«…[Лопарями] грибы употребляются в пищу … в редких случаях… [Они] считают пищу из них «пустой забавой», - свидетельствовал в первой трети XX века врач, изучавший питание саамов Кольского полуострова (Иванов-Дятлов, 1928). Действительно, такой богатый источник белка, как грибы, арктические народы практически повсеместно не употребляют в пищу. Тундровые жители, в частности ненцы, традиционно объясняют это тем, что гриб – пища северного оленя, а не человека (Ацуси, 1997). Если трактовать этот обычай с позиций структурной антропологии К.Леви-Стросса, можно сказать, что ненецкое общество «выстраивает барьер между природным и культурным».
Но может быть, подобные обычаи и традиции имеют физиологические и генетические основания?
В силу экологических условий Севера в питании коренных жителей высоких широт ведущую роль играют белки и жиры (так называемая «белково-жировая диета»). Судя по результатам исследований, проведенных нами совместно с аспирантом Института природного и культурного наследия В.Нувано и главным специалистом Ассоциации традиционной охоты Чуктоки Э.Здором, даже при современной, частично «вестернизированной» диете чукотских эскимосов, белки и жиры поставляют им в полтора раза больше энергии по сравнению с пищей европейцев. В прежние же времена отличия были ещё разительнее (таблица 1).
Таблица 1
Вклад основных питательных веществ (%) в общую калорийность пищи у коренных жителей Севера и европейцев
Этническая группа
и год исследования
|
Белки
|
Жиры
|
Углеводы
|
Эскимосы С-З Гренландии, 19081
|
44
|
47
|
8
|
Эскимосы Чукотки, 20002
|
23
|
44
|
33
|
Европейцы (рекомендовано)
|
15
|
30
|
55
|
Источники: 1- Krogh, Krogh, 1913; 2- Kozlov, 2004
Чтобы приведённые цифры стали понятны и не специалисту, переведем их в более привычную размерность – примерно так, как в поваренных книгах страшно далекие от жизни калории пересчитывают на всем знакомые «столовые ложки». Так вот, энергетическая ценность белков и жиров, входивших в традиционную диету эскимоса (см. первую строку таблицы), означала потребление здоровым активным мужчиной примерно полутора килограммов мяса и 160 граммов животного жира ежесуточно.
Такое невероятное, на взгляд европейца, содержание белков и жиров в пище должно было вызвать пристальный интерес со стороны врачей – ещё бы, европейцам при таких нагрузках не избежать атеросклероза! Особенности жирового обмена у коренных северян изучаются медиками, антропологами и генетиками с 1960-х годов. Но это привело к определенному смещению интересов. Особенности углеводного обмена северян отошли куда-то «на второй план». Казалось бы, мало углеводов чукчи, эскимосы и ненцы потребляют – так что на эти «второстепенные» особенности внимание обращать.
На самом же деле, обратить внимание на специфику углеводного обмена у арктических аборигенов стоит. Действительно, как удаётся организму человека существовать, получая минимум жизненно необходимых для нормального функционирования нервной ткани углеводов? Ведь наш мозг способен питаться только ими, другой пищи он «не признаёт».
Чтобы разобраться с этой проблемой, следует обратиться к эволюционным аспектам формирования углеводного обмена у коренных обитателей высоких широт.
Прежде всего, нужно иметь в виду, что растительная пища служит для жителей Арктики в основном источником клетчатки и витаминов, но не калорий, как для жителей более тёплого климата. Таким образом, одна из важнейших функций углеводов, поставка организму энергии, передается другим компонентам пищи: жирам и белкам. Соответственно, при традиционных «арктических» диетах потребность организма в экзогенных (получаемых с пищей) углеводах несколько снижается. Однако получать их организм все-таки должен, и при «внешнем» дефиците он приступает к изготовлению этих веществ сам.
При «белково-жировом» варианте питания из кишечника в кровь поступает большое количество аминокислот. Это стимулирует продукцию гормонов поджелудочной железы – инсулина и глюкагона. В результате их сочетанного действия из аминокислот, поступивших с пищевыми белками, образуются «эндогенные углеводы» - простые сахара (моносахариды), включение которых в процесс метаболизма на первых порах не требует участия ферментов.
