Все мы ходили на уроки биологии. Но даже самые прилежные ученики вряд ли смогут сдать экзамен по биохимии жира в организме человека, ведь за последние несколько лет в этой области было сделано слишком много научных открытий. Такой прогресс не может не восхищать и не пугать одновременно. В этой главе я сначала расскажу о том, как здоровое тело контролирует свой вес, а затем перейду к тому, как вторжение жирогенов добавляет нам лишних килограммов.

Создатели новых диет в один голос утверждают: мы уже достаточно знаем о человеческом теле, чтобы разработать идеальную программу по снижению веса. Следовать ей будет легко и просто, а результат останется с вами навсегда. Некоторые сообщества (например, Weight Watchers) твердо верят в простую арифметику: уменьшите общее потребление калорий, и вы станете стройнее. Диеты Аткинса и палеодиета позволяют потреблять столько калорий, сколько хочется, но требуют практически полностью отказаться от углеводов (к которым относится большинство овощей). Диета Притыкина, напротив, реабилитирует сложные углеводы, но налагает почти полный запрет на жиры. И тут нас ждет сюрприз! Никто до конца не знает, как работает наше тело, особенно когда дело доходит до увеличения или снижения веса. Как нет двух абсолютно похожих людей, так и обменные процессы имеют свои индивидуальные особенности. Если бы мы точно знали, как все функционирует, медицина с легкостью расправилась бы с болезнями, попутно составив надежную программу по снижению веса. И индустрия диетологии (доходность которой составляет более 60 миллиардов долларов в год) стала бы никому не нужна.

Физиология все сильнее обрастает слухами. Никто, например, не оспаривал предположений об индивидуальных различиях. Почему некоторые люди набирают жир под кожей, а у других он скапливается вокруг кишечника (что, кстати, очень опасно)? Единственно правильного ответа здесь не существует. Ни одна диета (кроме разве что полного голодания) не сработает абсолютно на всех. Почему победители шоу «Взвешенные люди» почти всегда снова набирают вес, с которым так упорно сражались на глазах у всей страны?

В предыдущей главе я рассказал о трех основных типах телосложения. Некоторые люди от природы худощавые, другие – крупные, а третьи представляют собой золотую середину. Когда мы вырастаем, наше тело естественным образом начинает поддерживать определенный вес, налаживая все необходимые внутренние процессы. Это состояние – начальная установка для нормального обмена веществ, так называемая точка равновесия. Тело определяет, сколько требуется еды, чтобы набрать вес, и сколько нужно двигаться, чтобы его потерять, анализирует аппетит, склонность к перееданию, а также мотивацию отрабатывать съеденное. Такое программирование веса определяется не только генетически. На него могут влиять особенности окружающей среды, а также основные периоды развития, от формирования зародыша в утробе матери до полового созревания. Как говорит мой друг и коллега Джерри Хайндел, «хорошее начало – это пожизненная льгота». А плохое начало грозит нам целым букетом будущих проблем со здоровьем, включая ожирение.

Еще один пример точки равновесия – температура тела. Если она поднимается выше 37 градусов (например, от жары или инфекции), активируется множество физиологических механизмов, чтобы снова понизить ее. А что происходит с телом, если речь идет о весе? Если вес становится выше или ниже заданной нормы, то обмен веществ тоже ускоряется или замедляется, чтобы все встало на свои места? В начале 1980-х годов Уильям Беннетт и Джоэл Гьюрин разработали теорию метаболического равновесия. Они пытались объяснить, почему частые диеты не помогают в борьбе с лишним весом. С тех пор ученые проводили многочисленные научные исследования, пытаясь найти ту самую точку равновесия, которая регулирует массу тела. Но, увы, решить эту задачу не так-то просто. И все же есть некоторые доказательства того, что внутренний контроль массы тела существует – здесь тоже имеется своя точка равновесия, но это не постоянная величина (в отличие от температуры тела).

Наш организм знает несколько способов защитить жировые запасы. К тому же масса тела формируется под влиянием трех важных факторов:

1) генетика (унаследованная ДНК);

2) эпигенетика (наследственные черты, которые не связаны с изменениями в ДНК);

3) окружающая среда (питание, физическая активность, воздействие химических веществ, сон и т. д.).

Поддержание массы тела – процесс сложный и динамичный. Возможно, он быстрее активизируется при потере веса. Тогда гораздо проще объяснить, почему набирать килограммы проще, чем терять их. Мы многое узнали, и многое еще предстоит выяснить. Наконец-то дверь в тайный мир жировых клеток приоткрылась, и мы начинаем понимать, как их поведение может влиять на вес.

