Sapiens на диете. Всемирная история похудения, или Антропологический взгляд на метаболизм

Герман Понцер (2020)

Мы сжигаем 2000—3000 калорий в день. И даже если будем много тренироваться и мало есть, в среднем эта цифра не изменится. Не так-то просто заставить организм усваивать больше или, что куда важнее для полных людей, — меньше питательных веществ. Когда-то это была блестящая эволюционная стратегия выживания во времена голода. Но сегодня она обрекает нас на ожирение. Как же повлиять на гомеостаз — то есть стабильность нашего тела, и научить его в прямом смысле «есть меньше»? В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.

Глава 3

Чего мне это будет стоить?

Глубоко в лесу, примерно в получасе езды от Бостона, на территории списанного ракетного полигона времен Холодной войны, расположен тайный зверинец странных существ, где серьезные исследователи трудятся над разгадкой тайны жизни. Это гарвардская полевая станция — наполовину старая ферма Новой Англии и наполовину лаборатории безумного ученого. Когда осенние листья танцуют свой последний танец, эму расхаживают по пастбищам, как сварливые динозавры, а валлаби^[20] прыгают в траве поблизости. Козы и овцы на холме кажутся типичным пастушьим стадом, но обратите внимание на маленькие черные коробочки на их ошейниках, регистрирующие каждое движение, как бортовые самописцы в самолете. Внутри низких зданий из цементных блоков вы найдете цесарок на миниатюрных беговых дорожках или лягушек, прыгающих с крошечных инструментальных платформ для измерения ускорения. Летучие мыши и птицы носятся по коридорам, а аспиранты с передозировкой кофеина и высокоскоростные инфракрасные камеры наблюдают, как они мечутся и маневрируют.

Это было в конце лета 2003 года, когда за плечами у меня была уже половина докторантуры в милом моему сердцу Гарварде. Я тогда изучал все тонкости измерения расхода энергии для диссертации. До сих пор помню первые несколько недель работы на полевой станции — тогда я чувствовал себя новичком, неподготовленным стажером в секретной лаборатории в стиле Джеймса Бонда (если бы программа 007 была о животных, а не супер-злодеях, конечно). Козы в Северном загоне, беговая дорожка за этой дверью, кислородные анализаторы на тележке. Удачи, постарайся ничего не сломать и не забудь убрать козье дерьмо. В некоторые дни, особенно тяжелые, было трудно понять разницу между погруженным изучением и ощущением того, что я реально тону. И мне это нравилось.

Я провел все утро, пытаясь заставить собаку по кличке Оскар двигаться на беговой дорожке и измеряя энергию, которую он расходовал при обычной ходьбе и беге. Для проведения исследования мне приходилось надевать собакам на голову большую прозрачную пластиковую маску — импровизированный шлем астронавта, сделанный из трехлитровой бутылки содовой, — чтобы выдыхаемый воздух попал точно в кислородный анализатор. Оскар — питбуль, мы взяли его из приюта, он был верным спутником моей сокурсницы Моники и так любил беговые дорожки, что иногда это было больше похоже на манию. Тогда помогало только то, что я размазал хот-дог по внутренней стороне его маски. Кабинет Моники находился чуть дальше по коридору от лаборатории с беговыми дорожками, и она должна была удостовериться, что Оскар был внутри за закрытой дверью всякий раз, когда другая собака занимала беговую дорожку, чтобы питбуль не приревновал.

То, что начиналось как невинный проект измерения затрат энергии на ходьбу и бег у людей, собак и коз, выросло в своего рода профессиональную одержимость этим показателем. Вскоре я отправился в Калифорнию, где в то время проводили эксперимент по измерению количества энергии, затрачиваемой шимпанзе при ходьбе на двух или четырех лапах. Затем — исследования людей, бегущих со скрещенными на груди руками. Мы пытались понять энергетическое преимущество размахивания руками (оно крошечное). Дейв Райхлен, Брайан Вуд и я провели лето 2010 и 2015 годов в племени хадза. У нас была портативная метаболическая лаборатория, благодаря которой мы могли измерять энергетические затраты охотников и собирателей во время ходьбы, лазания по деревьям, рубки пчелиных гнезд и выкапывания клубней. В прошлом году я также работал с Масахиро Хориути и его коллегами в Японии, чтобы рассчитать энергию, потребляемую с каждым вдохом и ударом сердца.

Вы можете подумать, что такие странные интересы делают меня чужаком, может быть, даже изгоем. Но в университетах по всему миру есть лаборатории, занимающиеся измерением энергетических затрат. Это яркая, хотя и эклектичная область на стыке биологии и медицины. По этой теме ежегодно проводятся конференции. Но если я скажу, что не одинок в своей одержимости, то это будет выглядеть еще более странным. Зачем кому-то посвящать свою карьеру измерению того, во сколько энергии что обойдется?

В экономике жизни калории — это валюта. Ресурсы всегда ограничены, и энергию, потраченную на одну задачу, нельзя израсходовать на другую. Эволюция — это бессердечный бухгалтер: единственное, что имеет значение в конце жизни, — это сколько выживших потомков осталось. Организмы, которые сжигают калории неразумно, в глазах естественного отбора будут размножаться меньше. Следующее поколение будет состоять из потомства от осторожных родителей, которые владеют стратегическим планированием, — тех, кто лучше всего добывал энергию и распределял эти калории наиболее эффективно. Поскольку физиология и поведенческие тенденции передаются по наследству, эти дети будут склонны сжигать калории, как их родители. Это новое поколение снова вступает в игру, но в этом раунде более жесткая конкуренция. Наименее эффективные конкуренты отсеиваются. На протяжении эонов^[21] организмы, оставшиеся в живых, — это те, у кого есть тонко настроенные стратегии получения и расходования калорий. Каждый вид представляет собой определенную метаболическую стратегию, откалиброванную в соответствии с его средой обитания. Последний ход в этой бесконечной игре жизни.

Хотите узнать, как эволюция сформировала физиологию вида? Желаете понять, как различные задачи распределяются по приоритетам или сортируются в трудные времена? Следите за калориями.

На плечах гигантов

Ничто не могло быть более очевидным, чем потребность в еде и дыхании, однако все равно нужно было много времени, чтобы создать науку о метаболизме. Понимание и формулирование каждой детали, которую мы рассмотрели в Главе 2, слова и стрелки на рисунке 2.1, заняли у кого-то — или, чаще, у нескольких человек — годы.

Эта наука появилась более двух столетий назад.

Первые прорывы в понимании метаболизма произошли в середине и конце XVIII века, когда исследователи в Европе и Америке открыли роль кислорода и пищи. Ученые той эпохи, как и все остальные с незапамятных времен, знали, что люди и другие животные должны есть и дышать, чтобы выжить. Исследователи даже установили связь между огнем и обменом веществ, признав, что тела людей и других млекопитающих вырабатывают тепло. Однако детали до сих пор были достаточно размытыми. Никто не знал, что именно из воздуха нам нужно или как организм использует пищу. Ничего из того, о чем мы говорили во второй главе, еще не было известно.

