Глава 7. Нормальная болезнь энергетического гомеостата — ожирение.

Xoтя жиры сгорают в пламени углеводов, но углеводы не горят в 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, 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, например 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, т. е. 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 жиромобилизующий 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 соответственно 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. (Хотя у человека в жировой ткани может синтезироваться из глюкозы не более 10 г жирных кислот в день, под влиянием избытка инсулина в повышенном количестве жир из глюкозы синтезируется в печени, а оттуда в составе липопротеидов очень низкой плотности транспортируется в жировую ткань. Кроме того, из глюкозы и в самой жировой ткани может в большом количестве синтезироваться глицерин, что в сочетании с жирными кислотами пищевого происхождения приводит к накоплению жира в организме.)

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 аминокислот (белка), что составляет основу глюконеогенеза.

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 жирных кислот 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 легче 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. (Выделяя четырехкомпонентный энергетический гомеостат, автор, конечно, учитывает, что многие другие гормоны и факторы участвуют в регуляции энергетических процессов. Но действие этих дополнительных факторов или подобно влиянию одного из четырех компонентов энергетического гомеостата, или осуществляется путем вовлечения в процесс этих компонентов.)

Однако в процессе нормального старения механизм переключения энергетического гомеостата нарушается. Полученные в нашей лаборатории данные показывают, что если в молодом возрасте через 1 час после нагрузки глюкозой концентрация гормона роста в крови снижается примерно на 50%, то в среднем возрасте такой эффект вообще отсутствует (Рисунок 4). Вместе с тем если поступление углеводов в организм не вызывает необходимого снижения уровня гормона роста, то переключения с ночного на дневной тип энергетического обеспечения не происходит, т. е. нарушается ритм использования энергетических субстратов. В результате после еды в крови более, чем обычно, повышается содержание жирных кислот, глюкозы и инсулина, причем использование глюкозы в мышечной ткани снижается. Наличие избытка глюкозы и инсулина и является причиной развития ожирения.

Отсюда следует, что в энергетическом гомеостате с возрастом происходят такие же изменения, какие наблюдаются и в адаптационном, и в репродуктивном гомеостате.

Но вот что может показаться странным. Если система плохо тормозится, т. е. если повышение концентрации глюкозы в кровн не оказывает нормального тормозящего влияния на секрецию гормона роста, то уровень его в крови должен увеличиваться. Однако, напротив, у лиц среднего возраста, у которых гипоталамический порог повышен, концентрация гормона роста в крови отчетливо ниже, чем у молодых (см. Рисунок 4).

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.

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) должны 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: гипоталамическии 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 5), а гиперадаптоз — в адаптационном гомеостате (глава 4), 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 самовоспроизводящимся процессом, буквально «вечным двигателем» в системе формирования болезней старения.