-- системе энергетического обеспечения. Что особенно печально, с возрастом
не только начинает работать неточно "взвешивающее устройство"
энергетического гомеостата, но и в самом этом гомеостате происходят тоже
регуляторные нарушения, значительно увеличивающие ошибку пищевых весов.
Энергетика организма -- это основа его существования и вместе с тем
сила, которая, выйдя из-под регуляторного контроля, прежде всего
ответственна за формирование главных болезней человека. Вот почему так важно
разобраться в тонкостях, связанных с деятельностью системы саморегуляции
потока энергии. К этому мы сейчас и перейдем.
Жиры сгорают в пламени углеводов, но углеводы не горят а пламени жиров.
Принято считать, что древний человек питался исключительно углеводами и
что всеядность, приведшая к употреблению мяса и животного жира, была
решающим шагом к его современным болезням. Это утверждение не совсем точно.
Ни древний человек, ни человекообразные обезьяны, вопреки существующему
мнению, никогда не питались исключительно углеводами. Их организм всегда
использовал как источник энергии и углеводы и животные жиры. Древний человек
действительно получал энергию из растительной пищи, используя как
энергетический материал главным образом глюкозу, а также другой углевод --
фруктозу. Но независимо от исходного пищевого продукта, если в крови
появляется избыток глюкозы, то эта глюкоза в жировой ткани при помощи
гормона инсулина превращается в жир. Это происходит по той же схеме, по
которой при кормлении домашней птицы зерном добиваются у нее накопления
жира.
Если растительные жиры, содержащиеся в растительной пище, относятся с
химической точки зрения к ненасыщенным жирам, то из глюкозы в человеческом
организме образуются полутвердые и твердые, или насыщенные, жиры (такие же
жиры мы получаем из животного организма). Когда пища в организм не
поступает, на пример ночью, то именно эти жиры и служат источником, из
которого извлекается энергия.
Между двумя источниками энергии -- углеводами и животными жирами
существует антагонизм, поддерживать который прежде всего и призван
энергетический гомеостат.
Глюкоза и жирные кислоты в этой системе одновременно выступают и как
топливо, и как факторы регуляции. Два других главных элемента
энергетического гомеостата -- это гормоны: инсулин и гормон роста. Инсулин
необходим для усвоения глюкозы. Энергетическая система устроена так, что
глюкоза стимулирует поступление инсулина в кровь из поджелудочной железы, то
есть сама глюкоза создает условия для своего сгорания в тканях.
Гормон роста действует в энергетическом гомеостате как жиромобилизующий
гормон. Под влиянием гормона роста из жировых депо увеличивается поступление
жирных кислот -- второго вида топлива.
Когда в организм поступает пища, нет необходимости использовать жир,
накопленный про запас в собственном теле. Использование резервного жира в
это время ограничено или даже прекращено, что достигается следующим образом.
Повышение в крови концентрации глюкозы, обусловленное поступлением
пищи, влияет на рецепторы глюкозы в гипоталамусе. Это приводит к снижению
поступления гормона роста из гипофиза. Так как гормон роста обладает мощным
жиромобилизующим действием, то уменьшение его концентрации уменьшает в крови
уровень жирных кислот.
Одновременно глюкоза стимулирует выделение инсулина из поджелудочной
железы. Инсулин необходим для сгорания глюкозы в тканях, и поэтому
естественно, он обладает свойством тормозить мобилизацию жира из жировых
депо. Это совмещенное влияние -- уменьшение в крови концентрации гормона
роста и повышение концентрации инсулина -- значительно снижает поступление
жирных кислот в кровь. В этих условиях глюкоза становится основным
энергетическим материалом, используемым организмом.
Таким образом, после приема пищи создаются условия для использования
энергетических материалов пищи и cooтветственнo сохраняются запасы
резервного жира.
Более того, запасы жира даже пополняются: если в крови накапливается
избыток глюкозы (например, из-за снижения ее использования в мышцах), то
этот избыток под влиянием того же инсулина превращается в жир.
Тип энергетического обеспечения полностью изменяется в условиях
голодания, например ночью, когда пища в организм не поступает. Система
энергетического гомеостата и в этих условиях ведет себя очень "разумно": в
качестве топлива используется жир, запасы которого в жировых депо намного
выше, чем запасы глюкозы, заключенной "в животном крахмале" -- гликогене. А
глюкоза сохраняется для нервной ткани, для которой она составляет основной
источник энергии.
При этом даже "учитывается", что запасы глюкозы в организме ограничены
и в условиях голодания усиливается механизм, обеспечивающий производство
глюкозы из белка.
Все эти изменения в энергетике осуществляются следующим образом. Когда
в организм пища не поступает, снижается концентрация глюкозы в крови. В
результате снижается также уровень инсулина, продукция которого находится в
зависимости от концентрации глюкозы. В соответствии с устройством
энергетического гомеостата снижение концентрации в крови глюкозы и инсулина
снимает тормоз с центра гипоталамуса, контролирующего выделение гипофизом
гормона роста. Соответственно уровень гормона роста в крови повышается, и
вследствие этого усиливается мобилизация жира из жировых депо. Так как в
условиях голодания снижено содержание в крови инсулина, то устраняется
тормозное препятствие, оказываемое инсулином на мобилизацию жира, что
увеличивает жиромобилизующее действие гормона роста. В результате уровень
жирных кислот в крови возрастает. Жирные кислоты становятся главным
энергетическим субстратом -- основным топливом, сжигаемым организмом.
В отличие от глюкозы, которая для своего транспортирования в клетку
через клеточную мембрану нуждается в помощи инсулина, поступление жирных
кислот в мышечную клетку находится в прямой зависимости от их концентрации в
крови. Это преимущество перед глюкозой усугубляется еще тем, что жирные
кислоты препятствуют усвоению глюкозы мышечной тканью.