Не помогло и то, что ранние исследования обмена веществ проводились на основе ретроградных взглядов о строении мира. Когда началась эпоха Просвещения и в XVII веке начала зарождаться современная западная наука, сложилось следующее общее мнение: мы не получаем ничего важного из воздуха. Вместо этого ученые полагали, что тепло тела (а также жар от огня) представляет собой субстанцию (они называли ее флогистоном), которая испаряется. Считалось, что флогистон был основной составляющей всех горючих веществ, которая делала их огнеопасными, высвобождаясь при горении. Воздух поглощал флогистон, но вмещал его не так уж много. Вот почему свеча гаснет, когда на нее ставят сосуд: как только воздух внутри насыщается флогистоном, он больше не может высвобождаться, и огонь затухает.

Кислород был открыт химиком Джозефом Пристли только в 1774 году. Он называл его дефлогистированным воздухом, полагая, что это очищенная форма воздуха, без флогистона. Пристли представил это вещество коллеге, химику Антуану Лавуазье, во время визита в Париж. Они оба были очарованы процессом горения. Лавуазье, которого многие считали отцом современной химии, отверг идею о том, что воздух Пристли был дефлогистирован. Вместо этого ученый утверждал, что газ является самостоятельным веществом, и назвал его кислородом, или кислотообразующим веществом, за его склонность к краже электронов и окислению (те же свойства, которые делают его столь важным в цепи переноса электронов). Химик первым понял, что для горения нужен кислород. У него было предчувствие, что в живых организмах происходит то же самое.

В 1782 году Лавуазье и Пьер-Симон Лаплас провели гениальный эксперимент, который привел к фундаментальному прорыву в науке о метаболизме. Они поместили морскую свинку в небольшой металлический контейнер и поставили его (с закрытой крышкой, но с отверстиями для дыхания) в большое ведро, частично заполненное льдом. Затем они положили лед по бокам и сверху контейнера, в котором сидела свинка, и открыли слив в нижней части ведра. Определив объем воды, которая вытекала из ведра, они смогли измерить тепло, выделяемое морской свинкой. Лавуазье и Лаплас вычислили соотношение сожженных калорий к количеству CO₂, которое вырабатывал грызун, и обнаружили, что тепло, выделяемое свинкой, было равно теплу сжигания дерева или воска от свечи. Лавуазье заключил: «la respiration est donc une combustion» (фр. дыхание — это горение). Это, по существу, означает следующее: метаболизм — это горение.

Представьте себе, что бы обнаружил Лавуазье, если бы его не обезглавили на гильотине во время Французской революции спустя всего пару лет.

Потребовались десятилетия кропотливых экспериментов, показавших, что тепло, выделяемое при сжигании пищи на огне, точно такое же, как и при процессах в организме, и что количество потребляемого кислорода и производимого углекислого газа также одинаково. Установив эти фундаментальные правила, ученые получили два общих подхода к определению расхода энергии: они могли измерять произведенное тепло (называемое прямой калориметрией) или потребление кислорода и производство углекислого газа (называемое косвенной калориметрией). С практической точки зрения, это намного проще, чем измерение тепла. Таким образом, к концу XIX века пионеры в новых областях питания и метаболизма использовали потребление O₂ и производство CO₂ в качестве основного показателя количества калорий, сжигаемых людьми и животными.

Перенесемся еще на сто лет вперед. Тот же самый подход к определению количества энергии я использовал, измеряя показатели собаки по имени Оскар в двух состояниях: когда он шел и бежал по дорожке. Как вы можете видеть на рисунке 2.1, при сжигании углеводов, жиров и белков потребляется O₂ и производится CO₂. Измерение потребления кислорода и углекислого газа является стандартным подходом для определения сожженных калорий. O₂ и СO₂ сами по себе не являются энергией, но настолько тесно связаны с выработкой АТФ и ее расходованием, что выступают надежными и точными показателями работы метаболизма.

Теперь перейдем к тому, что написано мелким шрифтом. Так как O₂ и CO₂ являются косвенными показателями расхода энергии, есть некоторые важные детали, которые необходимо учитывать при измерении метаболизма с учетом эти показателей. Во-первых, прежде чем организм достигнет устойчивого показателя потребления кислорода и производства углекислого газа, необходимо хотя бы несколько минут активности. Как вам уже известно, если вы регулярно тренируетесь, то дыхание и частота сердечных сокращений не достигают своего среднего ритма, пока вы не будете заниматься этим некоторое время. Короткие всплески активности, такие как бег или поднятие штанги, не длятся достаточно долго, чтобы дать устойчивые показатели, и зависят от анаэробного метаболизма, для которого не нужен кислород, а это затрудняет процесс измерения. Кроме того, количество энергии, расходуемой для потребляемого кислорода или производимого углекислого газа, немного меняется в зависимости от того, сжигаете ли вы больше углеводов, белков или жиров. Удобно, что количество последних можно рассчитать из отношения потребления O₂ к производству CO₂ (называемого дыхательным обменным коэффициентом, или дыхательным коэффициентом), чтобы определить точный расход энергии.

Несмотря на эти трудности, исследователи изучили энергетические затраты, необходимые для ошеломляющего разнообразия человеческой деятельности. И именно с этими показателями вы сталкиваетесь, когда пользуетесь фитнес-оборудованием и онлайн-калькулятором, которые показывают, сколько калорий вы сожгли. Крутите ли вы педали на велотренажере, пользуетесь умными часами или выбиваетесь из сил во время тренировки — показатель количества сжигаемых калорий основан на измерениях потребления O₂ и производства CO₂ в какой-то тестовой группе, трудящейся в лаборатории. По крайней мере, это то, на чем должны основываться цифры. Нет никакой метаболической полиции, которая проверяет, обманывают ли нас компании-производители этих устройств или разработчики приложений.

Часто энергетические затраты выражаются в метаболических эквивалентах (MET). Один MET определяется как 1 килокалория на килограмм массы тела в час, грубо говоря, затраты энергии во время отдыха. Существует так называемый «Компендиум физической активности». Он составляется с 1993 года Барбарой Эйнсворт и ее командой и считается авторитетным источником, к которому можно обратиться за тем, чтобы узнать об энергозатратности конкретной деятельности. В нем описаны показания для более чем восьмисот видов активности, от повседневных (печатание на машинке или компьютере, 1,3 MET) до неожиданных (рыбалка с копьем стоя, 2,3 MET) и от любопытно неопределенных (сексуальная активность, общие умеренные усилия, 1,8 MET) до обескураживающе специфических (ходьба задом наперед, со скоростью 5,5 км/час, подъем в гору, 5-ти процентный наклон, 6,0 MET). Я перечислил некоторые общие виды деятельности и их энергозатратность в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Энергетические затраты при разных видах активности

Передвижение: затраты на ходьбу, бег, плавание и езду на велосипеде

7:45 утра. Иду пешком.