У взрослого человека общее количество клеток тела практически не увеличивается. Каждый тип клеток имеет среднюю продолжительность жизни (например, сперматозоиды живут около трех дней, клетки кишечника – не более четырех дней, кожные клетки погибают и отшелушиваются где-то через две-три недели, а клетки мозга, как правило, остаются с нами на всю жизнь). Обычная жировая клетка (адипоцит) живет около десяти лет. Мы знаем, как организм создает новые жировые клетки, но не очень понимаем, чем определяется их число. В начале жизни в нас закладывается нужное количество жировых клеток, и тело его знает. Если сделать липосакцию, организм восстановит исходное количество клеток, но не обязательно в том же месте, откуда их удалили. Недавние исследования показывают, что плохие привычки питания могут привести к увеличению количества жировых клеток, а вот как навсегда избавиться от их излишка, мы пока не знаем. Чтобы уменьшить размер уже существующих жировых клеток, необходимо изменить качество пищи и размер порций и всю жизнь придерживаться этого рациона. Если базовое количество жировых клеток увеличивается из-за неправильного питания или под воздействием жирогенов, вам будет труднее контролировать вес, потому что все жировые клетки запрограммированы на содержание какого-то минимального количества жира. И, как мы узнаем из главы 3, маленькие жировые клетки производят малое количество гормона сытости – лептина.

Позже мы рассмотрим, как жирогены влияют на метаболическое равновесие. А сейчас давайте поговорим о том, что такое нормальный жировой обмен и какие скользкие пути ведут к ожирению.

Вопреки распространенному мнению, путь к ожирению не быстрый. Большинство из нас недооценивает возможности собственного тела. А ведь это сложный, уникальный механизм! Изучая жировой обмен и развитие ожирения, мы узнаем много нового и интересного о самом жире. Оказывается, не все жировые клетки одинаковы. У разных жировых отложений разная производительность, от нее зависит, насколько легко они запасают и сжигают жир.

Когда я учился в аспирантуре, все сходились во мнении, что жировые клетки – это хранилище для избыточных калорий. Вроде сундучка, в котором тело запирает драгоценную энергию, и она находится там до тех пор, пока не понадобится хозяину. Но все оказалось совсем не так.

Изучение биологии жировой ткани шло семимильными шагами. В 1994 году, после открытия гормона сытости лептина и основного регулятора развития жировых клеток – гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом (PPARy), жировую ткань признали действующим эндокринным органом, который играет важнейшую роль в физиологии человека. Она высвобождает более двадцати гормонов, некоторые из них связаны с аппетитом и обменом веществ и поэтому могут взаимодействовать с тканями мозга, печени, поджелудочной железы и иммунной системы. Жировая ткань регулирует баланс энергии и питательных веществ в организме. Никто больше не считает ее лишь пассивным хранителем.

У риелторов есть старая присказка: на стоимость дома влияют три вещи – место, место и еще раз место. То же самое можно сказать о жире: от того, куда тело его запасает, во многом зависят наше здоровье, а также вероятность развития заболеваний сердечно-сосудистой системы, диабета 2-го типа и инсульта. Как и в случае с холестерином, жир бывает «хороший» и «плохой». Жир, откладывающийся в брюшной полости (вокруг внутренних органов), очень вреден для здоровья и провоцирует ожирение. Это плохой жир. А вот подкожный жир (те самые складки на животе и «холодец» на руках и бедрах) совсем не опасен, хоть и выглядит неэстетично.

Чтобы до конца разобраться, как происходит жировой обмен, надо в общих чертах понять, как работают гормоны. Эндокринные гормоны – это биологические посланники нашего организма. Их вырабатывают железы: гипофиз, надпочечники, яичники и семенники. Затем они проходят через кровь в другие части тела и принимаются за работу. Эти вещества выделяются в очень малых концентрациях и выполняют много важных функций. Гормоны действуют через высокоспецифичные рецепторы. Наличие или отсутствие гормональных рецепторов определяет, станет ли конкретная клетка или ткань реагировать на гормональный сигнал или проигнорирует его. Проще говоря, существует два типа гормональных рецепторов. Первые живут на поверхности клетки. У них свои функции, выполнять которые им помогают клеточные мессенджеры. Их еще называют вторичные мессенджеры, потому что они передают сообщения, полученные на поверхности клетки от первого посланника – самого гормона. Например, инсулин подает сигнал через инсулиновый рецептор. Он передается с помощью группы вторичных мессенджеров и в конечном итоге вызывает изменения в экспрессии генов. Гормональные рецепторы второго типа (или ядерные рецепторы) живут внутри клетки. Эти молекулярные агенты напрямую связываются со своим гормоном и регулируют экспрессию нужных генов. Рецепторы эстрогена и тестостерона – два основных ядерных рецептора гормонов в организме.

Существует более пятидесяти различных гормонов и связанных с ними родственных молекул, которые вместе управляют практически всеми процессами нашего тела и играют важную роль в работе тканей и органов. Гормоны могут регулировать обмен веществ (как быстро он запускается, как сжигаются и запасаются калории), отвечают за рост и развитие ребенка с рождения до половой зрелости, функции тканей, настроение и т. д. На рис. 4 показано, какие гормоны производит наша эндокринная система.

Наверняка вы слышали о гипоталамусе и гипофизе, половых железах (яичниках у женщин и яичках у мужчин) и надпочечниках.