Но большая часть пищевых сахаров, характерных для диет жителей внеарктических регионов, представляет собой дисахариды. Их громоздкие молекулы состоят из соединённых попарно молекул простых сахаров (например, в сахарозе – двух молекул глюкозы, в лактозе – одной молекулы глюкозы и одной галактозы, и т.п.). В исходном виде дисахариды не могут проникнуть через мембраны кишечной стенки. Организм приступает к их усвоению только после расщепления на простые сахара. В этом процессе участвуют специфические ферменты – дисахаридазы, причём расщепление каждого сложного сахара обеспечивает «свой» фермент (так, уже упомянутую сахарозу расщепляет сахараза, лактозу – лактаза).
Частоты неусваиваемости дисахаридов в популяциях жителей умеренного климата и Арктики существенно различаются (таблица 2). В публикациях, посвящённых исследованиям питания северных аборигенов, отмечается характерная для жителей Арктики высокая частота нарушений усвоения ряда пищевых сахаров. Часто эти нарушения трактуются как признаки заболеваний, но основным фактором, регулирующим участие этих ферментов в процессах пищеварения, является генетический контроль (Semenza et al., 1999).
Таблица 2
Частота неусваиваемости дисахаридаз в арктических и европейских популяциях
Дисахарид
|
Неусваиваемость, %
|
Коренное население Арктики
|
Население Европы
|
Сахароза
|
5-6,9
|
Менее 0,5
|
Трегалоза
|
10,5
|
0,25-2
|
Лактоза
|
48-100
|
2-37
|
На рассмотрении именно этих, генетически детерминированных частот дефицита дисахаридаз, мы и остановимся. По нашему мнению, анализ распространенности заболеваний (да и всегда ли генетически обусловленное снижение активности фермента следует трактовать как болезнь?) может прояснить эволюцию связанного с ними признака.
Чем же могли быть обусловлены высокие частоты нарушений усвоения дисахаридов в Арктике?
Возможных причин несколько.
Прежде всего, традиционные арктические диеты исторически включали очень малое количество дисахаридов. Причина – экологическая. «Природные сахара» редко встречаются в Арктике: их источниками служат, пожалуй, только ягоды да почки некоторых растений. Малая распространенность сахаров привела «за ненадобностью» к ослаблению отбора на высокую активность соответствующих ферментов (у жителей умеренного и жаркого климата он действовал активно – сахаров-то много!). Результат виден в таблице 2: у арктических аборигенов в десять раз чаще, чем у жителей более тёплых регионов, наблюдаются «сбои» в работе фермента сахаразы.
Подобное ослабление отбора могло сочетаться с процессами культурно-генетической коэволюции. Как уже упоминалось, тундровые жители, в частности ненцы, традиционно не едят грибов, объясняя это тем, что грибы – пища северного оленя, а не человека. Но можно предположить, что традиции отказа от такого богатого белками источника пищи, как грибы (при скудных в целом ресурсах), могли быть обусловлены сравнительно широкой распространенностью неусваиваемости трегалозы в высокоширотных популяциях. Трегалоза - сахар, содержащийся именно в грибах, а дефицит расщепляющего её фермента трегалазы – одна из причин возникновения болей в животе после употребления их в пищу (Arola, 1999). Эти физиологические особенности приводят к формированию специфических традиций питания.
Нечто подобное могло происходить и в отношении сахаразы, но вот с ферментом лактазой, расщепляющим молочный сахар (лактозу), ситуация явно была иной.
Генетически обусловленное снижение активности лактазы по мере взросления – эволюционно исходный признак, общий для всех млекопитающих (Козлов, 2005). Сокращение продукции лактазы с возрастом заставляет детёныша отказываться от материнского молока и переходить к самостоятельной добыче пищи. В группах же людей, практиковавших молочное животноводство в умеренной климатической зоне, произошла смена давления отбора. Прежде всего, молоко домашних животных представляло собой дополнительный и достаточно стабильный источник пищи. Вторая причина менее очевидна, но эволюционно, возможно, не менее существенна. Лактаза способствует проникновению кальция через стенку кишечника, что снижает опасность развития рахита при недостатке как вырабатываемого в организме, так и поступающего с пищевыми жирами витамина D. Фермент функционально «замещает» витамин, вырабатывающийся в организме под влиянием ультрафиолетового облучения. Это привело к тому, что умеренных широтах со сравнительно невысоким уровнем инсоляции новый, мутантный генотип со стабильной в возрастном отношении активностью фермента получил преимущество.
