Андрей Фоменко - Фокус на жизнь: Научный подход к продлению молодости и сохранению здоровья

Слово «метаболизм» происходит от слова μεταβολή (греч. изменения, перемены). Синоним метаболизма — обмен веществ. Это совокупность химических реакций, которые происходят в организме на протяжении жизни.

В популярной литературе, посвященной стимуляции обмена веществ для обретения стройности, метаболизм часто сравнивается с пламенем. Считается, что если разжечь его посильнее, то съеденная пища будет сгорать в этом огне, а не скапливаться в жировых депо.

Это же сравнение используется и сторонниками теорий, связывающих быстрый обмен веществ и раннюю старость: чем ярче пылает костер, тем быстрее он в итоге погаснет.

На самом деле сгорание — всего лишь одна сторона метаболизма. Так можно охарактеризовать процессы, в ходе которых крупные молекулы, например, белков или жиров распадаются до более мелких, например, аминокислот и жирных кислот. Эти реакции распада, называемые катаболическими ( греч . καταβολή — разрушение), сопровождаются образованием энергии.

Второе направление метаболизма — это анаболические реакции ( греч . ἀναβολή — восстановление, подъем): из компонентов, возникших в ходе катаболических реакций, синтезируются новые вещества для нужд организма. При этом расходуется энергия, которая также образовалась в процессах разрушения.

Таким образом, метаболизм — это не просто «сжигание» топлива, это триллионы химических реакций синтеза и распада. Их направление, скорость, своевременность имеют многоуровневую регуляцию, в которой участвуют нервная система, гормоны, сложные ферментные системы и пр.

Энергия, которая поступает в организм с пищей и высвобождается в ходе реакций катаболизма, расходуется организмом в трех направлениях: основной обмен, энергозатраты на переваривание пищи и «рабочую добавку» — расходы на работу мышц и мозга.

Основной, или базовый, обмен — это энергия, необходимая для поддержания жизни во всех внутренних органах. Энергозатраты на основной обмен измеряются, когда человек находится в покое, в комфортном температурном режиме, натощак.

В среднем организм мужчины весом 70 кг будет ежесуточно тратить на основной обмен около 1700 ккал, а организм женщины с тем же весом — около 1530 ккал. Около 20 % этой энергии расходуется на работу дыхательной системы, столько же — на поддержание обменных процессов в мышцах, 17–20 % — на обеспечение жизнедеятельности мозга, 10 % — пищеварительной системы (но не на сами процессы переваривания пищи). Сердце «забирает» около 8 %, почки — 7 %, а жировая ткань — всего около 3 %.

Скорость основного обмена может слегка варьироваться в зависимости от пола, возраста, некоторых нюансов здоровья. Тем не менее физиологи рассматривают его как достаточно постоянную величину.

Таким образом, если суточный рацион человека составляет 2500–3000 ккал, то большая часть энергии, полученной с пищей, уйдет на базовые процессы жизнедеятельности. Эти расходы практически невозможно увеличить при помощи занятий спортом, каких-либо лекарств, добавок и т. д. В то же время с возрастом скорость основного обмена снижается.

Пищевым термогенезом специалисты называют энергетические затраты на переваривание еды. В среднем на процессы, происходящие в желудочно-кишечном тракте (включая пищеварение и выведение отходов), уходит одна десятая энергии, которую организм расходует за сутки.

Пищевой термогенез, как и основной обмен, специалисты относят к категории нерегулируемых энергозатрат, не поддающихся сознательному изменению. Тем не менее расход энергии на пищеварение может меняться в зависимости от продуктов, преобладающих в рационе, потому что сгорание разных химических компонентов в топке метаболизма требует разного количества энергии.

Больше всего энергии тратится на переваривание белковой пищи — от 30 до 40 % калорийности, содержащейся в самих продуктах. Меньше всего — на обработку жиров — от 3 до 12 %. Энергозатраты на переваривание углеводов составляют около 20 % калорийности этих продуктов. Пищевой термогенез не зависит от возраста. А вот пол имеет значение: женщины расходуют на процессы пищеварения меньше энергии, чем мужчины.

Один из главных рычагов сознательного влияния на обмен веществ — это работа мышц. Спорт, физический труд, любые движения, задействующие скелетную мускулатуру, — это возможность активизировать метаболические процессы и сжечь энергию.

Работа мышц входит в так называемый рабочий обмен, который складывается из основного обмена (энергозатрат на жизнеобеспечение) и расхода энергии на любую физическую и умственную деятельность.

А сами затраты энергии на работу мышц и мозга называются рабочей прибавкой. Так мужчина весом 70 кг, занимающийся физическим трудом средней интенсивности, каждый день тратит около 3000 ккал (без учета энергозатрат на переваривание пищи). Это — величина рабочего обмена, в который входит основной обмен (1700 ккал) и рабочая добавка (1300 ккал).

Математика продолжительности жизни

Одна из самых поразительных математических закономерностей заключается в том, что сердца всех млекопитающих совершают в течение жизни приблизительно одно и то же число сокращений — около полутора миллиардов, хотя мелкие животные (например, мыши) живут несколько лет, а крупные (например, киты) могут прожить сотню лет или даже больше. Эта систематическая закономерность подчиняется простой математической формуле: скорость метаболизма пропорциональна массе организма в степени ¾.

Простыми словами, если размеры одного животного вдвое больше размеров другого (10 кг и 5 кг или 1000 кг и 500 кг), то можно предположить, что и скорость метаболизма первого животного должна быть в два раза выше. Однако эта скорость не удваивается, на самом деле ее увеличение составляет всего лишь около 75 %, что соответствует громадной экономии энергии — по 25 % на каждое удвоение размера. Таким образом, существует закономерность: чем крупнее организм, тем меньше энергии требуется произвести в секунду на каждую его клетку для поддержания жизни. Например, клетки тела слона потребляют всего около одной десятой энергии, необходимой клеткам крысы, и работают в десять раз менее интенсивно. Это приводит к соответствующему снижению уровня клеточных повреждений и износа в метаболических процессах, что лежит в основе большего долголетия слонов.

Эта математическая закономерность, сформулированная швейцарским биологом Максом Клайбером, применима почти ко всем млекопитающим, птицам, рыбам, моллюскам, бактериям, растениям и клеткам. Не менее удивительно, что сходные законы действуют для всех физиологических величин и жизненных процессов: частоты сердцебиения, скорости эволюции, высоты деревьев, размера генома, количества серого вещества мозга, продолжительности жизни и даже скорости роста организма.