Еще не было и восьми утра, а солнце уже припекало. Прохладное утро в Хадзалэнде превратилось в еще один невероятно жаркий день. Я тогда был с женщинами племени — мы пошли на ежедневную вылазку в поисках еды. В тот день мы собирали ягоды конголоби: твердые шарики размером с горошину, почти сплошь состоящие из семечка, только с тонкой оболочкой из сладкой мякоти.

Мы покинули лагерь, когда не было еще и семи утра. Я и женщины шли в свободной колонне около получаса по едва заметной колее, проделанной вдоль дороги случайным ровером или пикапом. Тропа поднималась от равнин восточного края озера Эяси и через скалистые холмы Тлиика — это был самых короткий путь к деревне Доманга для редкого путешественника. Грузовик проезжал здесь раз в несколько недель — ровно столько, чтобы золотистая трава и выносливый кустарник не стерли его следы. Когда тропа петляла по вершинам холмов Тлиика, изгиб проходил мимо лагеря Сенгели, и хадза, жившие там, часто использовали ее как дорогу домой и обратно.

7:50 утра. Иду пешком.

Мы шли по бескрайнему золотистому океану сухой травы, мимо акаций, высоких баобабов и высохших кустов. Наконец мы добрались до зарослей кустарника конголоби, и женщины распределились по территории. Они ловко срывали пригоршни ягод с тонких стеблей и запихивали их в конги. Конги, разноцветные прямоугольники тонкой ткани размером с пляжное полотенце, были завязаны на плечах, как сумки, образуя глубокий карман, который свисал с бедра. В тот день я должен был следить за Миле, шестидесятипятилетней женщиной, которая совершала утреннюю вылазку за ягодами. Она позволила мне сопровождать ее и делать заметки — главное, чтобы я постарался не мешать и не был слишком назойливым.

Эти фокусные наблюдения, как их называют, являются хлебом с маслом антропологии: ежедневные данные, накопленные с течением времени, могут воссоздать детальный портрет жизни в конкретном сообществе. Фокус в том, чтобы быть ненавязчивым — не вмешиваться в привычную деятельность тех, за кем вы наблюдаете. Возня с тетрадями или падение от теплового удара считаются нежелательными. Я в хорошей форме, у меня в рюкзаке была бутылка воды и батончик мюсли; я не беспокоился об этом. И я вел записи, следуя инструкциям Брайана Вуда, который проделал десятки таких процедур и является настоящим антропологом: я держал диктофон в правой руке и каждые пять минут шепотом сообщал, что Миле делала в этот момент.

7:55 утра. Иду пешком.

Единственной проблемой было мое растущее беспокойство. Мало того, что я бесшумно слонялся вокруг, наблюдая за всеми, как смотрительница на выпускном балу в католической школе, так еще и говорил в микрофон каждые пять минут, как самый нелепый шпион в мире. Чем тише я старался быть, тем нелепее мне казалось, что я шепчу что-то в маленькую черную коробочку в бескрайней пустоте африканской саванны. И почти всегда я сообщал одно и то же: иду пешком.

Быть членом племени хадза — значит много ходить. И ходить. И ходить. Каждый день. Женщина проходит в среднем 8 км в день, мужчина — около 13,5. Женщина возраста Миле прошла за свою жизнь более 160 000 км — достаточно, чтобы обогнуть земной шар четыре раза. Мужчина, достигший семидесяти лет, может преодолеть расстояние в 384 000 км — этого хватить, чтобы дойти до Луны.

8:00 утра. Иду пешком.

Когда через несколько часов мы наконец вернулись в лагерь, Брайан спросил меня, как прошло наблюдение. Я сказал ему, что было здорово. Все прошло хорошо. Не было проблем. Я был слишком смущен, чтобы упомянуть о том, как я, возможно, всех раздражал, расхаживая кругом и делая заметки. Конечно, как взрослый человек и антрополог я показал себя не с самой лучшей стороны. Мы с Брайаном дружили еще в Гарварде, когда учились в аспирантуре, и, хотя оба проходили обучение на факультете антропологии, у нас была совершенно разная подготовка. Пока я был на полевой станции, заставляя собак и коз ходить по беговой дорожке и изу чая физиологию метаболизма, Брайан жил в племени хадза и занимался настоящей антропологической полевой работой — он был ответственным за фокусные наблюдения и интервью и изучал, как они собирают еду. Теперь, много лет спустя, в самый разгар нашего исследования охотников и собирателей, я отчаянно старался не быть слабым звеном. Мне не хотелось признаваться, что я чувствую себя глупо, записывая все на диктофон. Серьезный, преданный своему делу антрополог не позволил бы чему-то сродни тщеславию помещать выполнению работы.

Однако позже, за ужином, когда Брайан, Дэйв Райхлен и я обсуждали события дня и строили планы на следующий, я все рассказал. «Это было немного… странно, — сказал я, — каждые пять минут я записывал на диктофон, что просто иду, словно какой-нибудь сумасшедший, потерявшийся на Пенсильванском вокзале и кричащий в разрядившийся телефон».

«Да… это было вовсе не обязательно», — сказал Брайан.

Что?! Отсутствие записи происходящего с точными пятиминутными интервалами казалось серьезным нарушением Кодекса наблюдений антропологов, если таковой вообще существовал. Правило № 1: делать заметки каждые 5 минут. Правило № 2: не умирать (это может подпортить эксперимент). Правило № 3: см. Правило № 1.

Брайан рассказал мне, как он с этим справился: если в записях была пропущена дежурная фраза о том, чем занимается племя хадза, то смело можно предположить, что с прошлого периода ничего не изменилось. Ходьба была обычным делом, как и дыхание. Конечно, было важно регистрировать и эту активность, но гораздо полезнее было замечать остановки. Брайан был опытным полевым исследователем, для него такая логика была очевидной.

«Если ты находишься в племени хадза, то ты всегда идешь».

Ходьба является настолько важной частью их жизни, что, когда мы с Дэйвом и Брайаном занялись проектом Hadza energetics в 2009 году, первым объектом нашего исследования была именно она. Во время первого полевого эксперимента мы измеряли общие ежедневные затраты энергии с помощью метода дважды меченой воды и даже привезли с собой портативную респирометрическую систему. Конечно, оборудование стоило в два раза дороже моей Honda Civic, но оно поместилось в портфель и помогло нам проделать невероятную работу по измерению потребления кислорода и производства углекислого газа. Участники испытания надевали на нос и рот легкую пластиковую маску, похожую на кислородные маски в больницах. У нее была тонкая трубка, которая шла к сенсорному блоку, размером с толстый роман в мягкой обложке, прикрепленный к нагрудному ремню. Это была крошечная метаболическая лаборатория.

Рис. 3.1. Прогулка пешком. Работать и жить в племени хадза означает постоянно быть на ногах и проходить много километров пешком. На этой фотографии вы видите, как мы следовали за двумя членами племени, выслеживающими импалу, подстреленную два часа назад. Несмотря на все усилия, отпечатки копыт и пятна засохшей крови, антилопу так и не нашли.

