Марафон, инсулин и самоедство

ЮРИЙ СТРОФИЛОВ, АЛЕКСАНДР КАРАБЕЛЬСКИЙ Почему марафонцы реже болеют раком и как устроена система контроля веса

Леонард Томпсон умирал в 14 лет. Его организм не усваивал углеводы. Единственным способом продлить свою жизнь на несколько месяцев была строжайшая безуглеводная диета, Леонард балансировал на грани между смертью от истощения и гипергликемической комой. Он весил 25 килограмм, его дневная порция пищи состояла из 450 ккал. К примеру, если вы следите за своим весом, то потребляете 2-2,5 тыс. ккал в день.

Оскар Минковский изучал собак. В конце XIX века медицинские эксперименты были бесхитростными. Отрезали орган и смотрели на последствия. Дошла очередь до поджелудочной железы. Минковский удалил собаке этот непонятный на то время орган и заметил, что на мочу животного слетелись мухи. Найдя сахар в крови, ученый установил связь между давно известным диабетом и поджелудочной железой.

Фредерик Бантинг извлек из поджелудочной железы собаки гормон, который снижал уровень сахара в крови собак. В 1921 году коричневую субстанцию ввели Леонарду Томпсону, который умирал в 14 лет. Сильная аллергическая реакция приблизила Леонарда к смерти еще на шаг.

Бертрам Коллип очищал инсулин. После неудачного эксперимента он несколько дней пытался получить чистый препарат, и 23 января 1921 года Леонард Томпсон после инъекции ожил. Уровень сахара снизился до нормальных значений, и мальчик прожил еще 13 счастливых лет, пока не умер от пневмонии.

Сейчас инсулин самый исследованный гормон. Мы знаем его структуру, пространственное расположение атомов, механизмы действия, способы образования и влияние на обмен веществ. Образуется инсулин в островках Лангерганса поджелудочной железы. Чем больше глюкозы в крови, тем интенсивнее вырабатывается инсулин. Попав в кровь, инсулин обеспечивает транспорт глюкозы внутрь мышечных клеток и клеток жировой ткани, снижая уровень глюкозы. Клетки мозга в инсулине не нуждаются, оболочки нейронов прозрачны для глюкозы и без инсулина.

А что будет, если глюкозы в организм поступает больше, чем нужно для обеспечения его энергией? Выделяющийся инсулин заблокирует канал поступления энергии от расщепления жиров. Инсулин обратит вспять разложение гликогена до глюкозы, и глюкоза начнет запасаться в виде гликогена в мышцах и в печени. Кроме того, инсулин запустит процесс образования жиров из углеводов. Итого: чем больше углеводов поступает в организм, тем больше запасов жиров делает инсулин.

А теперь побежали. Если вы съели питательный батончик перед тренировкой, высокий инсулин не даст получить энергию из жиров и основной движущей силой будут углеводы. Если пробежка короткая, то до жиров дело так и не дойдет. Получение энергии исключительно из углеводов плохо: углеводов на всю марафонскую дистанцию не хватит, даже если есть гели. Скорость всасывания углеводов пищеварительным трактом меньше, чем скорость их сгорания в мышцах на высоких скоростях бега. Километре на 30 или на 35 углеводы кончатся. Бежать на жирах - занятие малоприятное. Для получения одной калории из жиров нужно на 30% больше кислорода, чем на получение этой же калории из углеводов. И… для горения жиров в качестве катализатора нужны углеводы, которые к этому моменту уже кончились. Ну и для завершения картинки: мозг не может получать энергию из жиров. 

Теперь вы понимаете, что из себя представляют последние километры дистанции для неподготовленного марафонца. 

А чем подготовленный марафонец отличается от неподготовленного? Подготовленный марафонец бегает длительные тренировки. Побежали… В мышцах есть запас гликогена, в печени - меньше, но тоже есть. Часа через два углеводы в организме кончатся, уровень инсулина упадет. 

