скачать книгу бесплатно
Является признаком того, что мозгу недостает энергии. При употреблении большого количества сахара митохондрии не могут получать энергию из жиров и производят всю энергию из глюкозы. При этом мозг не может использовать жиры в качестве топлива, они накапливаются в жировых клетках и человек набирает лишний вес. После сжигания мозгом запасов глюкозы уровень сахара в крови падает и возникает потребность в дополнительном сахаре или углеводов, которые впоследствии превращаются в сахар. Так возникает физиологическая зависимость. Важным фактором пристрастия к сахару и углеводам является наличие токсинов в употребляемой еде. Как известно, токсины выводятся из организма печенью и почками. При наличии токсинов в еде этим органам требуется больше сахара для окисления или нейтрализации вредных веществ и, следовательно, они начинают конкурировать с мозгом за глюкозу. В итоге процесс детоксикации приводит к падению сахара в крови и зависимости от сахара и углеводов. Основные симптомы наличия физиологической зависимости и нездоровых пищевых пристрастий:
– раздражительность при чувстве голода;
– постоянные перекусы сладким в течение дня;
– непреодолимое желание съесть десерт после обеда;
– неспособность продержаться без приема пищи более трех часов;
– утомление после нахождения в шумной компании.
Прежде чем заниматься восстановлением и улучшением памяти и когнитивных способностей, а также профилактикой деменции, необходимо выявить и осознать основные причины ухудшения этих процессов, чему и посвящена данная глава. Эти причины не так однозначны и порой носят парадоксальный характер. В самом деле, кто бы мог подумать, что чрезмерное употребление фруктов может привести к ухудшению памяти, поскольку еще совсем недавно в диетических рекомендациях повсеместно утверждалось, что фрукты можно употреблять практически без ограничений, и кроме пользы это ничего не принесет. Однако исследования последних лет доказали, что это не так, и в дальнейшем изложении мы это покажем.
Каковы же основные причины ухудшения памяти и когнитивных способностей?
1. Дефицит питательных веществ
Ведь неспроста многие упакованные продукты питания насыщают витаминами, а иногда и минералами. Как известно, в мире существует около 40 минералов, витаминов и других важных веществ, необходимых для тканей и клеток организма, в том числе для головного мозга, которые находятся в цельной пище[31 - Steele, «Ultra-Processed Foods».]. Однако далеко не всегда эта пища употребляется, и в итоге возникает дефицит определенных жизненно необходимых микронутриентов. Наиболее часто выявляется нехватка следующих веществ: железа, витаминов группы В, калия, магния, селена, витамина Е, витамина К2, витамина Д. Рассмотрим нехватку этих микронутриентов на примере дефицита витамина Д и магния.
Витамин Д, являющийся фактически стероидным гормоном, участвует в работе почти тысячи генов, многие из которых связаны непосредственно с когнитивными функциями, скоростью старения, воспалением. Специалисты Эдинбургского университета пришли к выводу, что дефицит витамина Д является ключевым внешним фактором, влияющим на развитие деменции[32 - Lewis Killin et al., «Environmental Risk Factors for Dementia: A Systematic Review» BMC Geriatrics 16 (2016): 175.], причем некоторые специалисты считают рекомендуемую дневную дозу витамина Д значительно заниженной и предлагают повысить ее значение в десять раз[33 - Creighton University, «Recommendation for Vitamin D Intake Was Miscalculated, Is Far Too Low, Experts Say» ScienceDaily, March 17, 2015, https://www.sciencedaily.com/ releases/2015/03/150317122458.htm.].
Что касается магния, этот минерал участвует в многочисленных (более 300) ферментных реакциях, включая восстановление ДНК и производство энергии, а от этих процессов во многом зависят и когнитивные способности и память. По распространенности нехватка магния уступает только дефициту витамина Д. И тут важно отметить одно важное обстоятельство. Когда в организме возникает недостаток критически важных веществ, участвующих во многих процессах, он, как правило, направляет их на поддержание тех процессов, которые обеспечивают выживание организма в обозримом будущем, откладывая долгосрочные процессы, такие как восстановление ДНК, последствия которых, например деменция, проявятся через годы, на потом. В принципе это разумно, так как в противном случае это «потом» может никогда не наступить. Однако отсюда возникает и понимание необходимости недопущения нехватки в организме жизненно необходимых микронутриентов, так как и когнитивные нарушения, и ухудшение памяти, и деменция, и даже возникновение опухолей происходят не сразу и не мгновенно, поэтому организм будет использовать ограниченные ресурсы (микронутриенты), необходимые для поддержания и восстановления процессов, требующихся для недопущения перечисленных нарушений, во вторую очередь после процессов, гарантирующих выживание.