Мы расчистили ровную пешеходную дорожку вокруг лагеря для испытаний. Мужчины и женщины хадза шли в течение примерно пяти-семи минут с постоянной скоростью, в то время как маска и сенсорное устройство рассчитывали скорость расхода энергии (килокалорий в минуту) из измерений потребления кислорода и производства углекислого газа. Мы обнаружили, что они тратят на ходьбу столько же энергии, сколько и все остальные:

Энергетические затраты на ходьбу (ккал на км) = 0,49 × вес (кг)

Это уравнение взято из большого метаанализа Джонаса Рубенсона и его коллег, объединяющего данные двадцати различных исследований. Информация, полученная нами благодаря изучению племени хадза, полностью совпадала с результатами выборки ученого. Видимо, жизнь, проведенная на ходу, не делает человека более эффективным в ходьбе.

Используя уравнение для расчёта затрачиваемой энергии, вы обнаружите, что 70-килограммовый человек сжигает 34 килокалории, чтобы пройти один километр (0,49 × 70 = 34). Более миниатюрный человек при весе 45 кг сжигал бы 22 ккал. (Это затраты, превышающие нужные для отдыха, которые мы обсудим ниже.) Если мы хотим учесть усилие, затрачиваемое на ношение рюкзака или ребенка, то просто добавляем вес этих предметов к показателю массы тела, прежде чем умножить его на 0,49. Таким образом, если человек весом 82 кг наденет 9-килограммовый рюкзак, то он будет сжигать 44 ккал за один километр.

Бег обходится дороже, чем ходьба. В той же работе Рубенсон и его коллеги проанализировали данные двадцати трех исследований расхода энергии на бег и обнаружили, что энергозатраты росли с увеличением веса.

Энергетические затраты на бег (ккал на км) = 0,95 × вес (кг)

Получается, что 70-килограммовый человек, пробежавший километр, сожжет 66 ккал (0,95 × 70 = 66). И поскольку 70 кг — это типичный вес для взрослого человека, то мы можем смело предположить, что ходьба требует 34 ккал за км, а бег — 66 ккал. Бег «стоит» вдвое дороже, чем ходьба, но все же далеко не так дорого, как плавание. В исследованиях профессиональных пловцов Паолы Зампаро, Карло Капелли и их коллег энергозатраты на плавание рассчитываются следующим образом:

Энергетические затраты на плавание (ккал на км) = 2,7 × вес (кг)

… что почти в три раза больше, чем при беге. Для сравнения, езда на велосипеде обходится гораздо «дешевле»:

Энергетические затраты при езде на велосипеде (ккал на км) = 0,15 × вес (кг)

И это всего 1/3 стоимости энергозатрат от обычной ходьбы. Затраты энергии на езду на велосипеде растут экспоненциально со скоростью, а также зависят от таких факторов, как ветер, дорожное покрытие, конструкция шин и давление (которые влияют на сопротивление). Как бы то ни было, экономичность велосипеда сильно отличается даже от самого экологичного автомобиля. Toyota Prius весом около 1300 кг сжигает 4 л бензина (32 500 ккал), чтобы проехать 100 км, а это означает, что его стоимость за кг (0,25 ккал за км) примерно на 60 % больше, чем путешествие на велосипеде.

Прежде чем закончит этот тур по путешествиям с человеческим двигателем, давайте посмотрим, сколько энергии мы тратим при восхождении. Будь вы членом племени хадза, взбирающимся на баобаб, чтобы собрать мед из улья, скалолазом на какой-нибудь альпийской скале или бухгалтером, поднимающимся по лестнице на работе, расход энергии во время восхождения увеличивается с весом тела следующим образом,

Восхождение (ккал на м) = 0,01 × вес (кг)

На первый взгляд энергетические затраты при восхождении могут показаться невысокими. Но обратите внимание, что, в отличие от энергетической «стоимости» ходьбы, бега, плавания и езды на велосипеде, это уравнение дает «стоимость» за каждый метр высоты; в других указана «цена» за километр. На самом деле восхождение на гору обходится примерно в тридцать шесть раз «дороже», чем ходьба пешком, и это, несомненно, самый «дорогой» вид передвижения для человека. Конечно, ходьба или бег вниз по склону менее затратны, чем путешествие по ровной местности, если спуск не настолько крут, чтобы было трудно идти. Удобно, что для холмов, с которыми мы обычно сталкиваемся на тропах и тротуарах (уклоны менее 10 %), дополнительные затраты на подъем в гору примерно такие же, как и экономия энергии при спуске. Затраты на подъем и спуск с холма обычно можно игнорировать, если его высота незначительна.

Рис. 3.2 энергетические затраты (ккал на кг массы тела) при передвижении. Слева приводится количество энергии, затраченной за пройденный км, справа — за час.

Влияние скорости, тренировки и техники

По своему опыту вы знаете, что чем быстрее ходите, бегаете, катаетесь на велосипеде, карабкаетесь или плаваете, тем тяжелее дышите и тем больше энергии сжигаете. А еще нам всегда кажется, что профессиональные спортсмены бьют рекорды без каких-либо усилий, в то время как мы, простые смертные, пыхтим и тяжело дышим. На самом деле скорость влияет на расход энергии двумя способами, но эффект не всегда совпадает с восприятием. А обучение и техника имеют гораздо меньшее значение, чем вы думаете.

Основной способ, которым скорость влияет на расход энергии, прост: чем быстрее мы двигаемся, тем быстрее мышцы должны выполнять работу и тем быстрее мы сжигаем калории. Если за один км мы тратим 100 ккал, то за 6 км мы сожжем 600 ккал (километр мы будем пробегать за 10 минут) или 1000 ккал за 10 км. Другими словами, скорость, с которой мы сжигаем энергию (ккал в минуту или ккал в час), будет увеличиваться непосредственно со скоростью. Увеличение энергозатрат в минуту при ходьбе, беге, плавании и езде на велосипеде показано на Рис. 3.2.

Описанное выше, вероятнее всего, укладывается в вашу картину мира: чем выше скорость, тем больше расход энергии. Однако есть один интересный факт: независимо от скорости, вы будете сжигать одинаковое количество калорий за километр. Это означает, что вы потратите такое же количество калорий как при пробежке на три км в своем темпе, так и при беге трусцой — просто это происходит быстрее (и заканчивается раньше) при увеличении скорости. Быстро бегать труднее, потому что усталость связана с тем, как усердно мы работаем (например количество калорий в минуту), а не только с общим количеством сожженных калорий. Мы обсудим выносливость и усталость в Главе 8. На данный момент достаточно знать, что «расход топлива» для бега не меняется со скоростью.

Это не относится к плаванию, ходьбе и езде на велосипеде. Для этих видов деятельности скорость влияет на наш расход «топлива» — энергию, сжигаемую на километр. Этот эффект отчетливо виден на Рис. 3.2, где показано соотношение между скоростью и энергией на км. Рассмотрим, например, ходьбу. Если человек весом 70 кг будет идти в своем обычном темпе около 4 км/час, то будет сжигать примерно 50 ккал за 1,5 км. Мы можем рассматривать это как оптимальную скорость, поскольку она требует наименьшего количества энергетических затрат на километр. При более быстрой ходьбе, со скоростью 6,5 км в час, вы будет сжигать примерно на 40 % больше энергии, то есть около 70 ккал на 1,5 км. При скорости около 8 км в час «стоимость» ходьбы превышает энергетические затраты при беге. На самом деле бежать с такой скоростью «дешевле», чем идти пешком.