Такой антагонизм крайне целесообразен: он обеспечивает в условиях
голодания (когда запасы глюкозы в организме не пополняются) переключение
потока глюкозы в направлении нервной ткани. Кроме того, гормон роста
противодействует влиянию инсулина на усвоение глюкозы. Этот антиинсулиновый
эффект гормона роста еще больше затрудняет использование глюкозы мышечной
тканью. Поэтому когда в условиях голодания снижается в крови уровень глюкозы
и освобожденный от "глюкозного тормоза" гормон роста переключает организм на
использование жира, одновременно благодаря двойному антагонизму: между
жирными кислотами и глюкозой, с одной стороны, и между гормоном роста и
инсулином -- с другой, создаются оптимальные условия для сжигания жирных
кислот в мышечной ткани. И соответственно условия, обеспечивающие снижение
использования глюкозы.
Все эти изменения можно выразить следующей формулой: углеводы не
сгорают в пламени жиров. Более того, когда происходит сдвиг в сторону
усиленного использования жирных кислот, то сами жирные кислоты усиливают
механизм воспроизводства глюкозы из белка, подчиняя деятельность организма
задаче обеспечения нервной ткани энергией.
Итак, в организме существует два способа энергетического обеспечения.
При первом способе, который условно можно назвать дневным, энергетические
материалы поступают с пищей, в то же время выключая использование резервного
жира. Источником энергии здесь служит глюкоза и в меньшей степени -- пищевой
жир. Совместное использование двух энергетических субстратов облегчается
тем, что жиры сгорают в пламени углеводов.
При втором способе энергетического обеспечения организма, который
условно можно назвать ночным, основным источником энергии становятся жирные
кислоты. Правильное чередование типов обеспечения энергетическим материалом
в норме достигается за счет влияния пищи на систему четырехкомпонентного
энергетического гомеостата, в котором главными регулирующими факторами
являются глюкоза и инсулин, жирные кислоты и гормон роста* Однако при
ожирении и в процессе нормального старения механизм переключения
энергетического гомеостата нарушается, и организм независимо от своих
истинных потребностей переходит на жировой путь обеспечения энергией.
Отсюда следует, что в энергетическом гомеостате с увеличением возраста
происходят такие же изменения, какие наблюдаются и в адаптационном, и в
репродуктивном гомеостате.
Но вот что может показаться странным. Если система плохо тормозится, то
есть если повышение концентрации глюкозы в крови не оказывает нормального
тормозящего влияния на секрецию гормона роста, то уровень его в крови должен
увеличиться. Однако, напротив, у лиц среднего возраста, у которых
гипоталамический порог повышен, концентрация гормона роста в крови отчетливо
ниже, чем у молодых.
Долгое время это противоречие оставалось без объяснения, пока различные
исследователи не выяснили, что ожирению свойственно понижение уровня гормона
роста в крови. В дальнейшем стало ясно, что именно жирные кислоты,
концентрация которых в крови при ожирении увеличена, вызывают снижение
уровня гормона роста. Этот вывод подтверждается следующим образом; Человеку
вводится никотиновая, кислота -- витамин, который тормозит мобилизацию жира,
и снижение в крови концентрации жирных кислот сопровождается острым
повышением уровня гормона роста.
Существование: "жирового тормоза", основанного на способности жирных
кислот тормозить выделение из гипофиза гормона роста, весьма целесообразно.
Действительно, если учитывать, что поступление пищи в организм должно
затормозить использование резервного жира, то не только углеводы (глюкоза),
но и жир (жирные кислоты) должен в соответствии с этим правилом угнетать
выделение жиромобилизующего гормона роста. Иными словами, после поступления
в организм пищи механизм мобилизации жира должен выключаться.
Однако в действии этого целесообразного механизма имеется важное
ограничение, почему-то не привлекшее к себе ранее внимания. В детском
возрасте наблюдается одновременно высокий уровень в крови и жирных кислот, и
гормона роста, как будто никакого "жирового тормоза" вообще не существует.
Эту парадоксальную ситуацию можно объяснить, следующим образом.
Сочетание повышенной концентрации в крови и гормона роста, и жирных кислот
противоречит их взаимоотношениям, определяемым механизмом отрицательной
обратной связи: ведь высокий уровень жирных кислот в крови должен приводить
путем воздействия на гипоталамус к снижению уровня в крови гормона роста.
Поэтому одновременное повышение уровня и гормона роста, и жирных кислот
может происходить только в том случае, если повышен порог чувствительности
гипоталамуса к тормозящему влиянию жирных кислот. Иными словами, в период
детства в системе гипоталамус -- гормон роста -- жирные кислоты наблюдается
явление, которое в других главных гомеостатических системах возникает лишь в
процессе старения.
Действительно, в адаптационной и репродуктивной системах с возрастом
происходит повышение гипоталамического порога. Такое же явление имеет место
и в энергетическом гомеостате в системе, .контролирующей взаимоотношения
между гормоном роста и глюкозой. Но в этом же энергетическом гомеостате по
мере старения наблюдается и нечто полностью противоположное, а именно
возрастное понижение гипоталамического порога чувствительности к тормозящему
действию жирных кислот. Это и приводит к тому, что по мере старения, когда
жирные кислоты становятся главным источником энергии, концентрация гормона
роста в крови снижается.
Подведем некоторые итоги. В системе энергетического гомеостата по мере
старения происходят два независимых изменения регуляции: гипоталамический
порог чувствительности к тормозящему действию глюкозы повышается, тогда как
к жирным кислотам -- падает.
Но если в природе что-либо существует, то это всегда имеет основания.
Чем могут быть вызваны разнонаправленные изменения в одной и той же столь
согласованно работающей энергетической системе?
Для процесса роста организма необходимы и гормон роста, и жирные
кислоты, которые энергетически обеспечивают потребности роста. Таким
образом, то, что в детстве жирные кислоты не обладают сильным тормозящим
влиянием на продукцию гормона роста, как раз и необходимо для роста
организма.
