Мозг и его потребности 2.0. От питания до признания

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

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

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

Влияние гормональных факторов. Анаболизм и катаболизм

Важнейшие тонические факторы – это гормоны. Самый известный из них – лептин, гормон, который выделяется нашей жировой тканью. Именно с лептином связывают глобальный баланс энергии в нашем организме. Метаболизм – слово, знакомое каждому, кто хоть раз задумывался о правильном питании. Обмен веществ, поддерживающий в нас жизнь, делится на две составляющие: анаболизм и катаболизм (рис. 2.2).

Анаболизм – это процессы синтеза органических веществ, которые в итоге приводят к росту организма и набору веса. Это необязательно жир, точно так же растут и мускулы. Недаром есть спортивные допинги – анаболические стероиды (анаболики), которые позволяют быстро наращивать мышечную массу.

Катаболизм – это процессы распада органических веществ, которые, наоборот, приводят к потере веса и энергии. Кстати, греческая приставка «ката-» означает «движение вниз». Например, «катаклизм» дословно переводится как «падающий сверху вниз поток воды, который все очищает». В этом смысле наводнение или цунами – это катаклизм, а вот землетрясение или извержение вулкана – уже нет. Но на такие детали уже мало кто обращает внимание. В любом случае катаболизм отвечает за снижение, потерю массы тела. Получается, что с этим процессом связаны центры насыщения (а еще – состояние стресса и высокая двигательная активность), а с анаболизмом, напротив, центры голода и «экономии сил».

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

Клетки жировой ткани, которые вырабатывают лептин, называются адипоциты. Адипоциты находятся прежде всего в подкожной жировой клетчатке и заняты важным делом – хозяйственно запасают в «закрома» липидные молекулы. Сама по себе идея – запасти жир – в целом хорошая, ведь пока наши предки эволюционировали, еды вечно не хватало. Поэтому если на пути встречалось дерево с кучей сочных плодов, надо было попытаться «впихнуть» в себя как можно больше – как знать, попадется ли еще одно такое? А если плоды сорвать, они быстро испортятся. Тогда было правильно, что наш предок объедался от пуза, и организм все это откладывал «про запас», превращая углеводы в более энергоемкие жиры. И потом использовал эти ресурсы в голодные времена.

К счастью, человек не похож на медведей или сурков, которые каждую осень становятся в несколько раз тяжелее, а потом во время зимней спячки сбрасывают вес. У нас нет такого механизма, мы как потомки тропических обезьян активны круглый год, и какого-то сезонного явного набора массы не происходит (впрочем, многие из нас прибавляют по паре килограммов за зиму, верно?). Тем не менее небольшое количество жира нам необходимо.

Например, если женщина становится совсем худой, истощенной, то у нее прекращаются овуляции. Без нормальных лептиновых сигналов яичники перестают вырабатывать яйцеклетки, потому что половая система «понимает»: такой тощий организм все равно не сможет выносить ребенка.

В норме каждая клеточка жировой ткани выделяет лептин. Получается, что общая концентрация лептина в крови – это информация о том, сколько есть запасов в «закромах» нашего организма. Очень много их быть не должно. Поскольку наши предки активно лазали по деревьям, слишком большая масса тела для нас – это нехорошо и противоестественно. Толстая обезьяна рано или поздно сломает ветку, упадет и разобьется.

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

Если мы начинаем толстеть, то в норме лептиновый сигнал ограничивает наш аппетит, и вес останавливается на какой-то разумной цифре. Это такой невидимый помощник, который опускает шлагбаум на пути еды и говорит: «Все, достаточно». Но не все так просто.

Проблема в том, что лептин – белковый гормон, а белки – это очень крупные молекулы, которые с трудом протискиваются в мозг. Между нашей кровью и мозгом существует специальная клеточная преграда. Она называется гематоэнцефалический барьер, сокращенно ГЭБ. ГЭБ существует для того, чтобы ненужные вещества не проникали из крови в мозг, это своеобразный фильтр. Различные мелкие молекулы в основном попадают в кровоток из пищи; белковые молекулы являются результатом деятельности печени, эндокринных желез. Если бы все эти вещества запросто преодолевали ГЭБ, деятельность нервных клеток слишком легко бы нарушалась. Очень уж много «сорной мелочи» перемещается с кровью. Поэтому в мозг проходят (а точнее, транспортируются, активно переносятся) лишь избранные соединения. Глюкоза, конечно, хорошо проходит, она – главный источник энергии, и у нее VIP-пропуск. А вот белок лептин с трудом проникает в мозг, для этого имеется специальная транспортная система – и она несовершенна. С возрастом лептин преодолевает ГЭБ все хуже и хуже. А значит, с годами все меньше «стражей опускают шлагбаум» на пути пищи и говорят: «Достаточно». Соответственно, сигнал адипоцитов не достигает гипоталамуса, и люди после 40 лет часто начинают набирать вес. Вывод: важно всегда быть осознанными потребителями пищи, особенно с возрастом. После 40 лет шутка «Подышал рядом с тортиком – набрал пять кило» уже не такая смешная.