Благодаря эволюции мы очень чувствительны к изменению энергетических затрат при ходьбе. Поставьте кого-нибудь на беговую дорожку и медленно увеличьте скорость, и он, естественно, переключится с ходьбы на бег очень близко к скорости метаболического перехода, когда бег требует меньшего количества энергии^[22]. Попросите испытуемых пройтись по дорожке в обычном темпе или понаблюдайте за людьми, идущими по тротуару, и вы обнаружите, что они держатся довольно близко к энергетически оптимальной скорости. Привычная скорость ходьбы также зависит от наших целей и окружающей среды. Скорость людей в больших быстро развивающихся городах или членов племени хадза, которые вынуждены быстро передвигаться, обычно выше, чем энергетически оптимальная. Видимо, при определенных обстоятельствах мы готовы тратить немного больше энергии на километр, чтобы сэкономить время и пройти больше. Как и других животных, эволюция научила нас стратегически подходить к тому, как мы тратим энергию.

Энергетические затраты на ходьбу (ккал/км) увеличиваются по мере ускорения из-за механики походки. Мы поднимаемся и опускаемся с каждым шагом, центр тяжести перемещается будто по американским горкам. Эти движения вверх-вниз становится все труднее выполнять по мере ускорения. Когда мы переходим на бег, ноги превращаются в пружинистые палки и мы как бы подпрыгиваем от шага к шагу. Мы все также поднимаемся и опускаемся при каждом шаге, но благодаря пружинной механике соотношение скорости и затрачиваемой энергии становится более уравновешенным.

Энергетическая «стоимость» езды на велосипеде и плавания на километр увеличивается со скоростью, однако уже по другим причинам. Дело в том, что, плавая или катаясь на велосипеде, вы как бы перемещаетесь сквозь жидкую субстанцию (воздух или воду) и энергия расходуется на противостояние сопротивлению. Чем быстрее вы двигаетесь, тем сильнее сопротивление. Этот эффект чрезвычайно силен и в плавании: увеличение скорости всего с 3 км/ч до 5 км/ч вызывает рост энергетических затрат за один км примерно на 40 % (Рис. 3.2). При езде на велосипеде энергетические затраты на борьбу с сопротивлением не так заметны, если ваша скорость ниже 16 км в час (одна из причин того, что сопротивление воздуха не является важным фактором при беге). Если скорость выше 16 км в час, то влияние сопротивления увеличивается. Велосипедист весом 70 кг потратит на 10 ккал больше за км, чтобы увеличить скорость с 15 до 30 км в час; увеличение с 30 до 50 км в час будет стоить на 15 ккал больше за километр (Рис. 3.2). Эти показатели актуальны при отсутствии ветра, который будет влиять на лобовое сопротивление, увеличивая или уменьшая поток воздуха относительно движущегося человека. Езда на велосипеде со скоростью 32 км в час при встречном ветре 16 км в час приведет к тому же сопротивлению, что и езда со скоростью 48 км в час при безветренной погоде.

Скорость движения влияет на расход энергии — чем быстрее мы двигаемся, тем быстрее сжигаем калории.

Удивительно, но обучение и техника лишь незначительно влияют на энергетическую «стоимость» передвижения. Исследования профессиональных бегунов дали разные результаты: первые ученые обнаружили, что обученные спортсмены сжигают меньше энергии на километр, однако вторые сообщили об отсутствии разницы. Другие эксперименты основывались на более контролируемом подходе: в течение нескольких недель или месяцев проводились исследования испытуемых, во время которых измеряли их энергетические затраты. Эти исследования не всегда показывают измеримое влияние, оказанное на энергетическую «стоимость» километра, но даже в тех работах, которые действительно демонстрируют разницу, эффект обычно невелик, около 1–4 %. Это может быть важно в спорте высших достижений, где гонки выигрываются или проигрываются за доли секунды, но вряд ли будет заметно среднему человеку.

Техника и оборудование также почти не оказывают никакого значимого воздействия. В исследовании об энергетических затратах во время плавания Капелли и его коллеги сообщили о том, что спортсмены, плавающие на спине, баттерфляем или в вольном стиле, расходуют почти одинаковое количество энергии (брасс требует уже других затрат). По-видимому, вы можете плавать практически в любом стиле, и это мало влияет на энергозатраты. То же самое касается и бега. Интернет полон тонких и трезвых советов о том, как держать руки во время бега, но это в основном чушь, по крайней мере с точки зрения метаболизма. Вы можете ходить или бегать, скрестив руки на груди, за спиной или вытянув над головой, и это только увеличит количество сжигаемых калорий на 3–13 %. Новейшая технология в этой сфере — это обувь Nike Vaporfly, которая за 250 долларов обещает снизить энергетические затраты примерно на 4 процента. Это впечатляющая инженерия, но для 70-килограммового человека 4-процентная экономия составляет всего 2,5 ккал на км, что эквивалентно энергии в одном драже M&M’s. Это сокращение затрат вряд ли будет иметь большое значение, если вы не соревнуетесь с другими профессиональными спортсменами. Поскольку «стоимость» одного километра увеличивается с массой тела, то типичный американец с лишним весом рациональнее расходовал бы энергию при беге (и при всех остальных видах физической активности), если бы сбросил несколько килограмм. Снижение массы тела на один процент равно аналогичному снижению энергозатрат.

Километры за пончик

Для того, чтобы определить количество энергии, затраченное на различные виды деятельности, мы можем использовать уравнения для расчета «стоимости» ходьбы, бега и лазания. На самом деле, сами по себе энергетические затраты на физическую активность очень малы. Давайте возьмем в пример взрослого человека весом 70 кг. Даже если он проходит рекомендуемые 10 000 шагов в день (около 8 км), то это всего лишь около 250 ккал — примерно столько же, сколько в одной бутылке содовой (240 ккал) или в половине биг-мака (270 ккал). Подъем на один лестничный пролет сжигает 3,5 ккал — это даже меньше энергии, чем в шарике M&M. Вам придется пробежать 5,5 км, чтобы сжечь калории, которые наберете, съев один шоколадный глазированный пончик (340 ккал) и более 12 км, чтобы компенсировать большой молочный коктейль из Mcdonald’s (840 ккал).

При более экстремальных видах спорта энергетические затраты, конечно же, выше. Все тот же спортсмен весом 70 кг, пробежав марафон, сожжет около 2690 ккал. Во время триатлона Ironman (заплыв на 3,8 км, велогонка на 180 км, бег на 42,2 км) спортсмен сожжет около 8000 ккал, если предположить, что средняя скорость езды на велосипеде будет 40 км в час (Рис. 3.2) и плыть он будет очень быстро. За 160-километровый ультрамарафон вы сожжете 16 500 ккал, и это без учета затрат на подъем в гору. Пеший поход по Аппалачской тропе^[23] с 14-килограммовым рюкзаком за спиной «стоит» около 140 000 ккал.