С другой стороны, хорошо работающий в детстве глюкозный тормоз
регулирует поступление энергетических веществ через центр аппетита и тем
самым распределение топлива в системе энергетического гомеостата, включая то
дневной, то ночной тип энергетического обеспечения. Пока глюкозный тормоз
функционирует правильно, а это имеет место в детстве и юности, переключение
потоков энергии, добываемой то из глюкозы, то из жира, хорошо
контролируется. Когда же происходит снижение эффективности глюкозного
тормоза, вызванное возрастным повышением гипоталамического порога, развитие
ожирения становится неизбежным в силу свойств, присущих энергетическому
гомеостату. Иными словами, даже если бы не происходило возрастного нарушения
в регуляции аппетита, то и тогда бы при нормальном, сбалансированном притоке
энергетических продуктов одно лишь изменение в системе гипоталамус -- гормон
роста -- глюкоза должно было бы приводить постепенно к переключению
энергетического гомеостата на преимущественно жировой способ обеспечения
энергией.
Если же при этом наблюдается хотя бы незначительное превышение прихода
энергии над ее расходом (вследствие возрастных нарушений в регуляции
аппетита), это будет приводить к развитию ожирения.
Так оно в действительности и происходит. В этом смысле ожирение -- это
нормальная болезнь, которая всегда возникает в процессе старения. Подобно
тому как климакс является естественным следствием возрастных изменений
регуляции в репродуктивном гомеостате (глава 7), а гиперадаптоз -- в
адаптационном гомеостате (глава 6), возрастное ожирение -- это нормальное
проявление возрастных изменений в системе энергетического гомеостата.
Однако возрастное ожирение -- не только одна из ряда нормальных
болезней. Роль ожирения в развитии других болезней чрезвычайно велика.
Почему именно ожирение играет столь ответственную роль?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, надо сначала рассмотреть,
почему ожирение, как только оно возникает, теряет "связь с прошлым" и
становится самовоспроизводящим процессом, буквально "вечным двигателем" в
системе формирования болезней старения.
Ожирение -- не проблема века, а вечная проблема.
Прошло много веков, пока человек, познав некоторые закономерности
природы, начал оказывать влияние на течение жизненных процессов. Самый
поразительный пример такого влияния -- увеличение продолжительности жизни,
достигнутое благодаря цивилизации.
Отдельные индивидуумы и в древности жили достаточно долго. Однако
средняя длительность жизни в течение сотен лет оставалась поразительно
низкой. Например, во Франции в XIV веке она составляла всего 20 лет. В тот
период невозможно было бы понять, что является истинной причиной смерти
человека, ибо смерть в основном наступала от внешних причин, подобно тому
как в дикой природе это наблюдается и в настоящее время.
По мере развития цивилизации основные причины смерти менялись.
В средние века с возникновением крупных городов приобрели
катастрофический характер массовые эпидемии инфекционных болезней. Миллионы
людей гибли от эпидемий чумы или холеры, и только развитию науки оказалось
под силу ограничить это бедствие. Скученность и бедность подавляющей части
населения в растущих городах на многие годы выдвинули на одно из первых мест
смерть от социальных причин. Бичом человечества надолго сделался туберкулез.
Строго говоря, туберкулез -- инфекция, а смерть от него -- это смерть
от внешней причины. И вместе с тем туберкулез настолько зависит от
социальных факторов, что. это, пожалуй, первая крупная болезнь современной
цивилизации.
Со временем значение таких болезней все более возрастало. В их основе
уже не лежали собственно инфекции. Но вместе с тем массовость этих болезней
позволила многим ученым выдвинуть положение об эпидемиологическом характере
болезней цивилизации.
И постепенно из многих сотен известных болезней всего лишь 10 стали
причиной смерти каждых 85 человек из 100 в среднем и пожилом возрасте.
Перечислим главные из них еще раз. Это: ожирение, гипертоническая болезнь,
метаболическая иммунодепрессия, атеросклероз, аутоиммунные болезни,
психическая депрессия и рак.
Эти болезни, конечно, не возникли лишь в новейшее время. В точном
смысле слова они вообще не являются болезнями цивилизации. Широко известна
фотография, воспроизводящая древнюю фреску, на которой изображен тучный
этруск, живший две с половиной тысячи лет тому назад. Но и этот пример лишь
весьма условно характеризует биологическое, а не социальное происхождение
ожирения. Ведь по мере увеличения возраста накопление жира происходит не
только у человека, но и у всех млекопитающих.
И все-таки, если говорить о человеке, увеличение продолжительности
жизни, достигнутое благодаря социальному прогрессу и цивилизации, отчетливо
выявило эту тенденцию к увеличению массы жировой ткани с возрастом.
То же можно сказать и в отношении многих других болезней, входящих в
группу основных причин смерти современного человека. Многие считают, что в
наши дни не столько увеличилась частота рака, сколько увеличилось число
людей, доживающих до "ракового возраста", то есть до возраста, при котором
начинается прогрессивное увеличение клинического проявления разнообразных
видов рака. В целом это утверждение подкреплено многочисленными данными
статистики, показывающей прямую зависимость между частотой рака и возрастом.
Но вот что важно. У тучных вероятность развития рака, особенно
некоторых его видов, выше, чем у людей с нормальным весом. Следовательно, у
тучных паспортный возраст и биологический не вполне совпадают: организм как
бы быстрее доживает до своего "ракового возраста".
Ожирение также способствует развитию атеросклероза и сахарного диабета
тучных. Оно же снижает устойчивость ко многим инфекциям, увеличивает риск
осложнений при травме. Наконец, при гипертонической болезни, которая сама по
себе не вызывается ожирением, часто наблюдается избыточный вес тела.
