Время есть

Natasha Breen / Фотобанк Лори

Часы и часики

У научных статей, как у сказок, есть традиционные зачины, и один из самых популярных — «В последнее десятилетие». Именно с этих слов начинаются многие публикации, посвященные хронопитанию. Это раздел хронобиологии, который изучает влияние времени приема пищи на здоровье. Хотя основной постулат новой дисциплины — завтрак съешь сам, обед раздели с другом, а ужин отдай врагу — известен с незапамятных времен, в последнее десятилетие ученые активно выясняют, почему эту заповедь надо соблюдать и что именно произойдет, если ее нарушить.

Время приема пищи определяют многие факторы: доступность еды, чувство голода, социальные привычки, удобство, наконец. Но пищу нельзя вкушать, руководствуясь исключительно желанием и возможностью, потому что время трапезы влияет на множество физиологических процессов, в том числе на сон и бодрствование, метаболизм, производительность и внимание. Более того, питание, правильно скоординированное с циркадными (околосуточными) ритмами организма, может предотвратить ожирение и другие метаболические расстройства.

Околосуточный ритм млекопитающего отсчитывают часы, которые находятся в гипоталамусе, внутри парной структуры, называемой супрахиазматическим ядром. Часы состоят из 15–20 тысяч нейронов, синтезирующих транскрипционные факторы CLOCK и BMAL1, которые контролируют значительную часть генома млекопитающих в большинстве клеток (см. рисунок).

Циркадные часы организма. Нейроны супрахиазматического ядра синтезируют транскрипционные факторы CLOCK и BMAL1. Объединяясь в димер, они управляют работой многих генов, имеющих регуляторный элемент E-box. Эти же факторы регулируют синтез белков-репрессоров PER (Period) и CRY (Cryptochromes). К ночи в клетке накапливается значительное количество этих белков, они образуют димер, проникают в ядро и подавляют активность CLOCK:BMAL1. За ночь репрессоры деградируют, и пара CLOCK:BMAL1 вновь активна — начинается новый циркадный цикл. Кроме того, работу часов регулируют белки REV-ERB. За день их уровень повышается, и они связываются с регуляторным элементом RRE, подавляя синтез BMAL1. Ночью количество REV-ERB уменьшается, и синтез BMAL1 возобновляется

Факторы CLOCK:BMAL1 управляют работой многих генов, влияющих на различные метаболические процессы, в том числе обмен энергии, а также воспаление и старение. Циркадные гены, которые находятся под контролем супрахиазматического ядра, есть в большинстве органов и тканей. Иными словами, каждый орган имеет свои собственные периферические часики, которые сверяет с главными часами, но может подкорректировать местное время в зависимости от внешних условий. Если главные часы согласуют свой ход с чередованием темноты и света, для кишечника или печени определяющим может оказаться прием пищи.

Циркадный ритм неразрывно связан с метаболизмом. У лабораторных мышей, мутантных по разным часовым генам, возникают метаболические расстройства: ожирение и нарушения липидного обмена разной тяжести. У них изменяется пищевое поведение. Мышей и крыс в виварии обычно содержат при искусственном освещении: 12 часов света, 12 часов темноты. Грызуны активны ночью, тогда же и едят. Однако мыши, мутантные по некоторым часовым генам, стали больше есть во время светлой фазы и набирать вес.

Уровень многих липидов, особенно ди- и триглицеридов, подчиняется суточному ритму. В плазме он достигает максимума в активной фазе (у человека днем, а у крыс ночью), когда интенсивны процессы пищеварения, а во время отдыха минимален. В это время липиды откладываются в периферийных органах, таких, как печень. Изменение времени приема пищи влияет на суточные колебания активности пищеварительных ферментов, уровня липидов и углеводов. Нарушение циркадных ритмов вызывает ожирение, и, напротив, сохранение естественного ежима питания может предотвратить развитие этой напасти, даже способствовать похуданию и исцелению от метаболических нарушений, связанных с неправильным питанием.

Днем и ночью

Обычно мыши почти все потребляемые за сутки калории поглощают в темное время. При «отключении» некоторых часовых генов они едят почти круглосуточно. Такое же нарушение пищевого поведения можно вызвать у обычных мышей, если перевести их на диету с повышенным содержанием жира. Постоянное закусывание нарушает цикличность работы многих метаболических генов. У мышей развиваются ожирение, устойчивость к инсулину, жировое перерождение печени и другие метаболические нарушения. Почему у мышей меняется поведение, пока неясно, но его печальные последствия можно предотвратить, если вынудить животных соблюдать естественный режим питания. Такие эксперименты провели сотрудница Института биологических исследований Солка (США) Амандин Чейкс и врач Амир Зарринпар из Калифорнийского университета в Сан-Диего («Adipocyte», 2015, doi: 10.1080/21623945.2015.1025184). Они давали мышам вволю жирной еды, но только в темное время, а в светлое кормушка была пуста.