Если мозг генетически не чувствителен к лептину, а такое бывает, то голод становится для человека проклятием прямо с рождения. Существуют дети, у которых попросту нет внутренней реакции на лептин, они с младенчества начинают катастрофически толстеть. Уже в восемь-десять лет могут набрать массу 100 и более килограммов. Есть идея использования лептина в качестве препарата, лекарства для контроля веса. Но поскольку это белок, эффекта добиться сложновато. Даже если вводить его внутривенно, совсем немного этого вещества дойдет до мозга. А лептин в виде таблеток будет просто разрушен в желудке и кишечнике и в кровь даже не проникнет. Так что идея хорошая, но как ее реализовать, пока не придумали.

Помимо лептина, за последние 10–15 лет был открыт целый ряд других гормонов, регулирующих баланс центров насыщения и центров голода. Например, грелин – молекула, которая выделяется пустым желудком. Оказалось, что жаждущий еды желудок не только передает по нервам электрические сигналы в центр голода, но еще и выделяет гормон, чтобы побыстрее заставить нас бросить все дела и отправиться к холодильнику.

Грелин усиливает чувство голода, и с ним сейчас работают не менее активно, чем с лептином. Если мы сумеем снизить концентрацию грелина в крови, тогда есть нам в целом будет хотеться меньше.

Возможно, ученым удастся разработать что-то вроде вакцины, которая сможет подавить грелиновый сигнал.

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

Впрочем, на потребление пищи и чувство голода влияют и самые обычные, всем известные гормоны. Например, производимые щитовидной железой тироксины. Наша щитовидка выделяет важнейшую группу гормонов, которые регулируют общую интенсивность обмена веществ в организме. То, сколько каждая конкретная клетка потребляет глюкозы, насколько активно «сжигает» ее и получает энергию, зависит от тироксинов. Чем их больше, тем интенсивнее сгорает пища.

Человек, у которого щитовидная железа работает мощно, – худой, поджарый и все время хочет есть. Например, некая женщина Алла ест что хочет, сколько хочет и не набирает вес. Окружающие шепчутся: «Надо же, и ведь и не толстеет. Тайное средство знает!» Нет, не знает, просто метаболизм такой. У подобных людей все уходит в тепло и движения. Правда, слишком много тироксина тоже нехорошо, потому что возбуждение организма доходит до степени, когда могут возникнуть нервозность, гипертония, бессонница. Все хорошо в меру. Но, в принципе, избыток тироксина – не самая страшная беда, да и с завистниками можно смириться.

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

Вывод: если жизнь вдруг потеряла краски, то сначала надо пойти к эндокринологу, а уже потом – к психотерапевту. Может быть, достаточно просто начать принимать таблетки с тироксинами. Их, в отличие от лептина, можно произвести и доставить «по адресу» – это маленькие, прочные молекулы, которые прекрасно проходят из кишечника в кровь, и дальше – через ГЭБ в мозг.

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

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

Усложняет ситуацию то, что существуют суточные и сезонные ритмы выделения гормонов, а значит, и чувства голода. На кого-то нападает «ночной жор» – и человек отправляется греметь кастрюлями на кухню, пытаясь никого не разбудить. У женщин дополнительно имеются месячные ритмы потребления пищи – прекрасные читательницы знают, как тянет на всякую «гадость» во время предменструального синдрома. Но сложнее всего разобраться с потреблением пищи во время беременности и кормления грудью. Соленые огурцы с малиновым вареньем, смешанным с зубной пастой? Почему бы и нет.

Что мы едим? Микрокомпоненты питания

Все знают, что пища состоит из жиров, белков и углеводов. Давайте посмотрим на них с точки зрения мозга.

Углеводы – это молекулы – источники энергии, тот «бензин», на котором работает каждая наша клетка и организм в целом. Главный углевод – глюкоза, вещество, которое растения «добывают» в процессе фотосинтеза. А дальше мы, будучи животными, отнимаем у них этот углевод, съедаем его, и каждая наша клеточка получает энергию. Когда мы едим что-нибудь сладенькое, то получаем глюкозу или похожую на нее фруктозу в чистом виде. Но чаще мы потребляем полимер глюкозы – крахмал.