Подобного рода данные привели к развитию новой отрасли знаний --
метаболической эпидемиологии, которая изучает влияние обмена веществ, и
прежде всего ожирения, на развитие сахарного диабета, атеросклероза и рака.
Почему же ожирение играет столь большую роль в развитии главных
болезней человека? Почему борьба с ожирением, которая проводится все
активнее, не дает быстрых и решительных результатов и проблема тучности
сейчас остается такой же, если не более существенной, чем тогда, когда эта
борьба только начиналась?
Ответ не прост; но все же попытаемся его рассмотреть.
Если ожирение развилось в процессе нормального старения, то есть по
правилам, продиктованным законом отклонения гомеостаза, то его возникновение
связано и с нарушением регуляции аппетита (глава 8), и с нарушением системы
регуляции дневного и ночного типа энергетики (глава 9), и с гиперадаптозом
(глава 6). Но в конечном итоге эти механизмы приводят к накоплению
избыточного количества жира. Во взрослом состоянии число жировых клеток, как
видно, постоянно. Поэтому с увеличением массы жира уже существующие жировые
клетки начинают переполняться жиром. Накопление жира увеличивает объем
жировой клетки и соответственно ее поверхность, а также снижает
чувствительность жировой ткани к действию инсулина.
Многочисленные исследования последнего времени показали: на мембране
жировой клетки, переполненной жиром ( так же как и на мембране белых
кровяных клеток и клеток печени при ожирении), уменьшено в несколько раз
число рецепторов инсулина, а следовательно, снижена эффективность его
действия. Организм отвечает на это дополнительным, компенсаторным
увеличением продукции инсулина. На определенных стадиях развития ожирения
это повышение уровня инсулина проявляется очень своеобразно. Инсулин не
только превращает глюкозу в жир, но также тормозит использование жира. В
данном случае как гормон дневного типа энергетики инсулин препятствует
включению ночного типа энергетики. Поэтому часто тучный человек, несмотря на
запасы жира, испытывает натощак острое чувство голода. Благодаря избытку
инсулина организм ведет себя как небезызвестный Гобсек в заботах
накопительства: он накапливает жир, но не хочет его использовать.
Однако "накачка" жировых клеток жиром не может быть бесконечной. Когда
жировые клетки сверх меры перегружаются жиром, они начинают его отдавать
организму в виде топлива -- жирных кислот. Действительно, хотя избыток
инсулина, свойственный ожирению, препятствует мобилизации жира, все же при
ожирении концентрация в крови жирных кислот возрастает. Значит, преодолевая
противодействие инсулина, жировые клетки в большем, чем в норме, количестве
отдают жирные кислоты в кровь. А из крови жирные кислоты очень быстро
уносятся в ткани, где используются как топливо. Всего 4--6 минут циркулируют
жирные кислоты в крови, прежде чем попасть в клетки. В соответствии с
антагонизмом между дневным и ночным типом энергетического обеспечения
повышенная утилизация жирных кислот создает "жировую преграду" на пути
утилизации глюкозы. Поэтому и дневной тип энергетики у тучных лиц не
функционирует должным образом. Глюкоза крови, встречая в мышечной ткани
препятствие в виде "жировой преграды", устремляется в жировую ткань, где
превращается под влиянием инсулина в жир.
Вот почему при ожирении энергия и днем черпается организмом из жирных
кислот. В организме создается своеобразный "перевалочный пункт", в котором
глюкоза сначала превращается в жир, а затем уже жирные кислоты расходуются
для обеспечения организма энергией. В результате организм постепенно
переходит на жировой тип энергетики. Жир горит в топке организма не только
ночью, но и днем. Поэтому когда с пищей в организм попадают углеводы
(глюкоза), они в условиях жировой энергетики способствуют накоплению жировых
отложений, что, в свою очередь, поддерживает жировую энергетику, и т. д.
Так создается порочный круг обмена, стабилизирующий в организме
ожирение. Одновременно включается второй стабилизатор ожирения. Избыточное
поступление жирных кислот, которые как бы из переполненного глиняного сосуда
через его поры просачиваются в кровь вызывает снижение в крови концентрации
гормона роста Физиологическое значение такого механизма понятно. Если
энергетические потребности осуществляются за счет повышения концентрации
жирных кислот, то наличие высокого уровня в крови жиромобилизующего фактора
-- гормона роста - становится излишним и "жировой тормоз" поэтому устраняет
действие этого фактора.
Но вспомним, что именно повышение в крови уровня гормона роста является
первым шагом на пути к развитию ожирения. Поэтому, казалось бы, снижение
концентрации гормона роста, вызванное избытком жира, должно привести к
устранению нарушений в энергетической системе организма. Однако нормализации
энергетики не наступает, несмотря на устранение первичного нарушения. В чем
же здесь дело?
Вспомним, что повышение концентрации жирных кислот в крови приводит к
снижению использования глюкозы мышечной тканью. В данном случае, как это уже
неоднократно подчеркивалось, автоматически срабатывает механизм антагонизма
между утилизацией жирных кислот и глюкозы, или между ночным и дневным типом
энергетики. В результате после приема пищи в крови накапливается глюкоза, не
усвоившаяся мышечной тканью. Так как концентрация глюкозы в крови является
стимулом для выделения инсулина (гормона, действие которого направлено на
утилизацию глюкозы), то концентрация инсулина в этих условиях превышает
норму. Однако "жировая преграда" на пути глюкозы в мышечные клетки
направляет ее поток в жировую ткань, где глюкоза под влиянием все того же
инсулина превращается в жир. Так восполняется расход жирных кислот и тем
самым обеспечивается постоянное поступление жирных кислот в кровь для
сжигания в мышечной ткани. Иначе говоря, формируется самоподдерживающийся
замкнутый цикл, создающий постоянный сдвиг в сторону жирового способа
обеспечения организма энергией. Можно сказать, что в условиях ожирения
четырехкомпонентное устройство энергетического гомеостата функционирует без
не только начинает работать неточно "взвешивающее устройство"
энергетического гомеостата, но и в самом этом гомеостате происходят тоже
регуляторные нарушения, значительно увеличивающие ошибку пищевых весов.