В арктических аборигенных группах, наоборот, «исходный генотип» с ограниченной активностью лактазы своего преимущества не терял. Причина опять же экологическая: доступность животных жиров. Жирорастворимый витамин D в нужном количестве поступает с пищей, и лактазы для его замены не требуется. Наши исследования показывают, что для коренного населения арктических регионов характерно носительство именно исходного аллеля С гена LCT (раньше его обозначали LAC*R).
Здесь самое время подчеркнуть важный факт. Присущий северянам дефицит ферментов – не болезнь, а вариант нормы. В древности именно такие генотипы в наибольшей степени отвечали требованиям арктической среды и обеспечивали адаптацию к суровым условиям. Поэтому принципиальной ошибкой было бы рассуждать о «способах лечения» неусваиваемости молочного сахара и взрослыми, и детьми манси, ненцев, чукчей. Не «лечить» нужно, а учитывать этническую (точнее – антропологическую) специфику работы пищеварительной системы северян. А чтобы учитывать её точнее и грамотнее, следует как можно полнее изучить динамику генетических процессов в популяциях аборигенов Севера.
В последние десятилетия генетическая ситуация на Севере быстро меняется. Приток генов из других популяций может влиять и на способность к усвоению дисахаридов. Ещё десять лет назад на примере различных субпопуляций саамов Финляндии и России нам удалось показать, что по мере смешения с не-саамскими группами частота «древнего» аллеля C гена LCT снижается (Козлов, Лисицын, 1997). Но тогда об уровне генетического смешения мы могли судить только по косвенным данным, прежде всего, историческим и этнологическим. Сопоставляя их с частотами аллеля C, мы делали предположение о притоке генов, связанных с обменом сахаров.
Теперь же совместно с сотрудницей Лаборатории анализа генома Института общей генетики РАН
С.Боринской и аспиранткой МГУ М.Соколовой мы смогли провести прямое популяционное исследование. Материалы для такой оценки дали исследования на Чукотке. Молекулярно-генетический анализ позволил проследить частоты аллеля у потомков от чукотских, славянских и смешанных (чукотско-славянских) браков.
Древний рецессивный аллель C детерминирует фенотип с ограниченной в возрастном отношении активностью лактазы. Его носительство можно считать признаком «исходного генотипа». Исследования показали, что частота аллеля C у потомков от чукотско-чукотских браков равна 0,98, у потомков от межэтнических чукотско-славянских браков – 0,79, а у выходцев из живущих на Чукотке русских, украинских и белорусских семей – 0,65. Видно, что приток генов из внеарктических популяций ведет к снижению частоты аллеля, детерминирующего неусваиваемость дисахарида лактозы.
Можно предположить, что в отношении других дисахаридов эффект этнического смешения должен быть таким же. К сожалению, материалов для проверки этого предположения у нас пока нет (надеюсь, появятся – исследования только начались). Но уже сегодня мы можем хотя бы приблизительно оценить влияние второго важнейшего фактора – воздействия доминирующей «европейской», в её российском варианте, культуры на традиционную арктическую кухню.
Потребление северянами пищевых сахаров быстро нарастает. В 1920 г. морские зверобои Чукотки практически не употребляли ни покупного сахара, ни сладостей. В 1937 г. ежедневное потребление сахара сибирскими эскимосами составляло в среднем 30 граммов на человека, а сладостей в целом – 40 г (Крупник, 1989). Сегодня отличий в потреблении сахара и сладостей между коренным жителем Чукотки и «среднестатистическим россиянином» уже нет: на того и другого ежесуточно приходится соответственно 58 и 65 г сахара, и 125 и 129 г сладостей в целом (включая столовый сахар).
Рост потребления экзогенных сахаров приводит к неблагоприятным последствиям. Одно из них касается нарушения обмена моносахаридов. При «традиционном» образе жизни и питания это происходит редко. Обычно содержание глюкозы в сыворотке крови коренных северян невысоко. Средний уровень глюкозы в крови 422 обследованных нами северных аборигенов составил 4,47 ммоль/л, что практически совпадает с медианой нормального колебания признака: от 3,3 до 5,5 ммоль/л. Средние популяционные показатели в обследованных выборках различаются очень мало, колеблясь от 4,48 (саамы) до 4,77 ммоль/л (ненцы).
Одной из причин таких «идеальных» значений может быть эффективная регуляция синтеза эндогенных углеводов, о которой уже говорилось. Организм получает нужное ему количество глюкозы из аминокислот, а избыточный сахар не образуется.
