В гармонии с едой. Основы питания от доказательного диетолога

Зачем нужна еда?

Возможно, постановка вопроса «зачем нам нужна еда» вызывает улыбку. Тем не менее ответ на него можно дать исходя из разных аспектов нашей жизни.

Откроем «Руководство по семейному питанию» от FAO [1][1]. Это продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, основной задачей которой является борьба с голодом. Там мы видим следующее определение.

«Пища – это то, что обеспечивает живые организмы питательными веществами. Питательные вещества – это вещества, обеспечивающие:

• энергией для активности, роста и функционирования организма – дыхания, переваривания пищи и сохранения тепла;

• материалами для роста и восстановления организма, а также для поддержания здоровья иммунной системы».

Со второй частью данного определения все более-менее понятно. Можно легко представить, как наши клетки делятся, у нас растут ногти, волосы, при ушибах или царапинах восстанавливается кожный покров. То есть мы практически своими глазами видим, как наш организм использует еду в качестве строительного материла. Но с первой частью возникают большие сложности, потому что слово энергия вызывает недопонимание. Мы не можем увидеть энергию, потрогать, да и вообще не ясно, как она используется.

И тут возникает множество возможностей для когнитивных искажений, волшебных диет, тайных знаний об определенных продуктах. Ведь еда помимо всего прочего является очень важным аспектом нашей социальной жизни. Мы получаем питательные вещества еще в утробе матери, потом с грудным молоком и перед самой нашей смертью все еще потребляем пищу. Еда прочно интегрирована в нашу жизнь и пронизывает ее на каждом этапе. Существуют культурные, национальные особенности употребления продуктов и даже семейные и индивидуальные. Большинство праздников или грустных событий нашей жизни также связанны с застольем. В течение жизни мы удивляемся различным сочетаниям вкусов, познаем новые блюда, рецепты и способы приготовления продуктов. Поэтому однозначно можно сказать, что еда – это нечто большее, чем просто источник энергии и строительного материала.

Да, сейчас стали популярными идеи «топливного отношения к еде», когда любой продукт или блюдо воспринимается исключительно в качестве топлива для организма. Но, какие бы мыслительные ловушки мы ни выдумывали, еда будет оставаться для нас чем-то большим, чем просто топливо. И мы уж точно не сможем отрицать, что она является одним из самых доступных источников удовольствия. Удовольствие от еды – это ощущение благополучия, возникающее в результате удовлетворения естественного инстинкта. В него вовлечены два основных элемента: эмоциональное и психологическое напряжение, создаваемое первоначальным импульсом или желанием, и последующее удовлетворение этой внутренней потребности. Таким образом, удовольствие от еды явно соответствует двум основным требованиям жизни: воспроизведению и поддержанию [2]. Но безусловно, очень важно, чтобы еда не становилась единственным источником радости, не вытесняла и не замещала другие аспекты жизни.

Более того, наши пищевые привычки и особенности питания могут оказывать глобальное влияние. И не только на нас самих, но и на нашу планету. Например, в отчете научного журнала Nature говорится, что, если мы хотим уменьшить воздействие изменения климата на планету к 2050 году, нужно есть радикально меньше мяса [3]. Каждый кусочек пищи из каждой тарелки, миски или кастрюли по всему миру требует небольшого кусочка ресурсов Земли.

Рацион человека создает нагрузку на окружающую среду, водные ресурсы, биоразнообразие и почти на все остальные показатели здоровья планеты. В 2019 году Йохан Рокстрём[2], Коринна Хоукс[3] и другие члены международной группы ученых предложили диету EAT-Lancet [4]. Это глобальный план питания, который к 2050 году теоретически мог бы накормить примерно 10 млрд человек. Он предусматривает резкое сокращение потребления мяса и увеличение в рационе человека фруктов и овощей. Но идея вызвала споры у представителей мясной промышленности и экономистов. На данный момент поиски планетарной диеты продолжаются.

А что, если бы мы перестали есть пищу, к которой привыкли, и перешли к потреблению исключительно питательной суспензии, выращенной в лаборатории, а не в почве или воде? Мы могли бы предотвратить потепление примерно на 1 градус Цельсия в будущем [5]. Но выбор продуктов питания тесно связан с личными предпочтениями, культурой, религией, эмоциями, экономическими проблемами и многими другими факторами. Поэтому манипуляции с едой из пробирки пока что останутся в виде мысленного эксперимента или работ определенных энтузиастов.