А как насчет Миле и других женщин хадза, которые каждый день ходят, чтобы найти и принести домой еду? Представители племени, как правило, меньше ростом, чем взрослые в развитых странах. Они в среднем весят около 43 кг. Тем не менее типичная женщина хадза, проходящая 8 км каждый день, сжигала бы около 63000 ккал в течение года только при ходьбе. Это очень много энергии.

Но все равно меньше, чем затраты на выращивание ребенка.

Тело в состоянии покоя

Все основные функции, которые наши клетки выполняют для поддержания жизни и функционирования организма, продолжают выполняться, когда мы начинаем двигаться. Они переходят в фоновый режим, сжигая энергию — таковы издержки поддержания жизни организма. Оценки энергозатрат, полученные с помощью приведенных выше уравнений для ходьбы, езды на велосипеде, плавания и восхождения, являются расходом сверх этих фоновых значений. Часто мы игнорируем эти невидимые затраты, когда говорим о физических упражнениях и сжигании калорий, но именно они больше, чем все, что вы, вероятно, будете делать в тренажерном зале.

Фоновые энергетические затраты имеют несколько названий: скорость основного обмена, базальные энергетические затраты, энергетические затраты в состоянии покоя, скорость метаболизма в состоянии покоя и стандартная скорость метаболизма. Разница между ними только в том, как измеряются эти показатели обмена веществ. Исследователи не всегда заботятся о том, какие термины используют, что вызывает путаницу. Скорость основного обмена является наиболее четко определенным термином: это скорость расхода энергии, измеряемая ранним утром, когда испытуемый лежит, бодрствует, но находится в спокойном состоянии при комфортной температуре и еще не принимал пищу (без еды в течение предыдущих шести часов). Если один или несколько из этих критериев нарушаются, то показатель обычно называют энергетическими затратами в состоянии покоя или каким-либо другим словосочетанием, объясняющим условия, в которых было проведено измерение.

Скорость основного обмена (а также его многочисленные варианты) — это сжигаемая энергия, которая расходуется, когда вы не выполняете никакой физической работы, не потребляете пищу, и ваше тело не прикладывает усилий, чтобы согреться. Самый лучший способ представить это — суммировать энергетические затраты органов на выполнение своих задач. Чем больше вы сами, тем крупнее ваши органы и тем больше работы они выполняют, поэтому неудивительно, что скорость основного обмена (СОО) (ккал в день) увеличивает массу тела (в кг).

Младенцы (от 0 до 3 лет): СОО = 27 × вес — 30

Дети (от 3 лет до полового созревания): СОО = 10 × вес + 511

Женщины: СОО = 5 × вес + 607

Мужчины: СОО = 7 × вес + 551

Для младенцев, детей, мужчин и женщин нам нужны разные уравнения. И на это есть две причины. Во-первых, масса тела оказывает странное нелинейное влияние на скорость метаболизма. Энергия на килограмм веса гораздо выше для более миниатюрных представителей человечества (включая маленьких людей), чем для больших, как мы обсудим ниже. Вот почему показатели для младенцев в уравнении (27) в четыре или пять раз выше, чем для мужчин (7) и женщин (5). Во-вторых, обмен веществ меняется по мере взросления, и физиология тоже переключается с задачи расти на размножение. Наши тела меняются в период полового созревания, причем женщины запасают больше жира, чем мужчины. Он не расходует столько энергии, сколько другие ткани, и поэтому в среднем количество калорий, сжигаемых на кг, у женщин (5) ниже, чем у мужчин (7).

Приведенные выше уравнения скорости основного обмена дают представление о фоновых потребностях тела в энергии в день, но это всего лишь приблизительные оценки. Ваш показатель может легко упасть или подняться выше того, что приведен в уравнении, на 200 ккал в день. Большая часть этих изменений связана с телосложением. Если большая часть веса — это жир, СОО, вероятно, упадет ниже прогнозируемого значения. Если большая массы тела — это мышечная ткань, то показатели, вероятнее всего, будут выше. Это одна из главных причин, по которой люди замечают, что их метаболизм замедляется в старости: по достижении среднего возраста мышцы в организме постепенно замещаются жиром.

Однако даже разные ткани сжигают за день неодинаковое количество калорий. Некоторые органы можно назвать «метаболически» спокойными, в то время как другие тратят достаточно энергии для пятикилометровой пробежки каждый день. Индивидуальные различия в размерах органов, особенно в соотношении мышечной массы к весу, могут оказывать заметное влияние на СОО. Далее мы заглянет за кулисы тайной метаболической жизни наших органов.

Мышцы, кожа, жир и кости

Самые большие органы — самые тихие. У типичного взрослого американца мышцы составляют 42 % массы тела, но только 16 % от СОО, что дает нам около 280 ккал в день (около 13 ккал в день на кг). Кожа весит 5 кг, но сжигает только 30 ккал в день; скелет немного тяжелее, но тратит еще меньше. Жировые клетки более активны, чем вы думаете. Они вырабатывают гормоны и транспортируют глюкозу и липиды для поддержания энергоснабжения организма. Тем не менее каждый килограмм жира сжигает только около 2 ккал в день, в общей сложности около 85 ккал в сутки. Это примерные расчеты для обычного взрослого весом 70 кг, у которого доля жира в организме составляет 30 %.

Сердце и легкие

Сердце — это насос из мышц. У него своя собственная электрическая система, и именно поэтому в древние времена во время жертвоприношений, когда правители майя вырывали сердца из груди жертв, они продолжали биться. С каждым ударом орган перекачивает около 70 мл крови в организм через аорту. Это около пяти литров в минуту — почти вся кровь в вашем теле. И это только когда вы находитесь в состоянии покоя. Во время тренировки сердечный выброс может легко утроиться. Удивительно, но вся эта работа проделывается по очень низкой «цене» — около 2 калорий за удар. Не килокалорий, а всего 2 калории (0,002 ккал). При частоте сердечных сокращений в состоянии покоя 60 ударов в минуту сердце сжигает около 8 ккал в час, что эквивалентно энергии от двух драже M&M’s. На долю этого органа приходится около 12 % от общего объема СОО. Легкие, для сравнения, в два раза больше сердца, но сжигают только около 80 ккал в день, или около 5 % от СОО.

Почки

Почки — это обслуживающий персонал организма: неутомимый, незаменимый и недооцененный. В дополнение к поддержанию нужного количес тва воды в теле они также отвечают за очистку от отходов и токсинов, фильтруя 180 литров крови в день. Миллионы микроскопических сит (нефронов) очищают каждую каплю крови тридцать раз в день, пропуская через себя соли и другие молекулы, чтобы устранить вредные вещества и сохранить полезные. И все же люди по-прежнему будут тратить несметные деньги и время (в основном без пользы для себя) на причудливые «чистки», обещающие избавить их организм от токсинов. Большинство из этих продуктов просто создают почкам больше работы по очистке (серьезно: прекратите это). Эти органы также выполняют важную метаболическую задачу, называемую глюконеогенезом, превращая лактат, глицерин (из жира) и аминокислоты (из белков) в глюкозу (Рис. 2.1). Вся эта работа требует много энергии. Вместе ваши почки весят всего 200 г, но сжигают около 140 ккал в день, что составляет 9 % от СОО.