Растения предпочитают запасать глюкозу именно в виде крахмала, поэтому очень многие компоненты пищи являются крахмалосодержащими. Суточная доза углеводов – 200–300 граммов при умеренной физической нагрузке. Если у вас совсем плохо с активностью и вы целый день сидите за компьютером, то потребность в углеводах может быть заметно меньше. А если у человека большая нагрузка, например он целыми днями разгружает вагоны, то его потребность в углеводах может возрасти до 500 граммов в сутки.

Около 300–400 граммов глюкозы хранятся в печени и мышцах (помните, они используют ее, если мы забыли или не успели поесть). То есть примерно двухсуточный запас глюкозы мы носим с собой. Так что если вы вдруг решили похудеть и уже целые сутки героически ничего не едите, не надейтесь: до запасов жира ваш организм еще не добрался. Он будет расходовать припасенную глюкозу, а жир пойдет в дело только на 3–4 сутки. Увы.

Жиры, или липиды, – это тоже энергия. В сутки человеку нужно примерно 60–80 граммов жиров, 80 граммов – при высокой активности, 60 – при умеренной. А если физическая нагрузка совсем маленькая, то цифру можно уменьшать и дальше.

Помимо того, что жиры – это энергия, они еще и строительный материал. Углеводы в этом плане практически бесполезны, а из жиров построены мембраны всех наших клеток. С точки зрения этой функции гораздо ценнее именно растительные жиры. Они как строительный материал для мембран подходят намного лучше, их молекулы более гибкие. А вот животные жиры – это прежде всего энергия.

Поэтому выбор между сливочным маслом и подсолнечным достаточно очевиден в пользу последнего, которое состоит из более подвижных, гибких молекул. Именно из них можно собирать такие же гибкие клеточные мембраны. Это жизненно необходимо, потому что любое наше движение связано с деформацией клеток, а значит, мембраны должны быть эластичными и упругими.

Белки. Их взрослому человеку нужно примерно 1,2–1,3 грамма на килограмм веса в сутки. Белки, как известно, состоят из аминокислот. Двадцать типов аминокислот входят в состав каждого белка. Примерно половину из них мы не умеем синтезировать сами и должны получать извне, с едой. Кстати, мы не умеем делать и молекулы, похожие на растительные жиры. Подобные компоненты пищи, которые наши клетки не умеют сами синтезировать, называют незаменимыми. Это отдельная тема, и она немного обидная, поскольку мы привыкли считать себя венцом эволюции, а на самом деле не умеем сами вырабатывать десятки веществ и вынуждены их съедать. Дрожжи, например, или кишечная палочка все нужные им вещества умеют синтезировать сами. Да, в этом мы проигрываем даже дрожжам!

Дело в том, что животные по ходу эволюции действительно утратили множество ферментных систем, которые создают, например, витамин А или часть аминокислот. Причина проста – все это имеется в пище, и острой потребности в синтезе этих молекул не было. Зачем напрягаться и производить, если можно съесть? Если какой-нибудь вариант синтеза терялся, это проходило незаметно для организма. Но с развитием цивилизации, когда наша пища во многом стала искусственной или обработанной, человечество наконец-то это заметило – мы вплотную столкнулись, например, с авитаминозами, о которых наши предки знать не знали.

Диетологи теперь говорят: «Есть белки полноценные и неполноценные». Неполноценные белки не содержат в правильной пропорции все 20 аминокислот, а полноценные – содержат. Полноценные имеют прежде всего животное происхождение. Приближаются к ним по качеству белки бобовых. А вот злаки уже существенно отстают: чтобы «набрать» достаточно каждой из аминокислот, их нужно съесть примерно в полтора раза больше.

А поскольку все хорошо в меру, избыток белков в пище также не полезен. При распаде излишка аминокислот выделяется много азотсодержащих отходов: аммиак, мочевина и мочевая кислота. Это, в свою очередь, очень вредит печени и почкам. Кстати, мясоедам тоже следует контролировать свою любовь к стейкам и шашлыку.