Гормоны имеют важное значение для позвоночных и беспозвоночных. Часто у разных видов живых существ выделяются одни и те же гормоны. Вот самые известные их них:

✓ эстроген и прогестерон регулируют месячные циклы женских половых путей;

✓ тестостерон награждает мужчин мускулатурой и частично контролирует их агрессию;

✓ глюкокортикоиды, например кортизол, помогают реагировать на стресс);

✓ гормоны щитовидной железы контролируют, сколько калорий наше тело сжигает в состоянии покоя;

✓ инсулин следит за количеством глюкозы в крови, его недостаток может привести к диабету и множеству других проблем со здоровьем;

✓ мелатонин отвечает за циклы сна и бодрствования.

Я могу еще долго рассказывать о гормонах и их функциях, но этого пока достаточно для того, чтобы понять, какую роль гормоны играют в нашей жизни и почему нарушение их функций может серьезно ослабить здоровье. Настало время более внимательно взглянуть на гормоны, которые решают, толстеть вам или худеть.

Доминантные женские и мужские половые гормоны (эстрогены и андрогены) играют важную роль в определении количества и местоположения жировых отложений на протяжении бо́льшей части жизни взрослого человека. Ваш возраст и гормональное состояние во многом определяют, как и когда производятся эти гормоны. Яичники вырабатывают большое количество эстрогенов, преимущественно эстрадиола, у женщин детородного возраста. Благодаря им во время менструального цикла у них каждый месяц происходит овуляция. Фактически слово «эстроген» означает любое химическое вещество, которое стимулирует рост слизистой оболочки матки. Яичники девушек производят большое количество эстрадиола, а семенники юношей щедро вырабатывают андрогены, такие как тестостерон. С возрастом количество этих гормонов уменьшается. У мужчин и у женщин после наступления менопаузы половые железы не вырабатывают эстрогенов. Зато их производят жировые и многие другие виды клеток, и они начинают действовать прямо в том же месте, а не выделяются в больших количествах в кровь. Естественные колебания уровня половых гормонов в процессе старения связаны с перераспределением жира в организме. Замедление выработки гормона роста по мере старения также влияет на жировые отложения. Этот гормон, выделяемый гипофизом, стимулирует рост и деление клеток. Он необходим в молодые годы: наше тело стремительно развивается, мы растем, укрепляются кости и мышцы. Уровень гормона роста с возрастом падает, и это замедляет обмен веществ. Сейчас становятся популярными пищевые добавки, повышающие выработку этого гормона. Они обладают так называемым антивозрастным эффектом (то есть помогают ускорить потерю веса, улучшить внешний вид кожи и увеличить мышечную массу), но их использование может привести к развитию раковых опухолей и ранней смерти Казалось бы, надо всего лишь восстановить гормональный уровень молодого человека, и все проблемы уйдут. Возможно, вам даже попадалась на глаза фотография 71-летнего врача, который выглядит как юный культурист. Поиск гормонального источника молодости давно превратился в крупный бизнес. Выглядит все очень привлекательно, но волшебная пилюля не поможет вернуть здоровье. Что хорошо для молодых людей, не всегда подходит для пожилых. Одни и те же гормоны на разных этапах жизни могут как улучшить самочувствие, так и обернуться тяжелым недугом. Очень важно это понимать, ведь любые вещества, в том числе жирогены и ХВРЭС, с возрастом оказывают разное воздействие на организм. Вы наверняка знаете, что после менопаузы женщины становятся более склонны к полноте. Можно подумать, что потеря эстрогенов способствует увеличению веса, и поэтому именно они помогут не набрать лишнего. И все же это не так: эстрогены играют совершенно другую роль. Более того, избыточное воздействие этих гормонов перед рождением и в первые месяцы жизни может спровоцировать ожирение в более позднем возрасте. Таким образом, влияние эстрогеноподобных веществ на девочку-подростка и взрослую женщину будет совершенно разным. Мы еще вернемся к этому примеру, разбирая нарушения эндокринной системы.

Жир в организме выполняет множество функций, а не только греет вас в холода и придает телу приятную округлость. Но помните, все решает место! Возможно, вы мечтаете растопить ненавистный жир на руках и бедрах, но лучше подумайте о невидимом враге, плотно облепившем внутренние органы. Люди, которые внешне не выглядят полными, могут иметь высокий процент скрытого висцерального жира, а это чревато многими заболеваниями. В этом смысле толстякам повезло гораздо больше, хоть они и жаждут поскорее избавиться от ненавистных складок и валиков на талии.

Чем же так опасен висцеральный жир и к каким заболеваниям он может привести? Хотя ученые до сих пор изучают этот вопрос, некоторые ответы уже найдены.

Но сначала давайте рассмотрим различные типы жировых отложений и то, как их расположение влияет на работу организма.

Грубо говоря, весь наш жир можно разделить на две основные категории: незаменимый жир и жировые отложения. Незаменимый жир необходим для нормального, здорового функционирования тела. Относительно небольшое его количество находится в костном мозге, внутренних органах, центральной нервной системе и мышцах. Мужчинам нужно меньшее количество этого жира, чем женщинам (около 3 % против 12 % веса тела), потому что у прекрасного пола он находится в груди, на ягодицах и на бедрах – это необходимо для деторождения.