Печень

Печень — это невоспетый герой. Эта метаболическая фабрика весом всего 1,5 кг участвует почти во всех процессах жизнеобеспечения, показанных на Рис. 2.1. Она является главным хранилищем гликогена и выполняет большую часть работы по преобразованию глюкозы в гликоген и обратно. Именно этот орган превращает фруктозу в жир для хранения или в сжигаемую форму глюкозы. Печень расщепляет неиспользуемые хиломикроны и сохраняет жир или переупаковывает его в другие липопротеиновые контейнеры (включая липопротеины низкой плотности — ЛПНП, и липопротеины высокой плотности — ЛПВП). Она является центром глюконеогенеза, превращая жиры и аминокислоты в глюкозу, когда это необходимо, а азотсодержащую головку аминокислот — в мочевину, чтобы выделять ее с мочой. Печень является основным местом кетогенеза. О, и она также расщепляет большое количество токсинов, от алкоголя до мышьяка (но вы все равно должны обязательно попробовать очищение грейпфрутом и кленовым сиропом…). Вся эта непрерывная метаболическая работа сжигает около 300 ккал в день, что составляет 20 % от СОО.

Желудочно-кишечный тракт

Если так подумать, то мы, люди, как и любое другое животное с отчетливым ртом и задницей, на самом деле просто сложные трубки. И эта трубка — желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), который проходит от рта к желудку, а затем через тонкий и толстый кишечник к анусу. Это перерабатывающий завод для переваривания пищи и превращения ее в питательные вещества, как мы обсуждали в Главе 2. Желудочно-кишечный тракт человека весит около 1,1 кг и сжигает 12 ккал в час, и это только в состоянии покоя на пустой желудок. Процесс пищеварения затрачивает гораздо больше энергии — около 10 % от ежедневных потребляемых калорий, или 250–300 ккал в день для обычного взрослого человека. Неясно, сколько энергии, расходуемой кишечником, приходится на триллионы бактерий, трудящихся в нашей микробиоте. Недавнее исследование на мышах, проведенное Сарой Бар, Джоном Кирби и его коллегами, предполагает, что калории, сжигаемые микробиотой, могут составлять до 16 % СОО у людей, что означает, что расход энергии ЖКТ в состоянии покоя (около 12 ккал в час) почти полностью относится к кишечным бактериям. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, верна ли эта оценка, но она дает некоторое представление о ежедневном количестве энергии, затрачиваемой нашими друзьями-бактериями.

Мозг

Мозг и печень разделяют титул самого энергозатратного органа. Первый весит от 1 до 2 кг, но сжигает около 300 ккал в день, что составляет 20 % от СОО. Именно по причине таких высоких затрат большой мозг так редко встречается у животных. Только в редких случаях эволюция предпочитает направлять тонны энергии в большой мозг вместо непосредственно выживания и размножения. Кроме того, мозг — это самая настоящая примадонна, которая требует особого обращения. Он работает почти полностью на глюкозе (но может сжечь кетоны в крайнем случае). Нейроны, клетки серого вещества, которые отвечают за мышление и контроль всех систем организма, посылая и получая сигналы, мало занимаются мозгом. Вместо этого глиальные клетки (белое вещество), которые превосходят нейроны по количеству почти в 10 раз, выполняют большую часть вспомогательной работы, обеспечивая питательными веществами и выводя отходы.

Большая часть работы, которую выполняет мозг, лежит полностью вне нашего сознательного опыта. Этот орган непрерывно занят отправкой и получением сигналов для регулирования и координации всех аспектов жизни, от температуры тела до размножения. Мышление составляет ничтожную долю его задач, и, следовательно, затраты на него невелики. Исследования, измеряющие расход энергии до и во время умственной деятельности, обнаружили лишь незначительное влияние на обмен веществ. Когда опытный шахматист играет с превосходящим противником (компьютерной программой) и занят сложной мыслительной задачей, скорость его метаболизма увеличивается всего лишь на 4 ккал в час, что эквивалентно энергии одного драже M&M’s.

В то время как мыслительный процесс не очень энергозатратный, обучение, наоборот, обходится «дороже». Нейроны с их извилистыми дендритами и аксонами, вытянутыми подобно ветвям дерева, образуют связи (называемые синапсами) с другими клетками, чтобы создать новые нейронные сети. Мозг формирует, укрепляет и сокращает синапсы на протяжении всей жизни (это происходит прямо сейчас, когда вы формируете новые воспоминания при прочтении этой книги). Однако самый активный период — это детство, когда мы как губки впитываем всю новую информацию об окружающем мире. Работа Кристофера Кузавы и его коллег показала, что у детей в возрасте от трех до семи лет на мозг приходится более 60 % СОО, что в три раза больше, чем у взрослых. В эти ранние критически важные годы в орган поступает так много энергии, что она фактически замедляет рост остальных частей тела.

За пределами основного обмена

С учетом того, что все органы работают круглыми суткам, неудивительно, что основной обмен составляет большую часть калорий, которые вы сжигаете каждый день. А это около 60 % для большинства из нас. Тем не менее это всего лишь минимальный расход — энергия, затраченная во время отдыха. Конечно, жизнь редко бывает комфортной и спокойной. Мы родились не для того, чтобы целыми днями валяться в постели. Наши тела созданы для того, чтобы вести активный образ жизни, бороться с инфекциями, жарой и холодом, расти и иметь детей.

Терморегуляция

Благодаря эволюции у млекопитающих и птиц теплые тела. Мы сжигаем намного больше энергии каждый день, чем рептилии, рыбы и другие холоднокровные животные, и этот ускоренный обмен веществ позволяет нам расти и размножаться быстрее (см. ниже). Но есть одна загвоздка: сложная метаболическая система химических реакций, которая поддерживает в нас жизнь, должна находиться в узком диапазоне температур. Если температура тела отклоняется от нормы (37 °C) всего на несколько градусов, мы можем умереть.