Мыши, вынужденно голодавшие в период покоя, не упускали своего во время активной фазы и за 8–12 часов темноты съедали не меньше, чем животные, имевшие свободный доступ к пище. Потребление калорий в обеих группах было практически одинаковым, уровень активности тоже. Тем не менее мыши, евшие только по ночам, не страдали от ожирения и связанных с ним недугов. Внешне они почти не отличались от мышей, получавших стандартный корм. Временнуе ограничение также восстанавливает циркадную экспрессию многих метаболических генов, регулирующих в том числе жировой обмен, предотвращает ожирение печени, нормализует содержание адипонектина и лептина — гормонов энергообмена. Адипоциты — клетки жировой ткани — у таких мышей меньше, чем у ожиревших. Исследователи отмечают, что получили сходные результаты, посадив мышей на сладкую диету или сладкую и жирную одновременно. Грызуны, поглощавшие вредную пищу с соблюдением режима, не пострадали от метаболических нарушений.

Несколькими годами ранее сходный эксперимент поставили специалисты Еврейского университета в Иерусалиме («The FASEB Journal», 2012, 26, 3493–350, doi: 10.1096/fj.12-208868). Они также посадили мышей на жирную диету, ввели для них временны́е ограничения, однако иерусалимские грызуны, в отличие от американских, могли кормиться только четыре часа в светлое время. За это время они успевали принять столько же калорий, сколько мыши, имевшие свободный доступ к обычной пище. У них восстановилась нарушенная работа многих часовых генов, в том числе Clock, Cry, Per, Bmal1 и Rev-erb и нормализовался обмен веществ (см. таблицу). Кроме того, мыши, подвергавшиеся ограничениям, оказались устойчивее к стрессу, чем ожиревшие.

Временны́е ограничения нейтрализуют нарушения метаболизма, вызванные жирной пищей

Хотя в одном эксперименте мыши ели в темное время, а в другом — в светлое, ограничения в обоих случаях подействовали сходным образом, исправляя тяжелые метаболические нарушения. Очевидно, основную роль сыграло не конкретное время приема пищи или воздержания от нее, а регулярное чередование трапезы и поста. Оно восстанавливает суточную ритмичность работы многих генов и метаболических путей, нарушенную жирной диетой. Периферические часы печени, жировой ткани, пищеварительной системы перестраиваются под новый режим, и не важно, если местное время в данном случае не совпадает с центральным.

Временны́е пищевые ограничения хорошо помогают мышам с ожирением и диабетом второго типа, даже когда их соблюдают только пять дней в неделю. Подобный режим соответствует рабочему графику людей — пять дней они работают, в выходные можно расслабиться и поесть. После отмены ограничений эффект некоторое время сохраняется, но чем дольше их соблюдать, тем лучше.

Никому не отдавай свой завтрак!

Значит ли это, что для пищеварения не существует оптимального времени? Исследователи ищут ответ и на этот вопрос. Специалисты Чжэцзянского технологического университета проверили, как влияет на обмен веществ отсутствие завтрака или ужина («Chronobiology International», 2011, 28, 890—903, doi: 10.1016/j.cmet.2014.11.001). Они работали с крысами, получавшими трехразовое питание, обед и ужин или завтрак и обед. При этом животные съедали одно и то же количество пищи, только распределено оно было на разные порции. Отсутствие завтрака и ужина по-разному влияло на обменные процессы в разное время суток. Например, у крыс, оставленных без завтрака, уровень триглицеридов, холестерина, липопротеинов и глюкозы в активное время был ниже нормы, активность метаболических генов снижалась, работа циркадных часов в печени оказалась нарушена. Отсутствие ужина, то есть трапезы в конце активной фазы, снижало концентрацию триглицеридов и глюкозы в сыворотке крови в период покоя, крысы откладывали меньше жира и почти не набирали вес. Исследователи пришли к выводу, что завтрак влияет на работу периферических циркадных часов, а ужин тесно связан с метаболизмом липидов и накоплением их в жировой ткани.

Китайские мыши, оставшиеся без ужина, не толстели. Эти данные согласуются с результатами эпидемиологических исследований, согласно которым у людей ночная еда почти всегда связана с избыточным весом, а пропуск первой трапезы активной фазы, то есть завтрака, повышает вероятность развития ожирения и связанных с ним метаболических нарушений.