ВМЕСТЕ С ТЕМ НЕЗДОРОВОЕ ПИТАНИЕ СОЗДАЕТ БОЛЬШИЙ РИСК ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ И СМЕРТНОСТИ, ЧЕМ НЕБЕЗОПАСНЫЙ СЕКС И УПОТРЕБЛЕНИЕ АЛКОГОЛЯ, наркотиков и табака, вместе взятые. Если говорить про гармоничные отношения с едой, которые имеют очень важное значение для нашего здоровья, то нельзя обойти стороной тот факт, что еда является источником энергии. И понимание того, откуда в ней берется та самая энергия, поможет нам разобраться в популярных диетах и даст четкое представление, за счет чего работают любые протоколы питания. Поговорим об этом дальше.

Как солнце связано с едой?

Как вы думаете, без чего невозможно существование жизни на Земле? Понимаю, что хочется ответить – без мемов и видео с котиками. Но на самом деле без солнца.

Масса Земли относительно Солнца

Не было бы Солнца, не было бы ничего. Даже сторонников безумных диет, плоской земли и прочих мракобесов. Почему же благодаря нашему светилу возможна жизнь? Одна из причин заключается в том, что Земля находится [6] в пределах обитаемой зоны Солнца (также известной как «Зона Златовласки», или зона жизни). Казалось бы, что в этом такого? А дело в том, что данное расстояние не слишком далекое и не слишком близкое, чтобы получать обильную солнечную энергию, которая включает свет и тепло, необходимые для химических реакций.

В ядре Солнца происходят термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий [7]. Видимая поверхность Солнца называется фотосферой. Именно здесь свет и тепло, поднимающиеся из ядра, распространяются в космос и достигают атмосферы Земли и других планет Солнечной системы.

На Земле верхний слой атмосферы (озоновый) фильтрует большую часть солнечного ультрафиолетового излучения, но часть пропускает на поверхность. Полученное тепло затем поглощается земным воздухом и земной корой, нагревая нашу планету и обеспечивая организмы источником энергии.

Мы с вами не можем преобразовывать энергию солнца в химическую энергию, т. е. в пищу. Но на это способны растения и другие организмы, например цианобактерии [8], посредством фотосинтеза. Этот процесс по сути представляет собой преобразование энергии солнца в энергию химических связей. Тут придется вспомнить биологию. Фотосинтез отвечает за производство и поддержание кислорода в атмосфере Земли и поставляет большую часть энергии, необходимой для жизни на планете [9]. Затем травоядные получают эту энергию, поедая растения, а плотоядные получают ее, поедая травоядных. Если очень сильно все упростить, то в бургере, который мы съедаем на обед, содержится та самая термоядерная энергия солнца.

Но вернемся к растениям. Внутри растительной клетки находятся небольшие органеллы, называемые хлоропластами, которые накапливают энергию солнечного света. Внутри мембран хлоропластов есть светопоглощающий пигмент хлорофилл, который отвечает за придание растению зеленого цвета. Во время фотосинтеза хлорофилл поглощает энергию волн синего и красного света и отражает волны зеленого света, благодаря чему растение выглядит зеленым.

В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ (CO2) и воду (H2O) из воздуха и почвы. В растительной клетке вода окисляется, то есть теряет электроны, а углекислый газ восстанавливается, то есть приобретает электроны. Это превращает воду в кислород и углекислый газ в глюкозу. Затем растение выпускает кислород обратно в воздух и сохраняет энергию в молекулах глюкозы.