У всех птиц и млекопитающих есть своя термонейтральная зона — диапазон температур окружающей среды, в которой температура тела поддерживается без каких-либо усилий. Для людей она находится примерно между 24 °C и 34 °C. Если вам кажется, что это много, то только потому, что вы, вероятно, не очень часто ходите обнаженными. В деловой одежде (рубашка на пуговицах, брюки, пиджак) этот показатель понижается и составляет между 18 °C и 24 °C. Наверное, именно такую температуру вы поддерживаете в своем доме. Люди являются мастерами создания комфортной микросреды рядом с кожей, используя одежду. Наша естественная теплоизоляция, жир, также может сдвинуть термонейтральную зону. Для взрослых, страдающих ожирением, этот диапазон на пару градусов ниже, чем у людей без избыточного веса. Когда мы замерзаем, у тела есть два способа генерировать больше тепла. Во-первых, можно сжигать особый тип жира, называемый бурым, который составляет крошечную долю жира в теле. Он создает тепло, изменяя систему переноса электронов в своих митохондриях: протоны, изолированные в межмембранном пространстве, могут просачиваться обратно через мембрану, не производя АТФ. Энергия, которая была бы захвачена в АТФ, выделяется в виде тепла. У людей в Арктике, как правило, примерно на 10 % более высокая скорость основного обмена, чем у тех, кто живет в теплом климате, что, вероятно, частично связано с активностью бурого жира. Второй способ получения тепла — это дрожание, которое является просто непроизвольным сокращением мышц. Несильные воздействия, такие как пребывание в шортах и футболке в комнате с температурой 18 °C, могут ускорить метаболизм на 25 % в сравнении с обычным показателем СОО (это дополнительные 16 ккал в час для большинства из нас). При сильном холоде дрожь может привести к тому, что обмен веществ в состоянии покоя ускорится в три раза, а это гораздо больший эффект, чем при сжигании бурого жира.

Метаболическая система химических реакций в организме человека очень сложна и должна находиться в узком диапазоне температур.

Перегревание также может привести к летальному исходу. Люди эволюционировали, чтобы справиться с жарой, став самыми потными животными на планете. Однако энергетические затраты на потоотделение не были тщательно измерены. Скорее всего, они очень маленькие. Главное при борьбе с жарой, по-видимому, — поддерживать оптимальный уровень жидкости в организме и избегать теплового удара.

Иммунная функция

Как ясно показала всем нам пандемия COVID-19, мир полон опасных патогенов. Но легкий доступ к эффективной медицинской помощи — один из триумфов цивилизации — привел к своего рода культурной амнезии. Мы склонны забывать, насколько страшны инфекционные болезни. В племени хадза 4 из 10 детей умирают от острых инфекций еще до пятнадцатилетия. Такие же мрачные показатели и в других обществах охотников и собирателей. Родители в развитых странах, имеющие наглость отказывать своим детям в лекарствах и вакцинах, должны поговорить с некоторыми матерями хадза.

Наш организм постоянно атакуют бактерии, вирусы и паразиты, которые жаждут попасть внутрь и использовать его как бордель. В грязном органическом мире за пределами наших стен, вдали от сантехники и дезинфекции, болезни неизбежны. У меня есть приятель, который работает в глубоких тропических лесах Индонезии и изучает там орангутангов и гиббонов. Вдохновленный наблюдателями за птицами, ведущими учет всех видов, которые они видели за годы работы, он создал список всех тропических болезней, которыми когда-либо болел. И это перечень совсем не короткий. После возвращения с полевых выездов он неизбежно пропивает курс «Фрагила»^[24], чтобы убить всех микробов, которые заполонили его кишечник. Принимая препарат, нельзя употреблять алкоголь. А это для моего приятеля — самая неприятная часть возвращения из тропических лесов.

Для того, чтобы побороть инфекцию, клетки иммунной системы размножаются и производят широкий спектр молекул. Вся эта метаболическая работа сжигает калории. Исследование двадцати пяти американских студентов, обратившихся в поликлинику, показало, что во время заболевания скорость основного обмена у них была в среднем на 8 % выше, чем обычно. Примечательно, что из эксперимента исключали мужчин, у которых была лихорадка. Повышение температуры тела при борьбе с инфекцией — древняя защитная реакция всех млекопитающих — еще больше увеличивает этот показатель.

Майкл Гурвен и его коллеги, работающие с жителями сельских районов Боливии, измерили ежедневные затраты на иммунную защиту в тех популяциях, у которых нет доступа к антисептическим преимуществам современного мира. Племя цимане живет в маленьких отдаленных деревушках в тропических лесах Амазонки. Они ведут многоукладное хозяйство: охотятся и собирают дикорастущую пищу, а также выращивают бананы, рис, маниок или кукурузу вручную. Некоторые представители племени, которые живут ближе к городам, зарабатывают деньги ручным трудом. Все они постоянно находятся на открытом воздухе в лесу и у реки, взаимодействуют с природным миром и множеством бактерий, вирусов и паразитов, которые так и норовят найти себе хозяина. Неудивительно, что уровень заболеваемости очень высок. Около 70 % населения имеет паразитарную инфекцию (обычно глисты), и количество лейкоцитов (клеток иммунной системы, используемых организмом для борьбы с инфекцией) у них в десять раз больше, чем у взрослых американцев. Вся эта деятельность иммунной системы требует энергии. Скорость основного обмена взрослых членов племени цимане на 250–350 ккал в день выше, чем у представителей промышленно развитых стран.

Чрезмерные энергетические затраты на борьбу с инфекцией могут иметь серьезные последствия для роста детей. Сэм Урлахер, молодой доктор наук в моей лаборатории в Дьюкском университете, на протяжении многих лет работал с детьми племени хиваро, проживающем в Эквадоре. Их повседневность очень похожа на жизнь цимане: охота, собирательство и простое земледелие в тропических лесах Амазонки. В обоих племенах наблюдается высокий уровень заболеваемости. Сэм обнаружил, что у детей от пяти до двенадцати лет скорость основного обмена примерно на 200 ккал в день выше, чем у детей в США и Европе — различие примерно на 20 %. И потребность организма в энергии для борьбы с инфекцией буквально крадет силы, которые иначе пошли бы на рост. Когда иммунная система реагирует на патоген, она производит ряд молекул (иммуноглобулины, антитела и другие белки), которые циркулируют в крови — предательские признаки сражений с бактериями, вирусами и паразитами. Сэм обнаружил, что дети хиваро, у которых к крови было обнаружено большее количество этих маркеров, росли медленнее, чем те, у кого их было меньше. Энергетическая «стоимость» иммунитета, с точки зрения калорий и роста, вероятно, является одной из главных причин того, что представители коренных народов, таких как хиваро, цимане и хадза, как правило, недоразвиты.

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

20

Валлаби — группа видов сумчатых млекопитающих из семейства кенгуровых, как правило, меньших по размеру, чем кенгуру или валлару. — Прим. ред.

21

Эон в геологии — отрезок времени геологической истории Земли, длительный этап развития литосферы и биосферы Земли, в течение которого формировалась эонотема. — Прим. пер.

22

Механические или физиологические причины для перехода от ходьбы к бегу горячо обсуждаются, но никто не возражает, что мы склонны переключаться тогда, когда достигаем энергетически оптимальной скорости. — Прим. авт.

23

Аппалачская тропа — размеченный маршрут для пешеходного туризма в североамериканской горной системе Аппалачи. Аппалачская тропа имеет протяжённость около 3,5 тыс. км от горы Катадин на севере до горы Спрингер на юге. — Прим. ред.

24

Антибактериальный, противопаразитарный препарат, действующее вещество — метронидазол. — Прим. науч. ред.