Проблемой завтраков вплотную занялисьяпонскиеспециалистыИнститутаинноваций Адзиномото под руководством Ясуси Ногути («Nutrition & Metabolism», 2012, 9, 78, doi: 10.1186/1743-7075-9-78). О начале этих исследований см. «Химию и жизнь» 2014 №9. В первой серии экспериментов исследователи сравнили две группы мышей: одни имели свободный доступ к еде, другие вынужденно постились четыре часа в начале активной фазы, то есть пропускали завтрак. Корм был стандартный: ни жирностью, ни повышенной сладостью не отличался. Обычно мыши по ночам уминают до 90% суточной нормы, из них 65% в первые шесть темных часов. Но грызуны, лишенные завтрака, во вторую половину активного периода съедали 73% от общего количества пищи, остальное добирали в светлое время. В итоге они много ели в период покоя, а за сутки потребляли больше, чем контрольные животные. К концу четвертого дня эксперимента они потяжелели на полтора грамма, а контрольные мыши всего на полграмма.

Исследователи провели второй эксперимент, в котором не позволяли мышам объедаться. В сутки каждому животному полагалось определенное количество пищи — 90% того, что съедали мыши экспериментальной группы в первом опыте. Режим кормления остался прежним. В такой ситуации контрольные мыши уже в первую половину ночи уминали 97% еды и остальное время вынуждены были поститься. Экспериментальные мыши, получавшие свой корм только в середине ночи, приканчивали все к утру. Таким образом, продолжительность голодания и количество съеденной пищи были одинаковы для обеих групп, отличалось лишь время трапезы. При таком режиме все мыши похудели от недостатка калорий, но животные, которые не завтракали, сбросили почти в два раза меньше. Более того, они почти не потеряли жира, а дневной вес печени у них был больше, чем в контроле.

Лишение завтрака нарушало работу периферических циркадных генов и метаболизм жиров. В активный период, после еды, уровень триглицеридов в сыворотке крови должен возрастать, а к концу его триглицериды переходят в печень. Если мыши не завтракают, уровень триглицеридов в сыворотке достигает пика в период покоя. Режим питания повлиял и на температуру тела. У мышей и других ночных видов она колеблется в зависимости от времени суток, достигая максимума в темный период, а минимума — в светлый. Но если мышь не позавтракала, температура ее тела в начале темного периода ощутимо ниже, чем у контрольных животных, а в светлое время — выше, а в результате суточные колебания температуры малы.

Кажется, что организм, оценив свое состояние в начале активной фазы, обнаруживает, что согреться ему трудно, а жиров в крови маловато и надо бы при случае отложить про запас. И откладывает. Вот что значит пропустить завтрак. Его ни в коем случае нельзя пропускать, но и ограничиваться им одним тоже нельзя.

Специалисты японского Университета Васэда работали с мышами, которых кормили жирной пищей («Journal of Circadian Rhythms», 2012, 10, 4, doi: 10.1186/1740-3391-10-4). При свободном доступе к еде мыши круглосуточно лопают и толстеют. Другая группа животных получала только завтрак — 3,6 г жирного корма в начале активного периода. Еще одной группе завтрак давали более скромный, 2,7 г, остальные 0,9 г они получали в конце активного периода, исследователи назвали этот перекус обедом. Оказалось, что мыши, которые только завтракают, страдают от ожирения, повышенного уровня инсулина и других признаков метаболического синдрома, у них нарушен циркадный ритм гена Clock. Однако животные, съедающие кроме завтрака небольшой обед, контролируют вес тела и отложение жира. Их метаболические параметры лучше, чем у животных, которые ели один раз в день или имели свободный доступ к еде.

Сходные результаты получены и в экспериментах на крысах: отсутствие завтрака приводит к увеличению веса, отсутствие ужина — к его снижению. Влияние режима питания на вес и его молекулярные механизмы еще будут исследовать, но предварительные итоги таковы: чтобы быть здоровым и красивым, необходимо есть в строго отведенное время, не перекусывать между трапезами, не начинать активный период натощак и не заканчивать на полный желудок.

Микробиота и желчные кислоты

Нормальный метаболизм млекопитающих невозможен без кишечной микрофлоры, по массе и количеству выполняемых ею функций микрофлору можно сравнить с полноценным органом (см. «Химию и жизнь» 2013 №8). Как и другие органы, микробиота кишечника имеет собственные циркадные часы, ее численность и состав испытывают суточные колебания. У мышей эти колебания пропадают в результате мутаций в генах часовой системы и при джет-лаг экспериментах, то есть имитации быстрой смены часовых поясов — перевода стрелок на несколько часов назад или вперед, у людей, возможно, тоже, но экспериментально это не проверяли У клеток эпителия, выстилающего кишечник, свои циркадные часы, при истощении кишечной микрофлоры они работают очень плохо, что приводит к метаболическим нарушениям. Таким образом, микробиота способствует нормальной работе кишечника, внося свой вклад в поддержание общего гомеостаза. Состав и численность микрофлоры кишечника также зависят от рациона и режима питания. Например, ожирение вызывает дисбиоз, что, в свою очередь, влияет на метаболизм хозяина. Так пищеварение влияет на микрофлору, а микрофлора — на пищеварение.