Энергетика организма -- это основа его существования и вместе с тем
сила, которая, выйдя из-под регуляторного контроля, прежде всего
ответственна за формирование главных болезней человека. Вот почему так важно
разобраться в тонкостях, связанных с деятельностью системы саморегуляции
потока энергии. К этому мы сейчас и перейдем.
Жиры сгорают в пламени углеводов, но углеводы не горят а пламени жиров.
Принято считать, что древний человек питался исключительно углеводами и
что всеядность, приведшая к употреблению мяса и животного жира, была
решающим шагом к его современным болезням. Это утверждение не совсем точно.
Ни древний человек, ни человекообразные обезьяны, вопреки существующему
мнению, никогда не питались исключительно углеводами. Их организм всегда
использовал как источник энергии и углеводы и животные жиры. Древний человек
действительно получал энергию из растительной пищи, используя как
энергетический материал главным образом глюкозу, а также другой углевод --
фруктозу. Но независимо от исходного пищевого продукта, если в крови
появляется избыток глюкозы, то эта глюкоза в жировой ткани при помощи
гормона инсулина превращается в жир. Это происходит по той же схеме, по
которой при кормлении домашней птицы зерном добиваются у нее накопления
жира.
Если растительные жиры, содержащиеся в растительной пище, относятся с
химической точки зрения к ненасыщенным жирам, то из глюкозы в человеческом
организме образуются полутвердые и твердые, или насыщенные, жиры (такие же
жиры мы получаем из животного организма). Когда пища в организм не
поступает, на пример ночью, то именно эти жиры и служат источником, из
которого извлекается энергия.
Между двумя источниками энергии -- углеводами и животными жирами
существует антагонизм, поддерживать который прежде всего и призван
энергетический гомеостат.
Глюкоза и жирные кислоты в этой системе одновременно выступают и как
топливо, и как факторы регуляции. Два других главных элемента
энергетического гомеостата -- это гормоны: инсулин и гормон роста. Инсулин
необходим для усвоения глюкозы. Энергетическая система устроена так, что
глюкоза стимулирует поступление инсулина в кровь из поджелудочной железы, то
есть сама глюкоза создает условия для своего сгорания в тканях.
Гормон роста действует в энергетическом гомеостате как жиромобилизующий
гормон. Под влиянием гормона роста из жировых депо увеличивается поступление
жирных кислот -- второго вида топлива.
Когда в организм поступает пища, нет необходимости использовать жир,
накопленный про запас в собственном теле. Использование резервного жира в
это время ограничено или даже прекращено, что достигается следующим образом.
Повышение в крови концентрации глюкозы, обусловленное поступлением
пищи, влияет на рецепторы глюкозы в гипоталамусе. Это приводит к снижению
поступления гормона роста из гипофиза. Так как гормон роста обладает мощным
жиромобилизующим действием, то уменьшение его концентрации уменьшает в крови
уровень жирных кислот.
Одновременно глюкоза стимулирует выделение инсулина из поджелудочной
железы. Инсулин необходим для сгорания глюкозы в тканях, и поэтому
естественно, он обладает свойством тормозить мобилизацию жира из жировых
депо. Это совмещенное влияние -- уменьшение в крови концентрации гормона
роста и повышение концентрации инсулина -- значительно снижает поступление
жирных кислот в кровь. В этих условиях глюкоза становится основным
энергетическим материалом, используемым организмом.
Таким образом, после приема пищи создаются условия для использования
энергетических материалов пищи и cooтветственнo сохраняются запасы
резервного жира.
Более того, запасы жира даже пополняются: если в крови накапливается
избыток глюкозы (например, из-за снижения ее использования в мышцах), то
этот избыток под влиянием того же инсулина превращается в жир.
Тип энергетического обеспечения полностью изменяется в условиях
голодания, например ночью, когда пища в организм не поступает. Система
энергетического гомеостата и в этих условиях ведет себя очень "разумно": в
качестве топлива используется жир, запасы которого в жировых депо намного
выше, чем запасы глюкозы, заключенной "в животном крахмале" -- гликогене. А
глюкоза сохраняется для нервной ткани, для которой она составляет основной
источник энергии.
При этом даже "учитывается", что запасы глюкозы в организме ограничены
и в условиях голодания усиливается механизм, обеспечивающий производство
глюкозы из белка.
Все эти изменения в энергетике осуществляются следующим образом. Когда
в организм пища не поступает, снижается концентрация глюкозы в крови. В
результате снижается также уровень инсулина, продукция которого находится в
зависимости от концентрации глюкозы. В соответствии с устройством
энергетического гомеостата снижение концентрации в крови глюкозы и инсулина
снимает тормоз с центра гипоталамуса, контролирующего выделение гипофизом
гормона роста. Соответственно уровень гормона роста в крови повышается, и
вследствие этого усиливается мобилизация жира из жировых депо. Так как в
условиях голодания снижено содержание в крови инсулина, то устраняется
тормозное препятствие, оказываемое инсулином на мобилизацию жира, что
увеличивает жиромобилизующее действие гормона роста. В результате уровень
жирных кислот в крови возрастает. Жирные кислоты становятся главным
энергетическим субстратом -- основным топливом, сжигаемым организмом.
В отличие от глюкозы, которая для своего транспортирования в клетку
через клеточную мембрану нуждается в помощи инсулина, поступление жирных
кислот в мышечную клетку находится в прямой зависимости от их концентрации в
крови. Это преимущество перед глюкозой усугубляется еще тем, что жирные
кислоты препятствуют усвоению глюкозы мышечной тканью.