Уменьшение процента жира в организме до этого критического уровня или ниже будет иметь негативные последствия для здоровья (и неважно, что вы мечтаете походить на моделей начала нулевых). Из-за дефицита незаменимого жира у некоторых выдающихся спортсменок прекращается менструация, по той же причине женщины с недостаточным весом чаще страдают от бесплодия.

Жировые отложения накапливаются под кожей, в мышцах и в определенных областях внутри тела. В целом женщины имеют более высокий процент жира, чем мужчины. Он необходим их организму в период беременности и лактации.

Все вышесказанное относится преимущественно к белому жиру. Но есть и другие виды телесного жира. Недавние исследования подтвердили, что, кроме белого, существуют бурый и бежевый жир. У каждого из них есть уникальные молекулярные свойства, а их избыток или недостаток имеют разные последствия для здоровья.

Бурый жир – термогенный. Он участвует в образовании энергии. Его клетки активно сжигают калории для получения тепла. У новорожденных этот жир составляет до 5 % массы тела – он нужен, чтобы держать их в тепле. В отличие от белого жира, который накапливает энергию и вырабатывает гормоны, в бурой жировой ткани находится много кровеносных сосудов. Она действует скорее как мышца, сжигая триглицериды для получения тепла. На самом деле мышечные и бурые жировые клетки происходят от одной клетки-предшественника. Первоначально считалось, что этот жир есть только у младенцев, но в 2009 году исследователи обнаружили небольшое его количество у взрослых. У человека с нормальным весом имеется от 60 до 80 граммов бурого жира.

Бежевый жир был обнаружен в 2012 году. Он относится к хорошему типу жира, хотя его функции пока мало изучены. Это еще одна форма термогенной жировой ткани, которая имеет свойства как бурого, так и белого жира. Он появляется в местах отложения белого жира в ответ на различные возбудители, например холод. О происхождении бежевого жира нам известно немного. Представители одной научной школы полагают, что он образуется из белого, другие считают, что он вырабатывается в ответ на холод из стволовых клеток, расположенных вокруг кровеносных сосудов в жировой ткани. Активность бурых и бежевых жировых клеток уменьшает риск возникновения метаболических заболеваний (включая ожирение у мышей) и помогает людям сохранять стройность. Индукция бежевого жира изучается как перспективное средство для лечения диабета 2-го типа.

В отличие от сравнительно небольшого количества бурого и бежевого жира, белый жир обильно оседает на внешней и внутренней поверхности бедер, животе и под кожей. Его задача – накапливать и сохранять энергию в форме триглицеридов. Лучше всего, если эти естественные амбары будут находиться под кожей. Избыток висцерального (внутреннего) белого жира вреден для здоровья. Такое состояние часто называют абдоминальным, центральным или андроидным ожирением (все эти понятия обозначают одно и то же). С точки зрения обмена веществ висцеральный белый жир отличается от подкожного. Он активно высвобождает жирные кислоты, воспалительные соединения и гормоны, что в конечном итоге может привести к повышению холестерина липопротеинов низкой плотности (или «плохого» холестерина), уровня триглицеридов и артериального давления и снижению чувствительности к инсулину, что часто приводит к диабету 2-го типа.

Токсичность висцерального жира всегда объяснялась его связью с чрезмерно активной реакцией организма на стресс: начинается интенсивная выработка глюкокортикоидов (например, кортизола), из-за этого повышаются кровяное давление и уровень глюкозы в крови и увеличивается риск развития сердечно-сосудистых заболеваний. Эти факторы, безусловно, важны, но следует также учитывать роль печени и феномен липотоксичности – нарушения обмена веществ, обусловленного накоплением молекул жира в тканях и органах, которым они не принадлежат.

В отличие от других видов жировых отложений, висцеральные жировые клетки выделяют продукты жизнедеятельности прямо в систему портального кровообращения. По ней кровь из кишечника течет к печени по воротной вене. Получается, что висцеральные жировые клетки, увеличенные от избытка триглицеридов, выпускают свободные жирные кислоты прямо в печень. Там многие из них преобразуются обратно в триглицериды и отправляются на хранение. Оставшиеся жирные кислоты, не присоединившись в печени к глицерину, высвобождаются в общий кровоток и оседают в местах, не предназначенных для хранения жира: на поджелудочной железе, сердце и других органах. Это может привести к сбою в работе внутренних органов, а затем и к нарушению выработки инсулина, холестерина и, соответственно, баланса сахара в крови. Все это может закончиться обширным воспалением и пагубно сказаться на состоянии здоровья в целом.

