Все просто: нам говорят, что для поддержания здорового веса необходимо всего лишь следить за тем, чтобы количество потребляемых калорий равнялось количеству сжигаемых. Если человек съедает больше, чем расходует, то он набирает вес. И наоборот, если человек расходует калорий больше, чем потребляет, то его вес снижается. Как известно, калории сжигаются во время спортивных занятий. И все же 55-70% того, что мы едим и пьем, на самом деле идет на подпитку тех незаметных химических реакций, которые происходят в нашем теле для поддержания жизнедеятельности организма. «Мы уделяем столь же пристальное внимание процессам обмена веществ, как и физическим упражнениям. И даже больше того, — говорит Герман Понцер (Herman Pontzer), доцент кафедры эволюционной антропологии в Университете Дьюка. — Ведь он в буквальном смысле является итоговым индикатором работы клеток за день». После подсчета общих энергозатрат вашего организма, вам станет известно, сколько калорий ему необходимо, чтобы продолжать свою жизнедеятельность. Но обмен веществ, по словам Понцера, сигнализирует также и о том, «как функционирует организм». «На этот вопрос можно ответить, только подсчитав расход калорий. Других способов его измерения нет».
Ученые изучали обмен веществ в течение как минимум ста лет. Однако им не удалось с достаточной точностью его каким-то образом количественно оценить (в реальных условиях, на достаточно большой группе людей в достаточно широком возрастном диапазоне), чтобы разобраться том, как именно обмен веществ изменяется на протяжении всей жизни человека. Понятно, что чем массивнее человеческий организм, тем больше в нем клеток и, следовательно, ему необходимо ежедневно сжигать большее количество калорий. Однако гораздо труднее было ответить на следующий вопрос: влияют ли на уровень расхода калорий такие факторы, как возраст человека, его пол, образ жизни и сопутствующие заболевания. Из-за недостатка данных стали выдвигаться различные гипотезы, основанные на личном опыте, например, такие: значительные гормональные изменения, подобные тем, которые происходят во время полового созревания и менопаузы, вызывают ускорение или замедление обмена веществ, побуждая нас ежедневно сжигать большее или меньшее количество калорий. Или, например, такая гипотеза: в мужском организме обмен веществ протекает быстрее, чем у женщин, поэтому мужчинам, наверное, легче сбросить лишние килограммы. Или еще одно утверждение: процесс сжигания калорий замедляется в среднем возрасте, что приводит к постепенному и неизбежному увеличению веса. «Мне за сорок, я чувствую себя не так, как в двадцать лет. И поэтому я тоже согласен с вышеупомянутым утверждением, — говорит Понцер. — Все эти гипотезы, базирующиеся на каком-то личном чутье, никогда не подкреплялись данными. Они лишь казались правильными».
Однако в прошлом месяце Понцер вместе с 80 соавторами опубликовал в журнале Science статью, в которой выяснилось, что все, что было нам известно об обмене веществ, оказалось неверным. Опираясь на ранее собранные данные исследований по выборке размером 6400 человек в возрастном диапазоне от 8 дней до 95 лет (при этом учитывались размеры тела, масса жировой прослойки и мышц), ученые обнаружили, что обмен веществ в человеческом организме обычно проходит четыре фазы. Обмен веществ у новорожденных схож с метаболизмом взрослых. Когда младенцу исполнится где-то месяц, скорость обмена веществ в его организме начинает быстро увеличиваться до тех пор, пока в интервале между 9 и 15 месяцами скорость метаболизма не увеличится более чем на 50 процентов в сравнении со взрослыми, что эквивалентно сжиганию взрослым организмом около 4000 калорий в день. (По оценкам Министерства здравоохранения и социальных служб США, в среднем взрослому женскому организму требуется от 1600 до 2400 калорий в день, а взрослому мужскому — от 2000 до 3000 калорий). После этого расход энергии человеческим организмом в возрасте от одного до двух лет начинает снижаться, и этот процесс продолжается примерно до достижения человеком двадцати лет. С этого момента метаболизм остается стабильным в течение последующих сорока лет, причем даже во время беременности и менопаузы. В 55 лет человеческий организм сжигает калории столь же эффективно, как и в 25 лет. По достижении приблизительно 60-летнего возраста расход энергии человеческим организмом вновь начинает падать, и этот процесс продолжается до конца человеческой жизни. Ученые заметили, что обмен веществ в мужском организме в сущности не превосходит метаболизм в женском организме. Тот факт, что мужской организм, как правило, сжигает ежедневно большее количество калорий, чем женский, объясняется тем, что у мужчин мышечная масса, как правило, превосходит женскую, а мышцы, в отличие от жировых отложений, потребляют большее количество энергии.