Такой антагонизм крайне целесообразен: он обеспечивает в условиях
голодания (когда запасы глюкозы в организме не пополняются) переключение
потока глюкозы в направлении нервной ткани. Кроме того, гормон роста
противодействует влиянию инсулина на усвоение глюкозы. Этот антиинсулиновый
эффект гормона роста еще больше затрудняет использование глюкозы мышечной
тканью. Поэтому когда в условиях голодания снижается в крови уровень глюкозы
и освобожденный от "глюкозного тормоза" гормон роста переключает организм на
использование жира, одновременно благодаря двойному антагонизму: между
жирными кислотами и глюкозой, с одной стороны, и между гормоном роста и
инсулином -- с другой, создаются оптимальные условия для сжигания жирных
кислот в мышечной ткани. И соответственно условия, обеспечивающие снижение
использования глюкозы.
Все эти изменения можно выразить следующей формулой: углеводы не
сгорают в пламени жиров. Более того, когда происходит сдвиг в сторону
усиленного использования жирных кислот, то сами жирные кислоты усиливают
механизм воспроизводства глюкозы из белка, подчиняя деятельность организма
задаче обеспечения нервной ткани энергией.
Итак, в организме существует два способа энергетического обеспечения.
При первом способе, который условно можно назвать дневным, энергетические
материалы поступают с пищей, в то же время выключая использование резервного
жира. Источником энергии здесь служит глюкоза и в меньшей степени -- пищевой
жир. Совместное использование двух энергетических субстратов облегчается
тем, что жиры сгорают в пламени углеводов.
При втором способе энергетического обеспечения организма, который
условно можно назвать ночным, основным источником энергии становятся жирные
кислоты. Правильное чередование типов обеспечения энергетическим материалом
в норме достигается за счет влияния пищи на систему четырехкомпонентного
энергетического гомеостата, в котором главными регулирующими факторами
являются глюкоза и инсулин, жирные кислоты и гормон роста* Однако при
ожирении и в процессе нормального старения механизм переключения
энергетического гомеостата нарушается, и организм независимо от своих
истинных потребностей переходит на жировой путь обеспечения энергией.
Отсюда следует, что в энергетическом гомеостате с увеличением возраста
происходят такие же изменения, какие наблюдаются и в адаптационном, и в
репродуктивном гомеостате.
Но вот что может показаться странным. Если система плохо тормозится, то
есть если повышение концентрации глюкозы в крови не оказывает нормального
тормозящего влияния на секрецию гормона роста, то уровень его в крови должен
увеличиться. Однако, напротив, у лиц среднего возраста, у которых
гипоталамический порог повышен, концентрация гормона роста в крови отчетливо
ниже, чем у молодых.
Долгое время это противоречие оставалось без объяснения, пока различные
исследователи не выяснили, что ожирению свойственно понижение уровня гормона
роста в крови. В дальнейшем стало ясно, что именно жирные кислоты,
концентрация которых в крови при ожирении увеличена, вызывают снижение
уровня гормона роста. Этот вывод подтверждается следующим образом; Человеку
вводится никотиновая, кислота -- витамин, который тормозит мобилизацию жира,
и снижение в крови концентрации жирных кислот сопровождается острым
повышением уровня гормона роста.
Существование: "жирового тормоза", основанного на способности жирных
кислот тормозить выделение из гипофиза гормона роста, весьма целесообразно.
Действительно, если учитывать, что поступление пищи в организм должно
затормозить использование резервного жира, то не только углеводы (глюкоза),
но и жир (жирные кислоты) должен в соответствии с этим правилом угнетать
выделение жиромобилизующего гормона роста. Иными словами, после поступления
в организм пищи механизм мобилизации жира должен выключаться.
Однако в действии этого целесообразного механизма имеется важное
ограничение, почему-то не привлекшее к себе ранее внимания. В детском
возрасте наблюдается одновременно высокий уровень в крови и жирных кислот, и
гормона роста, как будто никакого "жирового тормоза" вообще не существует.
Эту парадоксальную ситуацию можно объяснить, следующим образом.
Сочетание повышенной концентрации в крови и гормона роста, и жирных кислот
противоречит их взаимоотношениям, определяемым механизмом отрицательной
обратной связи: ведь высокий уровень жирных кислот в крови должен приводить
путем воздействия на гипоталамус к снижению уровня в крови гормона роста.
Поэтому одновременное повышение уровня и гормона роста, и жирных кислот
может происходить только в том случае, если повышен порог чувствительности
гипоталамуса к тормозящему влиянию жирных кислот. Иными словами, в период
детства в системе гипоталамус -- гормон роста -- жирные кислоты наблюдается
явление, которое в других главных гомеостатических системах возникает лишь в
процессе старения.
Действительно, в адаптационной и репродуктивной системах с возрастом
происходит повышение гипоталамического порога. Такое же явление имеет место
и в энергетическом гомеостате в системе, .контролирующей взаимоотношения
между гормоном роста и глюкозой. Но в этом же энергетическом гомеостате по
мере старения наблюдается и нечто полностью противоположное, а именно
возрастное понижение гипоталамического порога чувствительности к тормозящему
действию жирных кислот. Это и приводит к тому, что по мере старения, когда
жирные кислоты становятся главным источником энергии, концентрация гормона
роста в крови снижается.
Подведем некоторые итоги. В системе энергетического гомеостата по мере
старения происходят два независимых изменения регуляции: гипоталамический
порог чувствительности к тормозящему действию глюкозы повышается, тогда как
к жирным кислотам -- падает.
Но если в природе что-либо существует, то это всегда имеет основания.
Чем могут быть вызваны разнонаправленные изменения в одной и той же столь
согласованно работающей энергетической системе?
Для процесса роста организма необходимы и гормон роста, и жирные
кислоты, которые энергетически обеспечивают потребности роста. Таким
образом, то, что в детстве жирные кислоты не обладают сильным тормозящим
влиянием на продукцию гормона роста, как раз и необходимо для роста
организма.