Крупные жировые клетки пропускают жир (его частицы как бы вытекают их них, как вода из прохудившегося ведра). Это активизирует иммунные клетки – макрофаги, которые пытаются забрать излишки. Рыхлые жировые клетки также производят белки, которые вызывают локальное воспаление. Это привлекает другие иммунные клетки, и воспаление становится хроническим. Сам по себе воспалительный процесс не разрушителен: он помогает залечивать раны и необходим для выживания – так наше тело защищается от всего, что может принести ему вред. Без воспаления мы не смогли бы сражаться с патогенными бактериями, вирусами, токсинами (естественными ядами), токсикантами (искусственными ядами) и другими захватчиками организма. Этот процесс возбуждает естественные механизмы исцеления, временно активируя иммунную систему и помогая нам вылечить порез или простуду. Воспаление – это первая атака, она прекращается, когда начинается заживление.

Но что происходит, когда тело непрерывно бьет тревогу и иммунная система всегда находится в состоянии боеготовности? Если биологические вещества (гормоны, лимфокины, свободные радикалы, простагландины, оксид азота), образующиеся во время воспалительного процесса, постоянно присутствуют в организме, они повреждают его клетки. При системном воспалении поток крови разносит его по всему телу и мы словно варимся на медленном огне. На этой стадии воспаление можно диагностировать, сдав анализ крови. Классическим маркером в этом случае является C-реактивный белок, который указывает на продолжающийся воспалительный процесс. Одним из важнейших открытий современной медицины стало признание того, что системное воспаление лежит в основе многих, если не большинства, хронических болезней, включая ожирение.

Степень воспаления может показать разницу между людьми, которые уже страдают ожирением, но их обмен веществ еще не нарушен, и людьми, которые страдают и от ожирения, и от нарушения обмена веществ. В целом тучность указывает на более высокий риск возникновения диабета и заболеваний сердца. Но все же у некоторых даже очень полных людей кровяное давление и уровень холестерина (то есть факторы, повышающие риск нарушения обмена веществ) остаются в норме. В таком состоянии находятся почти 35 % людей, страдающих ожирением. Научный эксперимент, проведенный в 2013 году, показал, что метаболически здоровые люди – как полные, так и стройные – имели более низкие уровни маркеров воспаления в крови. То есть не важно, каким был их ИМТ: если не было воспаления, проблем с обменом веществ тоже не наблюдалось.

Многие исследования подтверждают тесную взаимосвязь между висцеральным жиром и активным воспалением. Мало того, что этот вид жира провоцирует воспаление, он и сам может воспалиться, и порочный круг замыкается. Ученые доказали, что относительно стройные люди с обрюзгшей средней частью тела (так называемый центральный тип ожирения) в два раза чаще умирали от сердечных заболеваний, чем толстяки, у которых жир распределялся по всему телу. Это еще раз подтверждает опасность накопления висцерального жира по сравнению с подкожным.

Повышенный риск смертности при увеличении количества висцерального жира также отчасти связан с повышением невосприимчивости к инсулину. Клетки перестают реагировать на выработку гормона, без которого невозможно превратить глюкозу из крови в топливо. Это приводит к тому, что бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, синтезируют и выделяют все большее и большее количество этого гормона. Невосприимчивость к инсулину практически всегда приводит к диабету 2-го типа, потому что бета-клетки со временем теряют способность производить достаточное количество инсулина, чтобы удовлетворить потребности организма. У больных сахарным диабетом уровень глюкозы в крови повышен, потому что их тела не могут транспортировать ее в клетки, где она будет безопасно храниться до тех пор, пока телу не потребуется энергия. Избыток глюкозы в крови оказывает патологическое воздействие на бета-клетки поджелудочной железы и эндотелиоциты стенок сосудов (клетки, выстилающие кровеносные сосуды). Самые распространенные последствия сахарного диабета 2-го типа – это нарушения кровообращения, особенно в мелких сосудах глаз, почек и расположенных рядом нервов. Около 80 % больных сахарным диабетом 2-го типа имеют избыточный вес или страдают ожирением. Это указывает на прочную связь лишнего жира и сахарного диабета.

Жировая ткань формируется на четырнадцатой неделе беременности у зародыша размером с кулачок. Затем следует второй этап активного роста количества жировых клеток, который продолжается после рождения малыша и длится до полового созревания. В зрелом возрасте обновляется около 10 % жировых клеток в год. Таким образом, эта ткань не статична. Содержимое обновляющихся клеток, а также жир, хранящийся в такой клетке, обязательно должны высвобождаться. Жировые клетки образуются из мезенхимальных стволовых клеток (МСК) – уникальных клеток-предшественников, обнаруженных в костном мозге и вокруг кровеносных сосудов в жировой ткани. Они могут превращаться в другие виды клеток: остеобласты (костные клетки), хондроциты (клетки хрящевой ткани), миоциты (мышечные клетки) и адипоциты (жировые клетки) – в зависимости от того, какие сигналы они получают от окружающих клеток и тканей. Как вы уже знаете, сформировавшаяся жировая ткань динамична. Жировые клетки могут увеличиваться до пятнадцати раз от их первоначального размера.