Вполне логично возникает вопрос, насколько этот процесс преобразования эффективен, а именно, всю ли энергию солнечного света удается сохранить? В лабораторных условиях реакции фотосинтеза имеют близкую к 100 % квантовую эффективность, т. е. один квант света приводит к переносу одного электрона. Однако в самых идеальных природных условиях общая энергоэффективность не всегда достигает и 35 %, так как не весь солнечный свет поглощается листом растений. А если взять в расчет потери на всех этапах биохимии то на большинстве сельскохозяйственных культур удалось получить лишь около 1–2 % энергоэффективности, т. е. эти небольшие проценты энергии солнца сохраняются в растительном продукте, например, в зернах кукурузы [10–12]. Сахарный тростник является исключением, так как его эффективность может составлять почти 8 %. При взгляде на эти цифры может показаться, что из-за такой энергоэффективности процесс фотосинтеза не так важен для существования жизни на земле, но это не так. Обилие растительности нивелирует потери преобразования энергии солнца в биомассу растений. И мы можем использовать растения не только в качестве источника пищи, но и используем энергетические ресурсы: уголь, природный газ, нефть. Которые также содержат запасенную энергию солнца, только полученную много лет назад. В процессе фотосинтеза синтезируются углеводороды, т. е. углеводы и жиры. Его еще называют биологической фиксацией углерода (запомните этот термин, мы к нему еще вернемся, когда дойдем до людей). В результате неорганический углерод превращается в органические соединения, в частности в ту самую глюкозу. Жизнь на Земле построена на соединениях, содержащих углерод, азот, водород и кислород. Сложные последовательности этих элементов вместе образуют строительные блоки жизни. Из них состоят необходимые органические молекулы, такие как сахара, ферменты, белки и ДНК. Те, кто внимательно читали эту нуднятину, наверное, задаются вопросом, почему ничего не было сказано про жиры? Ведь написано, что в растениях содержатся и они. Не буду усложнять и без того непростую тему. Скажу только, что углеводы и жиры имеют достаточно похожий состав химических элементов, а именно углерод (С), водород (Н) и кислород (О). Отличается лишь сама их последовательность. Поэтому жиры синтезируется ферментами растений из углеводов [13].

Но растения являются еще и источником растительного белка. А чтобы из аминокислот построить белки, нужен азот (N). И откуда растениям его взять? Азота много в атмосфере. Но есть проблема – растения не могут его напрямую в себя всосать. Вспомним про круговорот азота в природе и азотфиксирующие бактерии. Круговорот азота – это процесс, посредством которого азот превращается в различные химические формы по мере его циркуляции в атмосфере, почве и живых организмах. Происходит это непрерывно, и тем самым растения и животные могут использовать азот для своих нужд, и после их гибели он возвращается обратно в атмосферу. А решающую роль в этом процессе играют азотфиксирующие бактерии. У них есть специальный фермент, который соединяет атмосферный азот (N) с водородом (H). В результате получаются нитраты и нитриты, а растения их могут поглощать своими корневыми волосками. А вообще, для растительных белков нужна еще сера (S), но в такие дебри предлагаю не погружаться, чтобы вы не выбросили эту книгу, и она не превратилась в перегной.

Вот теперь обобщаем все вышесказанное. Получается, что под действием энергии солнца, используя углерод из простых веществ (СО2 из атмосферы), растения синтезируют белки, жиры, углеводы [14]. Такие производящие питательные вещества организмы называют автотрофами или первичными продуцентами (если совсем точно, то фотоавтотрофами). В пищевой цепи они находятся на самом низком уровне, но являются причиной, по которой на Земле все еще есть жизнь [15].

Животные и люди, сколько бы ни стояли на солнце, не способны получить вещества, которые можно использовать в качестве энергии. А вот ожоги запросто. Такие организмы называют гетеротрофами [16]. Они не могут производить собственную пищу, поэтому должны что-то или кого-то есть. В пищевой цепи гетеротрофы будут являться первичными, вторичными, третичными потребителями, но не продуцентами, как растения.

Таким образом, растения являются источником питательных веществ. Мы едим растения или животных, которые ели эти растения, или животных, которые ели животных, которые ели растения, или… Я думаю, вы поняли.

Далее чуть упрощаем. Мы с вами дышим. Зачем? Чтобы не было скучно? Нет, конечно, нам нужен кислород. Он необходим, чтобы окислить (сжечь) питательные вещества, которые мы едим, и при этом высвободить энергию [17]. Ту самую энергию солнца. Если немного пофилософствовать, то можно предположить, что биологическая масса на нашей планете вообще не меняется, а лишь переходит из одной формы в другую. Ну если только инопланетяне не занесут чего-нибудь с других планет.

Мы уже затрагивали вопрос эффективности фотосинтеза. Дело в том, что при такой передаче солнечной энергии от растений к животным, а от них к другим животным и далее по цепочке, неизбежны потери в виде выделения тепла, метаболизма и других процессов. И исходя из этого был сформулирован закон (хотя автор не называл бы это законом, но так закрепилось) Раймонда Линдемана, или Закон 10 % [18]. Согласно ему при переходе энергии от одного уровня к другому передается лишь около 10 %. Остальное теряется в процессе переноса.

Например, Солнце выделяет 100 тыс. Дж энергии, растения запасают только 1000 Дж энергии от солнечного света (исключение из закона – растениями от солнца поглощается только 1 % энергии). После этого корова, съев растение получит 100 Дж (10 % энергии). Волк, съев корову, получит 10 Дж (10 % энергии коровы). Человек, если съест волка, получит 1 Дж (10 % энергии волка) и т. д. Конечно, в реальности передается не всегда 10 %. Доля энергии может доходить и до 35 %. Но факт состоит в том, что часть энергии теряется.