С другой стороны, хорошо работающий в детстве глюкозный тормоз
регулирует поступление энергетических веществ через центр аппетита и тем
самым распределение топлива в системе энергетического гомеостата, включая то
дневной, то ночной тип энергетического обеспечения. Пока глюкозный тормоз
функционирует правильно, а это имеет место в детстве и юности, переключение
потоков энергии, добываемой то из глюкозы, то из жира, хорошо
контролируется. Когда же происходит снижение эффективности глюкозного
тормоза, вызванное возрастным повышением гипоталамического порога, развитие
ожирения становится неизбежным в силу свойств, присущих энергетическому
гомеостату. Иными словами, даже если бы не происходило возрастного нарушения
в регуляции аппетита, то и тогда бы при нормальном, сбалансированном притоке
энергетических продуктов одно лишь изменение в системе гипоталамус -- гормон
роста -- глюкоза должно было бы приводить постепенно к переключению
энергетического гомеостата на преимущественно жировой способ обеспечения
энергией.
Если же при этом наблюдается хотя бы незначительное превышение прихода
энергии над ее расходом (вследствие возрастных нарушений в регуляции
аппетита), это будет приводить к развитию ожирения.
Так оно в действительности и происходит. В этом смысле ожирение -- это
нормальная болезнь, которая всегда возникает в процессе старения. Подобно
тому как климакс является естественным следствием возрастных изменений
регуляции в репродуктивном гомеостате (глава 7), а гиперадаптоз -- в
адаптационном гомеостате (глава 6), возрастное ожирение -- это нормальное
проявление возрастных изменений в системе энергетического гомеостата.
Однако возрастное ожирение -- не только одна из ряда нормальных
болезней. Роль ожирения в развитии других болезней чрезвычайно велика.
Почему именно ожирение играет столь ответственную роль?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, надо сначала рассмотреть,
почему ожирение, как только оно возникает, теряет "связь с прошлым" и
становится самовоспроизводящим процессом, буквально "вечным двигателем" в
системе формирования болезней старения.
Ожирение -- не проблема века, а вечная проблема.
Прошло много веков, пока человек, познав некоторые закономерности
природы, начал оказывать влияние на течение жизненных процессов. Самый
поразительный пример такого влияния -- увеличение продолжительности жизни,
достигнутое благодаря цивилизации.
Отдельные индивидуумы и в древности жили достаточно долго. Однако
средняя длительность жизни в течение сотен лет оставалась поразительно
низкой. Например, во Франции в XIV веке она составляла всего 20 лет. В тот
период невозможно было бы понять, что является истинной причиной смерти
человека, ибо смерть в основном наступала от внешних причин, подобно тому
как в дикой природе это наблюдается и в настоящее время.
По мере развития цивилизации основные причины смерти менялись.
В средние века с возникновением крупных городов приобрели
катастрофический характер массовые эпидемии инфекционных болезней. Миллионы
людей гибли от эпидемий чумы или холеры, и только развитию науки оказалось
под силу ограничить это бедствие. Скученность и бедность подавляющей части
населения в растущих городах на многие годы выдвинули на одно из первых мест
смерть от социальных причин. Бичом человечества надолго сделался туберкулез.
Строго говоря, туберкулез -- инфекция, а смерть от него -- это смерть
от внешней причины. И вместе с тем туберкулез настолько зависит от
социальных факторов, что. это, пожалуй, первая крупная болезнь современной
цивилизации.
Со временем значение таких болезней все более возрастало. В их основе
уже не лежали собственно инфекции. Но вместе с тем массовость этих болезней
позволила многим ученым выдвинуть положение об эпидемиологическом характере
болезней цивилизации.
И постепенно из многих сотен известных болезней всего лишь 10 стали
причиной смерти каждых 85 человек из 100 в среднем и пожилом возрасте.
Перечислим главные из них еще раз. Это: ожирение, гипертоническая болезнь,
метаболическая иммунодепрессия, атеросклероз, аутоиммунные болезни,
психическая депрессия и рак.
Эти болезни, конечно, не возникли лишь в новейшее время. В точном
смысле слова они вообще не являются болезнями цивилизации. Широко известна
фотография, воспроизводящая древнюю фреску, на которой изображен тучный
этруск, живший две с половиной тысячи лет тому назад. Но и этот пример лишь
весьма условно характеризует биологическое, а не социальное происхождение
ожирения. Ведь по мере увеличения возраста накопление жира происходит не
только у человека, но и у всех млекопитающих.
И все-таки, если говорить о человеке, увеличение продолжительности
жизни, достигнутое благодаря социальному прогрессу и цивилизации, отчетливо
выявило эту тенденцию к увеличению массы жировой ткани с возрастом.
То же можно сказать и в отношении многих других болезней, входящих в
группу основных причин смерти современного человека. Многие считают, что в
наши дни не столько увеличилась частота рака, сколько увеличилось число
людей, доживающих до "ракового возраста", то есть до возраста, при котором
начинается прогрессивное увеличение клинического проявления разнообразных
видов рака. В целом это утверждение подкреплено многочисленными данными
статистики, показывающей прямую зависимость между частотой рака и возрастом.
Но вот что важно. У тучных вероятность развития рака, особенно
некоторых его видов, выше, чем у людей с нормальным весом. Следовательно, у
тучных паспортный возраст и биологический не вполне совпадают: организм как
бы быстрее доживает до своего "ракового возраста".
Ожирение также способствует развитию атеросклероза и сахарного диабета
тучных. Оно же снижает устойчивость ко многим инфекциям, увеличивает риск
осложнений при травме. Наконец, при гипертонической болезни, которая сама по
себе не вызывается ожирением, часто наблюдается избыточный вес тела.