Мы точно не знаем, что заставляет организм какое-то время создавать все новые и новые клетки. Раньше считалось, что, как только он произведет нужное количество жировых клеток, их число перестает меняться, и они сохранятся на всю жизнь. В 2009 году Кирсти Сполдинг и Эрик Арнер из Каролинского института в Швеции провели исследование, которое изменило это представление. Они использовали сопутствующие продукты атмосферных ядерных испытаний (радиоактивный углерод или 14C), чтобы показать, что количество жировых клеток пополняется на протяжении всей жизни. Обычно такая клетка живет около десяти лет, и около 8,4 % процента адипоцитов белой жировой ткани человека обновляется каждый год. Нам по-прежнему неизвестно, откуда организм знает, сколько клеток надо регенерировать. Онтогенетика дает некоторые ответы на вопросы об эволюции жировых клеток, а также информацию о том, какие типы сигналов вызывают образование новых жировых клеток из местных стволовых клеток. Одно можно сказать наверняка: чем больше жировых клеток – и чем они крупнее – тем больше вы весите, и неважно, что лежит в основе этой закономерности.

Вы когда-нибудь задумывались, что происходит после приема пищи? Как слишком обильная еда превращается в жир? Важно понимать, как все это работает, хотя бы для того, чтобы отказаться от строгих диет.

Пищеварение начинается во рту. Слюна содержит ферменты, которые расщепляют углеводы до простых сахаров. Затем пища отправляется в желудок вместе с жиром и водой. Там еда перемешивается и обрабатывается с помощью ферментов, например пепсина, который переваривает белки и соляную кислоту. Эти химические вещества продолжают расщеплять пищу, смешивая ее с желудочным соком. Затем химус (так называется эта смесь) проходит в первую часть тонкого кишечника – двенадцатиперстную кишку. В ней желчь, которая вырабатывается печенью и хранится в желчном пузыре, смешивается с химусом, чтобы превратить жир в эмульсию – это позволит ему перевариться. Целая группа ферментов, которые производит поджелудочная железа, также спешит принять участие в дальнейшем расщеплении углеводов, жиров и белков. Смесь приобретает жидкую форму, чтобы питательные вещества легче всасывались через слизистую оболочку тонкой кишки. Тут пути жиров, углеводов и белков расходятся. Жиры и жирорастворимые молекулы легко проходят сквозь клеточные мембраны. Питательным веществам, белкам и углеводам нужны специальные транспортные белки, чтобы пробраться через это препятствие. Если клетке не нужно тратить энергию на транспортировку, этот процесс называется пассивным, а если энергия требуется – активным.

После расщепления углеводов на простые сахара (глюкозу и фруктозу) они перемещаются в кровь и доставляются к клеткам и тканям. Некоторые углеводы откладываются в печени в виде гликогена. То, что остается, преобразуется в жир и оседает в жировых клетках. Жир также попадает в кровоток и направляется к печени, которая либо сжигает его, либо преобразует в другие вещества, например холестерин. Остальная его часть отправляется на хранение в жировые клетки.

Белки разбиваются на более мелкие фрагменты (пептиды), которые потом распадаются на аминокислоты и через слизистую оболочку тонкого кишечника попадают в кровоток и направляются к клеткам. Там некоторые из них используются для построения новых белков. Другие превращаются в глюкозу, которую тело использует для пополнения энергии. Этот процесс называется глюконеогенезом. Если клеткам хватает глюкозы и запасы гликогена в мышцах и печени не надо восполнять, избыток глюкозы превращается в жир. Другие типы избыточных аминокислот печень превращает в кетоновые тела, которые так превозносят адепты диет Аткинса и палеодиеты. Кетоновые тела могут использоваться для производства энергии в большинстве типов клеток. Как видите, даже лишний белок может в конечном итоге стать частью жировой ткани. А значит, популярная теория о том, что если есть много белка и отказаться от углеводов, то расти будут только мышцы, является ложной. Избыток любой пищи попадает в жировые клетки!

И помните: кишечник хорошо усваивает пищу, если в нем живут и здравствуют триллионы бактериальных клеток, которые помогают пищеварению и влияют на то, сколько калорий в виде питательных веществ примет ваш организм. У некоторых людей всасывается слишком много калорий, поэтому они более предрасположены к избыточному весу и ожирению. Это зависит от особенностей микрофлоры их кишечника. Ученые активно работают, чтобы понять, как производимые там метаболиты могут влиять на увеличение массы тела и развитие болезней. Дело в том, что некоторые виды кишечных бактерий способствуют ожирению и диабету, а другие, наоборот, помогают не набирать вес и нормализуют обмен веществ. Мы поговорим об этом подробнее в главе 5.