Амандин Чейкс и Амир Зарринпар исследовали влияние режима питания на мышиную микробиоту. Оказалось, что в темное время, когда животное ест, наиболее многочисленны бактерии типа Firmicutes, в светлый период их количество снижается, но становится больше Bacteriodetes и Verrucomicrobia. У мышей, круглосуточно поедавших жирную пищу, Firmicutes преобладают в кишечнике постоянно. По некоторым данным, которые, однако, нуждаются в подтверждении, фирмикуты вносят вклад в развитие ожирения. Временны́е ограничения питания восстанавливают цикличность некоторых семейств бактерий, например Lactobacillus.

Микробиота, помимо всего прочего, регулирует разнообразие желчных кислот в просвете кишечника хозяина. Изначально набор желчных кислот зависит от диеты: у ожиревших мышей он не такой, как у животных с нормальной массой тела. Кишечные бактерии содержат ферменты, которые расщепляют желчные кислоты до вторичных желчных кислот. Разнообразие полученного набора молекул зависит от съеденной пищи и состава микробиоты. Желчные кислоты действуют как сигнальные молекулы: они взаимодействуют с рецепторами гепатоцитов и других клеток и регулируют метаболизм жирных кислот, липидов, холестерина и глюкозы. Разные кислоты могут действовать на один и тот же рецептор противоположным образом (как агонист и антагонист). Таким образом, временны́е ограничения питания регулируют и состав пула сигнальных желчных кислот. Очень все это непросто, однако недаром почти все научные статьи кончаются словами о необходимости дальнейших исследований.

Что нужно ограничить

Исследования на грызунах неполны и будут продолжены. Данных о влиянии режима питания на людей еще меньше. Широко распространенные мнения о том, например, что еда по ночам приводит к ожирению, долгое время не имели научного подтверждения. Лишь недавнее сравнение групп людей, получавших одинаковое количество калорий в виде обильного завтрака и скромного обеда или легкого завтрака и плотного обеда, показало, что в первой группе метаболические показатели лучше («Cell», 2015, 161, 84—96, doi: 10.1016/j. cell.2015.03.015). Оказалось, что ранние завтраки существенно снижают содержание липидов в сыворотке крови, а подростки, которые имеют привычку завтракать, реже толстеют. Те, кто поздно ложится, спит мало, а перед сном наедается, рискуют заработать ожирение и диабет. Интересно, кстати, что и люди, и крысы, когда у них есть возможность выбора, во второй половине дня предпочитают более жирную пищу, чем в его начале. Возможно, набор веса, вызванный ночной едой, связан еще и с тем, что поздние трапезы жирнее ранних, но это лишь предположение.

Хотя о влиянии временны́х ограничений питания на людей известно еще недостаточно, специалисты уже размышляют о том, нельзя ли использовать его для лечения ожирения. Вероятно, людям с лишним весом проще будет ограничить время приема пищи, чем постоянно считать калории. Американцы Чейкс и Зарринпар отмечают, что их сограждане с низким социально-экономическим статусом склонны к ожирению и при этом предпочитают жирные сладкие десерты, а не здоровую пищу. Рацион они менять не хотят, и временны́е ограничения для них — наилучший выход.

Эти ограничения способствуют развитию кишечных бактерий Oscillibacter и Ruminococcacea, предохраняющих от ожирения. Есть и другие способы воздействия на кишечную микрофлору (генетическая модификация, специфические антибиотики, принимаемые в определенное время), которые позволят регулировать видовой состав бактерий и их активность.

А можно попробовать подобрать миметики желчных кислот, то есть синтетические вещества, действующие на клеточные рецепторы подобно настоящим кислотам, которые «подправят» метаболизм, — эти соединения сейчас активно изучают многие фармакологические компании. Исследуют они и другие вещества,которыепередаютсигналыоприеме пищи от кишечника в печень и мозг и могут влиять на метаболизм и аппетит. Тестирование временнуго ограничения питания на людях только начинается, ио его клиническом эффекте говорить пока рано, однако исследований проводят много, и скоро мы, вероятно, услышим о новых результатах. В ожидании их нам никто не мешает завтракать и воздерживаться от второго ужина. Вреда от этого точно не будет.

Кандидат биологических наук
Н.Л. Резник