Но при переходе на «европейскую» пищу с высоким поступлением углеводов и особенно сахаров, концентрация глюкозы в крови коренных северян быстро возрастает. Это подтверждают данные многих исследований, в том числе и наши наблюдения. Более того, по мере отхода от традиционного типа питания возрастает и частота нарушений чувствительности к глюкозе (одного из первых симптомов развивающегося диабета), и собственно сахарного диабета.
Нарушения метаболизма глюкозы у коренных северян, ведущих близкий к традиционному образ жизни (охотники, рыбаки, оленеводы), редки. Мы обнаружили их примерно у 5% обследованных, что в 2-4 раза меньше, чем в европейских популяциях. Среди частично «вестернизированных» северян, живущих в тех же посёлках, но занятых в современных сферах деятельности (медики, учителя, сельская администрация), нарушения обмена сахара встречаются уже со вполне «европейской» частотой: чуть меньше 11 процентов. У студентов же, переехавших из посёлков в приполярные города для учёбы в ВУЗах и техникумах, частота нарушений уже критически высока: 17% (Козлов, Вершубская, 2004).
Приведенные данные касались распространения нарушений обмена моносахаридов в результате влияния доминирующей культуры, приносящей новый образ жизни и питания.
Вторая опасность, которую следует предвидеть, связана со «скрытым», неявным поступлением большого количества дисахаридов в северные регионы.
Столовый сахар – чистейшая сахароза, и для усвоения которой требуется только один фермент – сахараза. «Пищевые сахара», или «сладости» в целом, напротив, представлены целой группой разнообразных сложных сахаров. Соответственно, их метаболизм требует участия комплекса дисахаридаз (напомню: каждому дисахариду – свой фермент!).
А теперь взглянем на изменения состава пищевых сахаров в диете коренных жителей Чукотки.
В 1930 гг. на долю сахарозы приходилось 75% всех потребляемых на Чукотке сахаров, но к середине 1980-х она снизилась до 46%. Другими словами, если раньше для усвоения сахаров организму нужна была почти одна сахараза, то сегодня 54% потребляемых сладостей требуют участия в их метаболизме самых разнообразных ферментов!
И ведь проблема не только в увеличении диапазона необходимых ферментов. Современные продукты могут к тому же содержать сложные сахара в непривычном виде.
Что это значит, рассмотрим на примере молочного сахара – лактозы. Раньше северяне получали этот дисахарид почти исключительно с молоком: сначала материнским, затем – ещё и с коровьим. Поскольку коровье молоко было пищей непривычной, и к тому же вызывало неприятные ощущения и расстройства кишечника, люди избегали его, а вместе с ним – и лактозы. Теперь лактоза встречается не только в молоке. Она все шире применяется при производстве кондитерских изделий, конфет, шоколада, крайне популярного на Севере сгущенного молока, а также (что совсем неожиданно) – колбас, сосисок и других мясных продуктов. Содержание лактозы в картофельном пюре быстрого приготовления не ниже, чем в цельном молоке, а в быстро готовящихся кашах её больше от 1,5 до 4 раз. Избежать употребления столь разнообразных (к тому же широко рекламируемых и, действительно, удобных в быту) продуктов очень сложно, а население практически не информировано о содержании в них лактозы.
Распространяется на Севере и привычка к употреблению в пищу грибов. В первой трети XX века врачи подчеркивали, что кольские саамы употребляют грибы крайне редко и неохотно. Затем саамы стали заготавливать грибы на продажу. Сегодня большинство опрошенных нами саамских женщин уверяет, что блюда из грибов в их семьях обычны. Казалось бы, это не «скрытое», а откровенное проникновение трегалозы в «северную кухню». Но дело в том, что о дефиците фермента-дисахаридазы и симптомах его проявления не знают не только местные жители, но и врачи. Северные больницы к тому же не имеют возможностей для диагностики активности трегалазы.
Наконец, еще одна проблема заключается в том, что в современных арктических аборигенных популяциях практически не изучены особенности распределения генов, регулирующих активность ферментов-дисахаридаз. Имеющиеся данные фрагментарны. В последние годы мы смогли провести популяционные исследования активности лактазы и частот регулирующих её аллелей в арктических регионах России. Но сведения, касающиеся дефицита сахарозы и трегалозы, единичны. Это – одно из важных направлений будущих исследований на Севере.
Первая публикация - В сб.: Российская наука: Мечта светла. В.И.Конов (ред.). М., Октопус, 2006, с.363-369.