Зачем мы едим? Распознавание вкуса пищи

Питание позволяет решить две задачи: получить энергию и строительные материалы для синтеза новых клеток и для восстановления и ремонта уже имеющихся. Энергия – это прежде всего глюкоза. Поэтому в ходе эволюции возникли специальные чувствительные белки-рецепторы – настроенные на глюкозу и сходные с ней молекулы. Эти белки появляются уже у одноклеточных, например у инфузорий. У рыб они распределены по всей поверхности тела. У сухопутных позвоночных находятся в первую очередь на языке.

Сладкий вкус – это сигнал о том, что в пище есть глюкоза или похожие на нее вещества. А значит, есть энергия, и это хорошо.

В итоге наш мозг так врожденно сконфигурирован, что появление глюкозы в пище вызывает не только запуск пищевых рефлексов на уровне продолговатого мозга и моста, но и положительные эмоции на уровне гипоталамуса и базальных ганглиев.

Рис. 2.3. Уровни передачи вкусовой информации:

А – вкусовые рецепторы языка;

Б – вкусовые центры ствола головного мозга (продолговатый мозг и мост, таламус и гипоталамус);

В – вкусовой центр коры больших полушарий (островковая доля);

показана также передача кожной чувствительности от языка в переднюю часть теменной доли (постцентральная борозда)

Сигнал от вкусовых центров продолговатого мозга и моста поднимается в гипоталамус, таламус и далее – в островковую кору больших полушарий (рис. 2.3).

На рисунке показана также передача кожной чувствительности от языка в переднюю часть теменной доли (постцентральная борозда).

Выделяют четыре классических вкуса: кислый, сладкий, горький, соленый. Каждый из них говорит о том, что в пище есть какие-то полезные вещества или, наоборот, слишком много вредных.

Но четыре вкуса – это далеко не все, иначе шеф-поварам в ресторанах пришлось бы тяжко. Мы знаем о существовании других вариантов, в частности реакции на глутамат. Или, как говорят еще, на белковый вкус.

На самом деле про белковый вкус человечество знает уже больше века, но почему-то до сих пор этот факт часто преподносят как некую научную новинку.

Глутамат – основная часть молекулы глутаминовой кислоты, которая в числе 20 других аминокислот составляет белки. Именно глутамата больше всего в любом белке. Появление его вкуса в пище сигнализирует, что мы едим необходимые нам «строительные материалы». Белки у нас используются в основном для того, чтобы создавать и обновлять собственный организм. Получается, что глутамат – это хорошо.

Поэтому появление глутамата в пище тоже вызывает положительные эмоции, он нравится нам, мы ищем и предпочитаем такую еду.

Глутамат уже более 100 лет используют в качестве пищевой добавки. Почему-то он иногда называется «усилитель вкуса» и имеет спорную репутацию. Никакой он не усилитель, он сам по себе – источник мощного глутаматного (белкового) вкуса. Им богаты сыр, мясо, грибы. Много его в морской капусте, соевом соусе. Все эти продукты украшают нашу жизнь, делают блюда вкуснее. Глутамат можно просто купить в больших супермаркетах в чистом виде. Если посыпать им любую еду, она действительно станет для нас вкуснее. Например, сдобрили им вареную капусту – и уже вкус у нее такой, будто овощ сварили в мясном бульоне, а это приятно.

Когда кто-то нападает на применение глутамата, называет его очередной «белой смертью», он, как правило, сильно перегибает палку. Потому что глутаминовая кислота – это вещество, которое содержится в самых обычных белках. В сутки с обычной едой мы получаем 5–10 граммов глутамата. Поэтому если вы добавили в блюдо еще 2–3 грамма, никакого вреда от этого не будет. Но все-таки в больших количествах это вещество может вызывать проблемы, и, как и все прочее, оно хорошо в меру.

По иронии судьбы глутамат, глутаминовая кислота – одновременно главный возбуждающий нейромедиатор нашего мозга. Не меньше половины нейронов (а в коре больших полушарий, по некоторым оценкам, – до 60 %) передают сигналы за счет выделения в синапсах глутамата. Поэтому когда его определили как нейромедиатор, некоторые исследователи очень долго не могли и не хотели в это верить. Как может вещество, которое мы едим ежедневно в таких больших количествах, вдруг выполнять в мозге столь тончайшую и важнейшую функцию? Но оказалось, что это так.

Дальше – больше. Упомянутый гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) очень плохо пропускает эту аминокислоту. Получается, что тот глутамат, который мы съели, и тот, который в мозге, – это разные глутаматы. Химически это, конечно, одна и та же молекула, но проход через ГЭБ для пищевого «усилителя вкуса» обычно закрыт. Тем не менее, если вы одномоментно съели 5, а то и 10 граммов этого вещества, какие-то его количества в мозг все же проникнут и способны подействовать возбуждающе. Переедание обогащенной глутаматом пищи может привести к учащенному сердцебиению, повышению давления крови, всплескам эмоций.