Давайте немного поговорим о липопротеинах. Это поможет вам понять, что попадает в жировые клетки и что выходит из них. Жиры (липиды) не растворяются в воде, как другие компоненты пищи. Поэтому их нужно сначала расщепить, чтобы они попали в кровь. Жиры, которые вы едите, и жиры, которые печень создает из углеводов, прикрепляются к молекулам белка. Фактически все виды молекул, которые не растворяются в воде (жиры, стероидные гормоны, некоторые витамины), должны связываться с белками. Только так они могут перемещаться по кровотоку. Липопротеины (жиры, связанные с белками) распознаются особыми рецепторами на поверхности клеток, в которых происходит их обработка. Разные липопротеины выполняют разные функции. Все зависит от того, к каким клеточным рецепторам они могут присоединяться. Например, у нас есть рецепторы, которые находятся на поверхности многих типов клеток и распознают в крови липопротеины низкой плотности (ЛПНП). С их помощью они могут извлекать из клеток холестерин. ЛПНП переносят липиды в клетки. Там они участвуют в важных физиологических процессах: формировании клеточной мембраны или миелиновой оболочки, которая окружает нервы, а также синтезе производных холестерина – стероидных гормонов, желчных кислот и витамина Д₃. ЛПНП также отправляют избытки жира на хранение в жировые клетки. Но иногда эти избытки оказываются в печени и на стенках артерий. Они застревают на пенистых клетках и образуют бляшки, что в конце концов может привести к блокировке артерий. Липопротеины высокой плотности распознаются рецепторами ЛПВП на клетках печени, которые отвечают за утилизацию использованного холестерина и удаление жира из организма. Чем больше ЛПВП у человека, тем меньше риск возникновения заболеваний сердца.

Жировые клетки – это наши естественные хранилища жира, но их двери слишком малы, чтобы пропускать крупные молекулы триглицеридов. Их нужно раздробить на мелкие кусочки – жирные кислоты, и тогда они смогут свободно пройти сквозь клеточную мембрану. Ферменты, отвечающие за расщепление триглицеридов на жирные кислоты и глицерин, называются липазами. Липопротеинлипаза, или ЛПЛ, – один из важнейших ферментов, который помогает жиру попасть в жировую клетку и оставить снаружи молекулы глицерина. Жировые клетки не только принимают на хранение жирные кислоты. Они также забирают из крови глюкозу и строят свои собственные триглицериды. Таким образом, для накопления жира необходимы два ключевых компонента: ЛПЛ, чтобы высвободить жирные кислоты из липопротеидов низкой плотности, и глюкоза, чтобы создать внутри клетки триглицериды из этих жирных кислот и глицерина.

Во всех этих процессах важную роль играет инсулин. Он контролирует, сколько глюкозы попадает из крови в мышечные и жировые клетки, а также в клетки печени. При избытке инсулина, который возникает от того, что мы едим слишком много сахара или из-за невосприимчивости организма к этому гормону, количество ЛПЛ увеличивается. Это значит, что в жировые клетки попадет больше глюкозы и жировые запасы будут расти.

Но помните, ЛПЛ – не вредоносный фермент. Он вырабатывается не для того, чтобы до отказа набить клетку жиром. Рецепторы ЛПВП, к примеру, отправляют жир в мышечные клетки, когда им не хватает топлива. Там он дробится на части и сжигается. Он также помогает направлять жир из кровотока к любой клетке, у которой есть рецепторы ЛПНП. Если инсулина недостаточно, в действие вступает фермент, который называется гормон-чувствительная липаза, или ГЧЛ, и происходит обратный процесс. ГЧЛ освобождает жирные кислоты из сохраненных триглицеридов. Они снова могут попасть в кровоток и использоваться для получения энергии. Именно так сжигается жир. Чем меньше выделяется инсулина и чем выше активность ГЧЛ, тем больше жира может сжечь организм. Но как только уровень инсулина повышается, ЛПЛ снова вступает в игру и перемещает жир обратно в хранилище. Эти обменные процессы наглядно показывают, почему чрезмерное употребление углеводов зачастую приводит к ожирению. Когда мы едим простые рафинированные углеводы, которые мгновенно повышают сахар в крови, уровень инсулина также быстро подскакивает, особенно при отсутствии физической активности, способствующей сжиганию глюкозы. Это создает прекрасные условия для пополнения жировых запасов. Высокий уровень инсулина ускоряет процесс накопления жира, вызывая экспрессию ЛПЛ. Так что, если не хотите поправиться, ни в коем случае не сочетайте большое количество жиров с простыми углеводами. Эту прописную истину используют многие диетологи. На ней основана Стандартная американская диета (или SAD) – самый известный режим питания в США. Но и здесь есть свои нюансы. Все мы знаем, что избыточное употребление жиров, белков и углеводов может привести к ожирению. Но мы часто забываем, что тело – это во многом саморегулирующийся организм. В нем запускается множество автоматических механизмов обратной связи для поддержания баланса. Этот процесс называется гомеостаз. Эволюция подарила нам завидную психологическую устойчивость к потенциально вредным условиям. Наши тела научились сохранять достаточно энергии, чтобы выживать даже в голодные времена без ущерба для жизненно важных органов и систем или физической производительности. Эти механизмы задействуют не только систему обмена веществ, но и эндокринную, нервную и пищеварительную системы. Я практически не упоминал о роли головного мозга, но, поверьте, без него у нас вообще ничего бы не получилось. Тело не смогло бы подавать и распознавать гормональные сигналы и выполнять важные функции, от самых простых (например, переваривание пищи) до самых сложных (координация системы сообщений, благодаря которой вы понимаете, что насытились).

