форм для хранения и переноса энергии, но углубляться в биохимию в данном разговоре нет смысла).
Углеводы в организме хранятся в виде гликогена (такой животный аналог крахмала, способ хранить глюкозу в связанном виде), который запасается в печени и в мышцах (в других клетках тоже может присутствовать, но в незначительных количествах, так что запасами это называть не приходится).
Гликоген печени используется для поддержания постоянного уровня сахара в крови, его запасы составляют 100-120 г. Гликоген мышц используется только для физической работы, запасы мышечного гликогена обычно составляют 250-350 г (у тренированных спортсменов могут быть несколько больше, потому что мышц больше, и они способны лучше запасать углеводы).
Итого, суммарно в организме хранится примерно 350-450 г углеводов (или около 1400-1800 ккал).
На любой диете (а не только на безуглеводной) эти запасы снижаются, потому что в дефиците калорий у организма нет возможности поддерживать гликогеновые депо полностью заполненными. Если интересно, это одна из причин, по которой на дефиците калорий появляются проблемы с ростом мышц: на фоне снижения содержания гликогена в мышечных клетках процессы биосинтеза белка в них тормозятся и баланс анаболизма/катаболизма становится нейтральным или отрицательным.
Зато это помогает худеть (если так можно сказать про физиологический механизм, цель которого сохранять жизнь в условиях дефицита питания), т. к. пониженные запасы гликогена снижают уровень инсулина, что хорошо для мобилизации жиров и использования их в качестве источника энергии. Но если вы будучи на диете начинаете думать про инсулин, чтобы похудеть побыстрее - это значит, что вы недогружены основной работой и вам скучно, займитесь лучше чем-то полезным, сходите на тренировку, например.
Если речь идет не о длительном полном голодании, запасы гликогена не истощаются полностью, потому что имеют жизненно важное значение. Без запасов в печени мозг может остаться без снабжения глюкозой, а это смертельно опасно, т. к. мозг все-таки самый главный орган (по крайней мере, по мнению мозга). Без запасов в мышцах сложно совершить какую-то интенсивную работу, что в дикой природе коррелирует с повышенными рисками быть съеденным, в лучшем случае — остаться голодным, что тоже не вариант.
Тренировки тоже истощают запасы гликогена, но, конечно же, не по схеме «первые 40 минут работаем на гликогене, потом переходим на жиры и худеееееем, читая почту с мобилочки на дорожке для ходьбы, по недоразумению названной беговой». Для примера возьмем исследование
, в котором тренированные атлеты выполняли 20 сетов упражнений на ноги (4 упражнения, 5 сетов каждого; каждый сет выполнялся до отказа и составлял 6-12 повторений; отдых был достаточно коротким, длился в 2 раза дольше, чем выполнение работы; общее время тренировки составило 30 минут). Кто знаком с силовыми тренировками может догадаться, что это была мягко говоря не легкая прогулка. До и после упражнения у них брали биопсию и смотрели содержание гликогена, снижение оказалось с 160 до 118 ммоль/кг, т. е. менее, чем на 30%.
Управление весом и процентом жира для современного человека является в буквальном смысле слова вопросом выживания. Практически всю историю человечества преимущество в продолжительности жизни и шансах на продолжение рода имели люди, которые ели больше других. Надеюсь, такие темные времена не вернутся (лучше решать вопросы, как не толстеть, чем как бы не помереть с голода), но на текущий момент ситуация обратная: те, кто переедают и набирают избыточный вес, точнее избыточное количество жира, рискуют умереть раньше и получить немного меньше бонусов в плане привлекательности для продолжения рода.
Впрочем, люди, имеющие большой дефицит веса, рискуют жизнью и здоровьем примерно так же, но это скорее традиционный расклад сил. Данный вопрос также находится в плоскости управления весом или процентом жира.
К сожалению, в этой области существует слишком много непонимания, мифов и легенд, что портит жизнь слишком большому количеству людей. Попробуем разобраться с некоторыми азами и начнем с описания того, как происходит энергетический обмен в организме человека. Возможно, это будет самая занудная часть разговора про метаболизм (хотя и дальше Гарри Поттера или романтичных вампиров не предвидится), но она необходима, чтобы двигаться дальше.
Поступление энергии = траты энергии + изменения в энергетических запасах
Энергия в организме запасается в виде энергии связей в химических веществах, а значит, при положительном балансе будет наблюдаться увеличение запасов таких веществ, а при отрицательном — снижение.
Поступление энергии
Происходит за счет питательных веществ — белков, жиров, углеводов (в т. ч. клетчатки), алкоголя.
Ключевой практический вопрос заключается в том, соответствует ли поступление энергии надписям на упаковках продуктов или табличкам с энергетической и питательной ценностью? Ответ на этот вопрос не так прост, как может показаться на первый взгляд. Но точно не такой простой, как «организм не печка, поэтому калорийность в нем не работает». Работает, просто нужно учитывать ряд нюансов. Давайте разбираться.