Подобного рода данные привели к развитию новой отрасли знаний --
метаболической эпидемиологии, которая изучает влияние обмена веществ, и
прежде всего ожирения, на развитие сахарного диабета, атеросклероза и рака.
Почему же ожирение играет столь большую роль в развитии главных
болезней человека? Почему борьба с ожирением, которая проводится все
активнее, не дает быстрых и решительных результатов и проблема тучности
сейчас остается такой же, если не более существенной, чем тогда, когда эта
борьба только начиналась?
Ответ не прост; но все же попытаемся его рассмотреть.
Если ожирение развилось в процессе нормального старения, то есть по
правилам, продиктованным законом отклонения гомеостаза, то его возникновение
связано и с нарушением регуляции аппетита (глава 8), и с нарушением системы
регуляции дневного и ночного типа энергетики (глава 9), и с гиперадаптозом
(глава 6). Но в конечном итоге эти механизмы приводят к накоплению
избыточного количества жира. Во взрослом состоянии число жировых клеток, как
видно, постоянно. Поэтому с увеличением массы жира уже существующие жировые
клетки начинают переполняться жиром. Накопление жира увеличивает объем
жировой клетки и соответственно ее поверхность, а также снижает
чувствительность жировой ткани к действию инсулина.
Многочисленные исследования последнего времени показали: на мембране
жировой клетки, переполненной жиром ( так же как и на мембране белых
кровяных клеток и клеток печени при ожирении), уменьшено в несколько раз
число рецепторов инсулина, а следовательно, снижена эффективность его
действия. Организм отвечает на это дополнительным, компенсаторным
увеличением продукции инсулина. На определенных стадиях развития ожирения
это повышение уровня инсулина проявляется очень своеобразно. Инсулин не
только превращает глюкозу в жир, но также тормозит использование жира. В
данном случае как гормон дневного типа энергетики инсулин препятствует
включению ночного типа энергетики. Поэтому часто тучный человек, несмотря на
запасы жира, испытывает натощак острое чувство голода. Благодаря избытку
инсулина организм ведет себя как небезызвестный Гобсек в заботах
накопительства: он накапливает жир, но не хочет его использовать.
Однако "накачка" жировых клеток жиром не может быть бесконечной. Когда
жировые клетки сверх меры перегружаются жиром, они начинают его отдавать
организму в виде топлива -- жирных кислот. Действительно, хотя избыток
инсулина, свойственный ожирению, препятствует мобилизации жира, все же при
ожирении концентрация в крови жирных кислот возрастает. Значит, преодолевая
противодействие инсулина, жировые клетки в большем, чем в норме, количестве
отдают жирные кислоты в кровь. А из крови жирные кислоты очень быстро
уносятся в ткани, где используются как топливо. Всего 4--6 минут циркулируют
жирные кислоты в крови, прежде чем попасть в клетки. В соответствии с
антагонизмом между дневным и ночным типом энергетического обеспечения
повышенная утилизация жирных кислот создает "жировую преграду" на пути
утилизации глюкозы. Поэтому и дневной тип энергетики у тучных лиц не
функционирует должным образом. Глюкоза крови, встречая в мышечной ткани
препятствие в виде "жировой преграды", устремляется в жировую ткань, где
превращается под влиянием инсулина в жир.
Вот почему при ожирении энергия и днем черпается организмом из жирных
кислот. В организме создается своеобразный "перевалочный пункт", в котором
глюкоза сначала превращается в жир, а затем уже жирные кислоты расходуются
для обеспечения организма энергией. В результате организм постепенно
переходит на жировой тип энергетики. Жир горит в топке организма не только
ночью, но и днем. Поэтому когда с пищей в организм попадают углеводы
(глюкоза), они в условиях жировой энергетики способствуют накоплению жировых
отложений, что, в свою очередь, поддерживает жировую энергетику, и т. д.
Так создается порочный круг обмена, стабилизирующий в организме
ожирение. Одновременно включается второй стабилизатор ожирения. Избыточное
поступление жирных кислот, которые как бы из переполненного глиняного сосуда
через его поры просачиваются в кровь вызывает снижение в крови концентрации
гормона роста Физиологическое значение такого механизма понятно. Если
энергетические потребности осуществляются за счет повышения концентрации
жирных кислот, то наличие высокого уровня в крови жиромобилизующего фактора
-- гормона роста - становится излишним и "жировой тормоз" поэтому устраняет
действие этого фактора.
Но вспомним, что именно повышение в крови уровня гормона роста является
первым шагом на пути к развитию ожирения. Поэтому, казалось бы, снижение
концентрации гормона роста, вызванное избытком жира, должно привести к
устранению нарушений в энергетической системе организма. Однако нормализации
энергетики не наступает, несмотря на устранение первичного нарушения. В чем
же здесь дело?
Вспомним, что повышение концентрации жирных кислот в крови приводит к
снижению использования глюкозы мышечной тканью. В данном случае, как это уже
неоднократно подчеркивалось, автоматически срабатывает механизм антагонизма
между утилизацией жирных кислот и глюкозы, или между ночным и дневным типом
энергетики. В результате после приема пищи в крови накапливается глюкоза, не
усвоившаяся мышечной тканью. Так как концентрация глюкозы в крови является
стимулом для выделения инсулина (гормона, действие которого направлено на
утилизацию глюкозы), то концентрация инсулина в этих условиях превышает
норму. Однако "жировая преграда" на пути глюкозы в мышечные клетки
направляет ее поток в жировую ткань, где глюкоза под влиянием все того же
инсулина превращается в жир. Так восполняется расход жирных кислот и тем
самым обеспечивается постоянное поступление жирных кислот в кровь для
сжигания в мышечной ткани. Иначе говоря, формируется самоподдерживающийся
замкнутый цикл, создающий постоянный сдвиг в сторону жирового способа
обеспечения организма энергией. Можно сказать, что в условиях ожирения
четырехкомпонентное устройство энергетического гомеостата функционирует без