Пример с морковкой, зайцами и лисой вы можете посмотреть на рисунке ниже.

Закон Линдемана о 10 %

Вот такой сложный процесс передачи энергии, которая поступает на Землю, преодолевая 150 млн километров. А о том, что с ней происходит внутри нашего организма, поговорим далее.

Законы физики и человеческий организм

Ну что, дорогие мои биологи, мы продолжаем достаточно сложную тему. И чтобы упростить восприятие, давайте проведем аналогию с автомобилем. Итак, мы заправляем автомобиль одним видом топлива. Это может быть бензин, дизель, газ, а кто-то стал сторонником зеленой энергетики и использует электромобили. Двигатель автомобиля не может работать на двух видах топлива одновременно, поэтому, приезжая на заправку, мы выбираем именно тот, который для него предназначен.

Выше мы выяснили, что в качестве источника энергии человек потребляет органические соединения, которыми являются белки, жиры и углеводы. По аналогии с автомобилем нашему организму нужен один универсальный источник энергии, а не три. Что же делать?

Теперь чуть усложним. Универсальный источник энергии [19] имеет сложное название аденозинтрифосфат (АТФ). В нашем организме химические связи органических соединений разрываются, и все это преобразуется в такую универсальную валюту – АТФ. Причем ее мы за день производим столько, что она по массе сопоставима с массой нашего тела [20]. Запасы АТФ можно представить в виде батарей, в которых хранится энергия [21]. И дальнейшее использование этой энергии приводит в действие все процессы нашего организма.

Сейчас придется вспомнить еще один сложный предмет из школьной программы. В основе понимания феномена жизни и процессов, которые протекают в человеческом организме, как и в организме любого живого существа, лежат законы физики [22]. Они используются для объяснения многих функций организма, включая механику мышц и движений тела, механику движения крови и воздуха, слуховые и акустические свойства ушей, зрительную оптику, тепло, энергию и электрические сигналы. Причем эти законы будут существовать вне зависимости от нашей веры в них. Можно не верить в закон всемирного тяготения, но если мы прыгнем с высокой поверхности вниз, то за счет гравитации очутимся на земле, а не зависнем в воздухе.

Как только на Земле возникла жизнь, она распространилась по планете и приняла замечательные и порой удивительные формы. И на первый взгляд может показаться, что она безгранична в своем размахе. Но как бы банально это ни звучало, жизнь должна подчиняться законам физики. Да, мы ограничены в понимании некоторых процессов, но тем не менее физические явления пронизывают все формы жизни. И даже небольшие живые организмы демонстрируют законы физики в процессе своего существования. Давайте посмотрим на навозного жука, который катит свое богатство. Да, понимаю, не самый лучший пример для книги про еду, но какой есть.

Можно сказать, что жук реализует принцип колеса. И именно физика, а не случайные эволюционные изменения, позволяют жуку использовать такой своеобразный транспорт.

Перейдем к более сложным процессам. Полет насекомых является изысканным примером биофизики [24]. И в основе такого явления лежат изученные физиками аэродинамический подъем, характерная форма крылышек, которая позволяет создать область низкого давления над крылом, а также механизм «хлопай и бросай». Когда крылья толкаются в обратном направлении, они схлопываются вместе. Такой маневр вытесняет воздух между ними и обеспечивает дополнительную тягу. Потом крылья начинают свой передний ход и раздвигаются; воздух, который устремляется, чтобы заполнить зазор, улучшает циркуляцию над поверхностью крыла и, таким образом, увеличивает подъемную силу. Только благодаря высокоскоростной фотографии ученые относительно недавно узнали, как насекомые используют каждый нюанс физики для осуществления полета.

В основе человека, насекомых, в том числе навозного жука, и всех других существ, лежат молекулы. И они также подчиняются законам физики. В качестве примера возьмем аминокислоты, которые являются строительными блоками белков. Цепочки аминокислот, как и молекулы, склонны сворачиваться таким образом, чтобы достичь своего самого низкого энергетического состояния. Каждый последующий этап складывания для поиска наиболее стабильного состояния, чтобы все не развалилось, управляется термодинамикой. И как бы нам ни казался этот процесс случайным, чтобы выбрать для конкретных белков определенную форму, работают фундаментальные законы физики [25].