Строго говоря, некоторое количество энергии поступает не только за счет калорийности питательных веществ, но и за счет температуры самой пищи. Горячий сладкий чай помимо того, что является раствором сахара с соответствующей калорийностью, еще и нагревает тело. Запасти эту энергию напрямую организм не может, но в энергетическом балансе она тоже участвует. Например, зимой это позволяет некоторое количество калорий экономить на обогрев тела, а летом требует дополнительных затрат на охлаждение. И наоборот, если пить много холодной воды, организму понадобится тратить энергию на то, чтобы ее согреть.
Расчетные данные в отношении любой еды берутся усредненными. Два яблока, которые выросли на разных деревьях, могут иметь разный состав и калорийность, и хотя разница совсем уж незначительная, но она есть даже между двумя яблоками с одного дерева. В случае более сложных составных блюд реальная калорийность все больше будет отклоняться от расчетных показателей. Между разными порциями может быть выраженный разброс (больше мяса или больше риса в плове?), хотя средние значения могут быть весьма похожи на табличные данные.
Разные питательные вещества организм усваивает с разной эффективностью. Так, усвояемость некоторых видов животного белка достигает 90-95%, в то же время, растительный белок усваивается на 80-85%; усвояемость жиров обычно достигает 95-97 %, но в некоторых случаях может быть снижена, например, из-за заболеваний органов пищеварения; в зависимости от количества клетчатки в углеводистой пище она может усваиваться на 80-95%.
Сама клетчатка представляет собой смесь углеводов, калорийность которых соответствует калорийности любых других углеводов (4,1 ккал/г), в реальности же большая часть клетчатки не разрушается и проходит пищеварительную систему транзитом, но часть метаболизирует при участии микрофлоры кишечника и усваивается организмом. Реальная калорийность клетчатки составляет примерно 1,2-1,5 ккал/г (иногда указывают до 1,9 ккал).
Во время метаболизма клетчатки бактерии в кишечнике могут производить некоторое количество дополнительных питательных веществ и витаминов. Впрочем, для этого они потребляют другие нутриенты, что тоже проявляется в суммарной усвояемости. Насколько сильно это влияет на обменные процессы — предмет текущих исследований, интерес к этой сфере в последние годы очень большой.
В то же время, если продукт, содержащий клетчатку, подвергнуть термической или химической (ферментные препараты) обработке, количество усвоенных калорий может несколько увеличиться. Собственно, в этом одна из ключевых задач кулинарии — сделать съедобным и легко усвояемым то, что таковым не являлось.
В целом, богатые клетчаткой диеты обеспечивают поступление меньшего количества калорий за счет более низкого усвоения питательных веществ. 2000 ккал, обеспеченных за счет жирной, богатой животным белком и рафинированными углеводами пищей и 2000 ккал из вегетарианской диеты, богатой растительной пищей и постными источниками белка обеспечат поступление разного количества нутриентов и калорий в кровоток, даже при сходном составе.
Таким образом, как бы тщательно мы ни рассчитывали поступление калорий и нутриентов, в зависимости от общего характера питания, особенностей состояния здоровья конкретного человека и других факторов, погрешность между тем, что мы думаем о поступающих калориях, и тем, каковы реальные цифры, всегда присутствует.
Означает ли это, что идея рассчитывать поступающие калории лишена смысла? Нет, не означает. Мы можем лишь констатировать, что процесс несколько сложнее, чем некоторые люди думают. Это порой приводит к ошибкам в расчетах, но не отменяет сами расчеты.
Важно понимать несколько ключевых моментов:
у отдельно взятого человека при неизменном состоянии здоровья и без серьезных изменений в диете еда усваивается с примерно стабильной эффективностью;
усвояемость поступающей энергии и калорий не меняется хаотически или как-то так, чтобы объяснить «почему я не худею» или «откуда вдруг взялось лишних пару кг после отпуска», во всех случаях изменения в калорийности рациона намного надежнее показывают картину, чем разные отклонения в расчетах;
усвояемость у разных (здоровых) людей при сходном стиле питания не будет настолько выраженной, чтобы обеспечить разницу в поступлении калорий, достаточную для «ест все и не толстеет, а я от воды поправляюсь, видимо электролиз уже пошел в желудке»;
исследования по потребностям человека в тех или иных питательных веществах или микроэлементов проводятся по количеству съеденного, поэтому в нормативах уже учтены вопросы усвоения;
при существенных изменениях в диете, заболеваниях (острых или обострении хронических) желудочно-кишечного тракта усвояемость может меняться, но обычно после выздоровления или нормализации состояния она довольно быстро стабилизируется.