Вывод: не надо переедать глутамат. Это явление диетологи и медики в свое время назвали «синдром китайского ресторана», поскольку в восточно-азиатских – японской, китайской – кухнях действительно используется много соевого соуса и других подобных приправ, серьезно обогащенных глутаматом. А если, например, у человека и без того гипертония, в такие рестораны ему нужно ходить с большой осторожностью. Но ведь так иногда хочется! Вкусно же. В том числе за счет этого вещества. С другой стороны, в строго контролируемых экспериментах эффекты пищевого глутамата, как правило, не обнаруживаются. Так что вопрос остается открытым, как и в случае других пищевых аминокислот, обладающих потенциальной нейротропной активностью, – лизина, триптофана, тирозина.

Горький вкус – зачем он вообще нужен? Когда мы ощущаем во рту что-то неприятное, то, как правило, сразу выплевываем эту гадкую еду. Откуда этот рефлекс? Оказывается, определенные клетки на языке, чувствительные к горькому вкусу (а их больше всего на корне языка, в самой глубинной части ротовой полости), реагируют на так называемые растительные алкалоиды. Горький вкус вызывают растительные токсины – молекулы, которые растения в ходе своей эволюции сформировали для защиты от животных, желающих ими полакомиться. Это, по сути, яды разной степени тяжести. Какой-нибудь куст защищается токсинами от коровы. А корове нужно эти токсины различать, чтобы не отравиться. Поэтому и появились рецепторы горького вкуса – у человека их 43 типа, и они реагируют на появление токсинов. И они же, соответственно, останавливают жевание, глотание и заставляют нас выплевывать еду, если у нее неприятный горький вкус. «Плюнь бяку!» – говорят они нам. Конечно, чуть-чуть горечи порой украшает вкус блюда, делает его более интересным, разнообразным. Например, многие любят кофе без сахара или горький тоник. Но избыток такого вкуса никто не выдержит, это будет очень сильный «удар» по центрам отрицательных эмоций. Кто не пробовал – может сорвать листик алоэ и пожевать его хотя бы 5 секунд. Гарантирую, что этот опыт вы запомните на всю оставшуюся жизнь, потому что такая сильная горечь действительно впечатляет.

…Итак, если вы уже оклемались после дегустации алоэ, продолжим говорить о вкусах.

Еще один ключевой вкус – это NaCl. Привычная нам соль.

Концентрация поваренной соли в крови – очень важный показатель. Натрий нужен для нормальной работы сердца и нервных клеток.

Судя по всему, наши предки, тропические обезьяны, жили в условиях постоянного дефицита натрия. Калия, еще одного важнейшего минерального элемента, в растительной пище много, и его недостатка не возникает. Натрия же в «изначальной» еде человечества было маловато, а организму он нужен. Поэтому частью вкусовой системы стали рецепторы, реагирующие на соленое и позволяющие эффективно находить вожделенные источники натрия. В итоге слегка подсоленная еда для нас приятнее, чем вовсе не соленая.

Конечно, избыток NaCl нарушает обменные процессы, и поэтому пересол – плохо. Но в меру соленая пища – хорошо. Называть NaCl «белой смертью» – явное преувеличение, ведь в сутки для нормальной работы организма нам нужно 5–7 граммов поваренной соли.

Еще, конечно, нам нужна вода. Не так давно обнаружили, что у нас на языке есть специальные водяные – аквапориновые — рецепторы. Оказалось, что это молекулы, которые родственны молекулам, работающим у нас в почках и помогающим формировать мочу. Эта система водного обмена связана и с языком, и с ощущением того, что мы, собственно, пьем воду.

Главным «управляющим» этого процесса также является гипоталамус. В средней его зоне рядом с центрами голода и пищевого насыщения находится центр жажды, который постоянно измеряет концентрацию NaCl в крови.

Если для глюкозы идеал – это 0,1 %, то для NaCl – 0,7–0,8 %. Соответственно, если соли становится очень много, мы ощущаем жажду – надо попить воды. А если ее слишком мало, то нам хочется съесть чего-нибудь солененького. Вкусовые предпочтения меняются в зависимости от обстоятельств. Сигналы из гипоталамуса (в форме гормона вазопрессина) уходят к почкам, которые меняют концентрацию мочи, для того чтобы стабилизировать содержание NaCl в организме.