Павел Кучер - Магам земли не нужны

К началу XIX века, благодаря стараниям знаменитого французского химика Марселена Бертло точность калориметрических методов измерения возросла, появились более совершенные приборы — водяной калориметр и герметичная калориметрическая бомба. Последний прибор — особенно интересен. В нем можно измерять теплоту, выделяемую при произвольно быстрых реакциях, включая горение и взрыв.

Примерно с таким калориметром, в 30-х годах XIX века, начал первые опыты над пищей немецкий химик Юстус фон Либих, разделявший идеи Лавуазье о том, что пища — такое же топливо для организма, как дрова для печки. Причем, Либих первым назвал эти дрова — белки, жиры и углеводы. Он сжигал навески продуктов в калориметре и измерял выделившееся тепло. На основании результатов этих опытов Либих, вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером, составили самые первые в мире "таблицы калорийности продуктов питания". Пользуясь этими данными Либих с сотрудниками попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.

Самым знаменитым последователем Юстуса фон Либиха — стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер. В 1869–1871 годах Этуотер работал в Германии, где вдохновился как идеями физиологической калориметрии (посеянными Либихом), так и перспективами подобных экспериментов. Он первым додумался измерять энергоемкость компонентов пищи и придумал схему подсчета "калорийности" для любых продуктов питания. Сегодня его считают "отцом диетологии". Большую часть сведений о пище и ее компонентах (!), которыми пользуется современная наука — мир узнал из экспериментов Этуотера.

Так, хорошо знакомые нам значения "калорийности" для углеводов (4 ккал/г), белков (4 ккал/г) и жиров (9 ккал/г), впервые экспериментально получил Этуотер. Даже спустя полтора века — диетологи используют эти данные при подсчете "энергетической ценности" продуктов питания. Система Этуотера, по сей день, лежит в основе маркировки "калорийности" продуктов. В этом смысле, Уилбур Этуотер — самый цитируемый ученый в мире.

В 70-х годах XIX века еще не знали о витаминах, микроэлементах, аминокислотах и их особой важности для организма. Значение кальция и фосфора — признавали, но не понимали, какова их роль. Этуотер решал "энергетические" проблемы, а в то время уже точно знали, что энергию организму дают три основных компонента — белки, жиры и углеводы… Здесь-то и пригодилась калориметрическая бомба. В ней Этуотер измерял, сколько тепла выделяется при полном сгорании точной навески того или иного продукта питания. После некоторых колебаний, он добавил к "пищевым энергоносителям" этиловый спирт, со значением "калорийности" 7 ккал/г и немедленно за это пострадал. После публикации итогов работы — производители алкогольной продукции ухватились за его тезис "спирт дает много калорий" и стали активно использовать факт в рекламе. Это сильно огорчило Этуотера. Он сделал себе правилом каждый год обязательно читать студентам одну лекцию о вреде алкоголя и пользе умеренности во всем.

Разумеется не всё шло гладко. Никто не знал сколько каждого из главных компонентов содержится в реальных продуктах. Решение было найдено сугубо химическое. С помощью эфира — Этуотер экстрагировал жир из измельченного кусочка пищи, вес которого ему был точно известен и определял вес вещества (жира), перешедшего в эфир. Кстати, этот же несложный метод — применяют и в наши дни. С белками пришлось повозиться больше. Метода анализа, позволяющего определить количество белков в том или ином продукте — не могли придумать долго. Однако Этуотер знал, что в среднем — около 16 % массы белка приходится на азот. Он придумал, как определять количество азота в пище, и через него рассчитывал содержание в ней белка. С углеводами возникла похожая проблема. Надежно определять их общее содержание в пище — тогда не умели. Здесь выручила арифметика. Этуотер сжигал навеску еды и взвешивал количество пепла, по определению содержащего одни неорганические вещества. Теперь уже не составляло труда определить общее содержание органики (исходный вес пищи минус пепел). Вычитая из этого значения массу жира и белка — Этуотер получал усредненное содержание в продуктах углеводов.

Однако, быстро возник ещё один "неучтенный фактор". Известно, что не вся съедаемая пища как-то усваивается организмом. Изрядная её часть, так сказать, проскакивает через желудочно-кишечный тракт вхолостую. А знать и учитывать это дело при оценке энергетической ценности продукта хотелось. Этуотеру обследовал фекалии людей, с точно известным рационом питания. По его расчетам — среднем доля неусвоенной человеческим организмом пищи составляла не более 10 % от массы съеденного.

Весь ХХ век — биохимики дополняли заложенную Этуотером базу новыми данными. После Второй Мировой войны в его систему внесли "калорийность" для некрахмалистых полисахаридов — около 2 ккал/г. Общие факторы дополнили конкретными: белок яйца — 4,36 ккал/г, белок коричневого риса — 3,41 ккал/г и так далее. То же вышло с содержанием азота в белке: вместо среднего показателя в 16 % стали использовать конкретные цифры. Например, 17,54 % для белка макарон и 15,67 % для белка молока.

Однако, довольно быстро, выяснился главный недостаток системы Этуотера. Оказалось, что она не учитывает расхода энергии на процесс пищеварения. А эти траты заметны. Легче всего люди переваривают жиры, несколько хуже — сложные углеводы и хуже всего — белки. Чем больше доля белка в пище, тем выше расходы на пищеварение. Например, только в 1980-х годах (изучая проблему массового ожирения) установили, что люди, в рационе которых содержался избыток жира, получали почти такую же прибавку в весе, как и те, кто употреблял почти в пять раз больше калорий (по Этуотеру), но в виде крахмала… Заодно выяснилось значение физического состояния пищи. Степени её измельчения, глубины тепловой обработки, просто температуры подаваемой к столу еды. Белый хлеб из муки тонкого помола — усваивается почти на 100 %, а "черный" или "отрубной" — выходит с калом наполовину не переваренным.

Уже в ХХ веке, после открытия ферментов и очень тонких опытов по воспроизведению механизма разложения продуктов питания на легко усваиваемые организмом "элементарные компоненты" — выяснился поразительный для того времени факт. Человеческий организм (и его система пищеварения) — вовсе не идеальны. Крайне близкие (с точки зрения химика) питательные вещества (например, сахара) перевариваются очень по разному. Глюкоза — усваивается на 100 % (glycemic index равен 100), а почти неотличимая от неё фруктоза — только на 20 % (glycemic index равен 20). И это самый простой случай.

На самом деле — работа желудочно-кишечного тракта до сих пор полна загадок, отчего строгие формулировки "системы Этуотера" к усвоению пищи реальными людьми имеют достаточно далекое отношение. Чего стоит только "биоразнообразие" человеческой популяции. Все мы очень-очень разные, генетически, расово, по полу и возрасту, а значит — биохимически и метаболически. Самый наглядный пример такого рода — это худые люди с волчьим аппетитом, которые, несмотря на огромное количество поглощаемой пищи — совершенно не толстеют. Причина — в недостаточно эффективной работе ферментного набора. Они затрачивают на пищеварение гораздо больше энергии, чем полные. Поэтому, съев порции с точно одинаковой (по Этуотеру) "калорийностью" — полные люди прибавляют в весе больше, чем худые.