Было бы странно, если бы энергоснабжение организма регулировалось только одним гормоном. Поджелудочная железа вырабатывает еще один мощный гормон альфа клетками этих же островков Лангерганса. Глюкагон - это антагонист инсулина, он повышает уровень глюкозы в крови. Стоп… А где организм возьмет глюкозу, если все запасы уже исчерпаны?

Глюкагон обеспечивает быстрое превращение аминокислот, то есть белка, в глюкозу. Это последние резервы. Глюкоза нужна мозгу. Если мышцы умеют получать энергию из жиров, то мозг не умеет, но мозг умеет получать энергию из глюкозы, причем без инсулина. 

Последняя глюкоза достается мозгу, а бежать на чем? На жирах! 

Глюкагон стимулирует разложение жиров на жирные кислоты. Причем чем более натренирован человек, тем больше рецепторов, на которые действует глюкагон. Смысл длительных тренировок состоит в том, чтобы повысить количество рецепторов и заставить организм потреблять жиры до того, как кончатся все углеводы. Это даст возможность сохранить углеводы до финиша марафона.

Кристиан де Дюв исследовал инсулин и глюкагон. Работая с клетками печени крыс, он заметил, что под воздействием глюкагона в клетке увеличивается количество ранее неизвестных органелл. Он назвал эти органеллы лизосомами и предположил, что они предназначены для получения энергии из мусора, который накапливается внутри клетки. Это похоже на мусороперерабатывающий завод.

Пока клетке хватает строительных элементов и энергии, она не занимается сбором мусора. Пока много нефти, заниматься наведением порядка в стране необязательно. Но как только деньги кончаются, нужно искать резервы. Индикатором избытка энергии является инсулин, а как только энергия кончается, глюкагон дает сигнал на сбор мусора. Де Дюв назвал этот механизм аутофагией. На поврежденные субклеточные компоненты и неиспользуемые белки ставится маркер «уничтожить», и они направляются в лизосомы, где компоненты клеток превращаются в новый строительный материал и энергию.

В организме ежедневно образуются больные, слабые, ошибочные, нестандартные и лишние клеточные компоненты. Если не избавляться от повреждений, то некоторые клетки начинают функционировать неправильно. Это либо ведет к онкологическим заболеваниям, либо к нейродегенеративным расстройствам - болезням Альцгеймера или Паркинсона. 

Аутофагосомам и лизосомам все равно что переваривать - собственные клеточные элементы или внешние молекулы, аутофагия является ключевым процессом по удалению чужеродных микроорганизмов и таким образом принимает непосредственное участие в развитии иммунного ответа.

Если вы хотите избавиться от клеточного мусора, то нужно, чтобы клетка получила много глюкагона и мало инсулина. Как этого добиться? Есть два способа: голодание и бег. Бег лучше. Физическая активность стимулирует выработку глюкагона. Опережая потребности организма в энергии, поджелудочная железа вырабатывает глюкагон, который запускает процессы аутофагии. Голодание тоже повышает глюкагон за счет истощения запасов глюкозы и инсулина, но это происходит значительно медленнее, чем при беге.

Частая еда понемногу не дает ничего для ускорения аутофагии, поскольку уровень инсулина не успевает упасть до значений, необходимых для запуска этого процесса. Через два часа бега запасы глюкозы и гликогена исчерпаются, уровень глюкагона поднимется, начнут разлагаться жиры. На помощь глюкагону придет адреналин, который также активизирует механизмы разложения жиров. Вдобавок глюкагон запустит процессы аутофагии, очистив клетки. После марафона вы будете как новые. Никаким голоданием так обновить организм не получится. Что будет если полного человека долго не кормить? Очень быстро у него кончатся углеводы. Поскольку питание в его жизни было всегда, чувствительность глюкагоновых рецепторов у нетренированного человека невысока. Кроме того, для разложения жиров нужно небольшое количество углеводов в качестве катализатора. Жиры в условиях такого голодания разлагаться не будут. Человек будет терять мышечную массу, но сохранять жиры, похудеть не получится.