Наш организм – сложная система. Я неспроста повторяю это вновь и вновь. У вас не должно остаться никаких сомнений в том, что ожирение крайне редко развивается само по себе в здоровом теле, исправно выполняющем все свои функции. Если человек изрядно обрюзг, в его организме произошел серьезный сбой. Тогда обстоятельства, которые способствуют нездоровому росту жировых клеток, становятся нормой. Например, небольшой процент людей в мире рождается с генетическим дефектом: их белые жировые клетки не производят достаточное количество гормона насыщения (лептина), который передает в мозг сигналы о том, что в организме уже достаточно жира и еды больше не нужно. Этот редкий недуг можно контролировать с помощью гормональных препаратов. К сожалению, сейчас все чаще встречаются люди с повышенным уровнем инсулина и низкой чувствительностью к лептину. Такое сочетание способствует не только набору веса, но и постепенно нарушает обмен веществ. Мы становимся более склонными к таким состояниям, как диабет 2-го типа, неалкогольная жировая болезнь печени, высокое кровяное давление и повышенный уровень холестерина.

Когда дело доходит до ожирения, все в один голос винят углеводы, и не зря! Большинство современных продуктов изобилуют рафинированными углеводами. Их постоянное употребление у многих вызывает резкое увеличение уровня инсулина. И в организм поступает большое количество глюкозы, которую он заботливо запасает в виде триглицеридов. При хорошем обмене веществ инсулин должен одновременно воздействовать на подавление аппетита и перемещать глюкозу в клетки. Из-за чрезмерно высокого уровня этого гормона мозг думает, что в крови опять недостаточно глюкозы, и побуждает нас снова поесть. Тело считает, что наступают голодные времена, и готовится выживать: поскольку определенное количество глюкозы в крови необходимо для нормальной работы мозга, он активирует сигналы, которые призывают вас съесть побольше углеводов, и ловушка захлопывается. Чтобы этого избежать, нужно соблюдать баланс белков, жиров и углеводов. Как же это работает? Правильное питание предотвращает опасные скачки уровня инсулина, которые создают гормональный дисбаланс. Если поддерживать в крови необходимые запасы энергии, организм будет отлично контролировать чувство голода и аппетит.

И все же многие люди легко полнеют. Значит, в системе произошел сбой. Если бы организм правильно регулировал процесс отложения жира, то эпидемию ожирения нельзя было бы объяснить несдержанностью, чревоугодием или праздностью. При ожирении начинается аномальный рост жировой ткани. Но, увы, услышав такой диагноз, мало кто бросается проверять состояние гормонов и ферментов. И еще реже мы задумываемся о воздействии жирогенов.

В начале 2003 года я приехал в японский город Мацуяма на научную встречу, чтобы обсудить химические вещества, разрушающие эндокринную систему (последнее время я активно работаю именно в этой области). Там я услышал доклад профессора Шинсуке Танабе из Университета Эхимэ о трибутилолове (ТБТ) – химическом соединении, используемом в производстве специальных красок, защищающих корпуса кораблей от обрастания беспозвоночными моллюсками.

Наша лаборатория сотрудничает с моим японским другом и коллегой профессором Тайсэном Игучи. Вместе мы пытаемся определить, могут ли ХВРЭС (в том числе ТБТ) активировать ядерный рецептор гормона, который я обнаружил, работая в Института Солка (мы назвали его стероидным и ксенобиотическим рецептором). Одна из его основных функций заключается в регулировании экспрессии ферментов, которые расщепляют наркотические и токсические химические вещества (так называемая ксенобиотическая реакция). В своем выступлении профессор Танабе рассказал, что ТБТ теоретически может превратить женщин в мужчин. Это меня сильно заинтересовало. Ведь самый очевидный способ вызвать половые мутации – изменить функции сигнальных путей эстрогена или андрогена.

Я задумался, на что именно может повлиять рецептор TBT, и попросил свою команду вернуться в Калифорнию и протестировать нашу коллекцию ядерных рецепторов гормонов, чтобы определить, какой из них активировал ТВТ. К нашему удивлению, мы обнаружили, что вместо активации или ингибирования рецепторов половых гормонов ТБТ и его родственные химические соединения активировали пролифератор пероксис PPARy и его клеточного партнера, ретиноидный X-рецептор (RXR). Этот рецепторный димер является основным регулятором развития жировых клеток. Моя группа провела несколько лабораторных опытов. Оказалось, что ТБТ влияет на клетки-предшественники и может превращать их в жировые клетки. Под воздействием ТБТ на эмбрионы лягушки и зародышей мышей семенники первых заполнились жиром, а у выросших мышей оказалось больше жировых запасов. Шесть лет спустя мы сделали самое поразительное открытие: потомство тех животных также имело склонность запасать больше жира. Это подтверждает наследственную природу ожирения, вызванного химическими веществами.