В вышеупомянутой научной статье, опубликованной в Science, «действительно устраняется значительный пробел в нашем понимании основ человеческой физиологии», полагает профессор антропологии Ричард Брибиескас (Richard Bribiescas) из Йельского университета: «В самом деле, можно говорить о ее важности не только для фундаментальной науки, но еще и по той причине, что обмен веществ — то есть механизм, с помощью которого организм человека потребляет энергию, — имеет очень важное значение в качестве фактора, который помогает нам понять, что такое болезнь и что такое здоровый организм».
Ученые уже давно научились подсчитывать количество сжигаемых калорий, измеряя количество углекислого газа, которое человеческий организм выделяет в качестве побочного продукта. Но необходимые измерения нужно проводить в лабораторных условиях, вот почему результаты характеризуют обмен веществ человека в состоянии покоя и в определенный момент времени. Только в 1980-х годах для измерения обмена веществ стал применяться так называемый метод «дважды меченой воды»: испытуемый должен выпить воду, в которой водород и кислород «помечены» с помощью изотопов. Их можно определить, подсчитав разницу в количестве нейтронов, находящихся в их ядрах. Выпив такую воду, испытуемые возобновляют свою обычную активность и через неделю сдают несколько образцов мочи (или крови, или слюны). Энергозатраты организма рассчитываются путем измерения скорости, с которой участники эксперимента удаляют меченый водород, проходящий через организм в неизменном виде, по сравнению с меченым кислородом, часть которого выдыхается в виде углекислого газа (т.е. отходов жизнедеятельности клеток), преобразующего топливо в энергию. Доля отсутствующих меченых изотопов кислорода позволяет ученым измерить количество выделенного углекислого газа, а, следовательно, расход калорий.
Метод «дважды меченой воды» стоит дорого. А по словам одного из авторов опубликованной в Science статьи Дженнифер Руд (Jennifer Rood) из Биомедицинского научно-исследовательского центра им. Клода Пеннингтона при Университете штата Луизиана, во всем мире имеется всего около девяти научных лабораторий, которые имеют возможность регулярно применять метод «дважды меченой воды». В одном исследовании, которое проводят с использованием этого метода, обычно должны участвовать не более ста человек, а этого количества недостаточно для того, чтобы выявить какие-нибудь общие закономерности. Однако в 2014 году научные лаборатории, применяющие метод «дважды меченой воды», решили создать базы данных для сопоставления как можно большего количества измерений, которые проводились с помощью данного метода на протяжении последних сорока лет. Постоянно пополняемая база данных, лежащая в основе научной статьи, опубликованной в журнале Science, включает образцы, полученные из десятков стран. Специалистами были учтены данные, относящиеся к представителям различных культур, начиная от охотников-собирателей Танзании до жителей Манхэттена. «С точки зрения масштаба и размаха данное исследование просто беспрецедентно», — полагает профессор медицины Розалин Андерсон (Rozalyn Anderson) из Висконсинского университета в Мадисоне (профессор Андерсон является автором примечаний, опубликованных вместе со статьей из Science).
Размер и вариабельность выборки позволили ученым установить общую закономерность, характеризующую происходящие с возрастом изменения обмена веществ. Хотя по-прежнему наблюдались огромные различия в скорости метаболизма, что подчеркивает значительную роль других факторов, таких как наследственность и образ жизни, которые, скорее всего, и объясняют тот факт, что у людей, обладающих одними и теми же характеристиками тела и схожими привычками, суточные энергозатраты могут сильно различаться. В конце концов, по словам Понцера, если удастся выявить особенности, характеризующие обмен веществ человеческого организма, то в результате ученые смогут приблизиться к объяснению возможных причин этих различий.
Опубликованные статьи уже вызвали массу вопросов. Например, каким образом следует давать рекомендации по питанию и дозировке лекарств, учитывая при этом фактор ускоренного обмена веществ, характерного для детского организма, и фактор замедленного метаболизма в организме пожилых людей? И еще вопрос: какова связь между снижением скорости обмена веществ к шестидесяти годам и параллельным увеличением числа хронических заболеваний? «Должен быть, образно говоря, какой-то переключатель, который включается у месячного ребенка и как бы говорит ему: давай, увеличивай расход энергии! А затем в результате каких-то процессов переключатель сетует: мне уже шестьдесят лет, и я уже не собираюсь работать столь же эффективно, как раньше, — поясняет Дженнифер Рут. — Что это за переключатели? Я думаю, что их и можно назвать ключами к старению».