2. Сахар, углеводы, гликирование
В современном рационе питания сахар содержится не только в виде сахара-рафинада, но и преобразуется из большинства употребляемых углеводов, таких как картофель, пшеница, овес, рис, кукуруза, сладкие фрукты, мед, кондитерские изделия, мороженое и т. д. Внутри организма сахар становится липким и прилипает к белкам на поверхности клеток, что делает белки нефункциональными или поврежденными, а, как известно, белки играют ключевую роль в поддержании функционирования всех органов и тканей в организме. Связь молекул глюкозы с белками называется гликированием. Хотя гликирование в том или ином объеме является неотъемлемой частью жизни, все-таки желательно свести его к минимуму, для чего необходимо уменьшить в рационе питания содержание продуктов, повышающих уровень сахара в крови. К примеру, стакан апельсинового сока содержит сахара в 6 раз больше, чем вся кровеносная система (в ней содержится примерно чайная ложка сахара), и его употребление значительно повысит как уровень сахара в крови, так и степень гликирования. Самым значительным последствием гликирования является образование биологически агрессивных конечных продуктов гликирования (КПГ), которые связывают с окислительным стрессом и воспалением. Количество КПГ в основном зависит от рациона питания и примерно пропорционально уровню глюкозы в крови. Процесс гликирования играет решающую роль в развитии дегенеративных заболеваний и болезни Альцгеймера. В мозге людей, подверженных болезнью Альцгеймера, КПГ содержится в три раза больше, чем в здоровом мозге[34 - P. I. Moreira et al., «Oxidative Stress and Neurodegeneration» Annals of the New York Academy of Sciences 1043 (2005): 545—52.]. Замечено, что если у человека повышен уровень КПГ, он быстрее теряет когнитивные функции, у него хуже память, он хуже учится и у него меньше экспрессируются гены, стимулирующие нейропластичность и способствующие долголетию[35 - M. S. Beeri et al., «Serum Concentration of an Inflammatory Glycotoxin, Methylglyoxal, Is Associated with Increased Cognitive Decline in Elderly Individuals» Mechanisms of Aging and Development 132, no. 11—12 (2011): 583—87; K. Yaffe et al., «Advanced Glycation End Product Level, Diabetes, and Accelerated Cognitive Aging» Neurology 77, no. 14 (2011): 1351 56; Weijing Cai et al., «Oral Glycotoxins Are a Modifiable Cause of Dementia and the Method Syndrome in Mice and Humans» Proceedings of the National Academy of Sciences 111, no. 13 (2014): 4940—45.].
Для оценки скорости образования конечных продуктов гликирования обычно используют анализ на содержание в крови гликированного гемоглобина, который показывает, сколько сахара в среднем налипло на белок гемоглобин в течение примерно последних трех месяцев. Гликированный гемоглобин является ключевым маркером риска снижения когнитивных функций. Как показано в работе[36 - American Academy of Neurology, «Lower Blood Sugars May Be Good for the Brain» ScienceDaily. October 23, 2013, https://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131023165016.htm.], повышенный уровень гликированного гемоглобина связан с снижением объема гиппокампа – центра, отвечающего за память в мозге. Более того, увеличенный, но находящийся еще в пределах нормы уровень сахара натощак также может указывать на снижение объема гиппокампа[37 - American Academy of Neurology, «Even in Normal Range, High Blood Sugar Linked to Brain Shrinkage» ScienceDaily, September 4, 2012, https://www.sciencedaily.com/ releases/2012/09/120904095856.htm.].
Объективности ради необходимо отметить, что иногда анализ на гликированный гемоглобин может давать ложноположительный результат у человека с нормальным уровнем сахара в крови. Это обусловлено тем, что кровяная клетка (гемоглобин) может проводить в кровеносной системе больше времени, чем в среднем (4 месяца) и, следовательно, может накопить на себе больше сахара. Для уточнения степени гликирования можно использовать анализ на фруктозамин, который показывает средний уровень сахара в крови за последние 2—3 недели. Этот анализ не чувствителен к разбросу продолжительности жизни клеток крови и может быть полезен при быстром изменении уровня сахара вследствие изменения рациона питания. Следует также отметить, что в определенной степени значение гликированного гемоглобина свидетельствует о скорости старения организма. Интересно и то, что как показано в работе[38 - M. Krajcovicova-Kudlackova et al., «Advanced Glycation End Products and Nutrition» Physiological Research 51, no. 2 (2002): 313—16.], у вегетарианцев в крови циркулирует больше конечных продуктов гликирования, чем у тех, кто ест мясо. По всей видимости, это обусловлено тем, что они вынуждены есть больше углеводов, в том числе фруктов, а как приведено выше, все виды углеводов все равно превращаются в сахара. Сахар может иметь множество различных форм и имен: сахароза, лактоза, декстроза, глюкоза, мальтоза, и все они приводят к скачку уровня сахара в крови. Не столь важно, с каким видом сахара мы имеем дело. Безопасный уровень потребления любого вида сахара равен нулю. Даже если уровень сахара в норме, это иногда может означать, что поджелудочная железа работает на износ, чтобы поддерживать его, т. е. инсулин достигает высокого уровня задолго до того, когда увеличивается уровень сахара. Это можно определить по повышенному уровню инсулина натощак. Более того, это единственный способ определить, отсутствует ли у вас резистентность к инсулину, крайне негативно отражающаяся на когнитивных функциях. У тех, кто контролирует потребление углеводов, уровень инсулина натощак может быть менее 2.0. Это идеальный уровень, но в любом случае все, что выше 5.0, уже должно настораживать.
В работе[39 - Shannon L. Macauley et al., «Hyperglycemia Modulates Extracellular Amyloid-? Concentrations and Neuronal Activity in Vivo» Journal of Clinical Investigation 125, no. 6 (2015): 2463.] показано, что рацион питания с высоким содержанием сахара оказывает негативное воздействие на мозг, увеличивая количество амилоидных белков в мозге. Как известно, наличие амилоидных белков в мозге негативно сказывается и на когнитивных способностях, и на памяти, не говоря даже об увеличении риска болезни Альцгеймера.
а) Фруктоза
Существует еще одна форма сахара – фруктоза, и она гликирует белки еще сильнее, чем глюкоза, хотя и не вызывает резкого повышения уровня сахара в крови, так как метаболизируется организмом иначе, чем глюкоза: она попадает напрямую в печень, минуя кровеносную систему. А раз она не вызывает увеличения сахара в крови, то и не вызывает скачков инсулина – по крайней мере, не сразу. После того, как фруктоза запускает липогенез и заполняет печень жиром, жир попадает в кровеносную систему. Хотя фруктоза не вызывает мгновенного повышения уровня сахара в крови, но при регулярном ее употреблении уровень сахара все же вырастет, так как от непрерывной перегрузки печень начнет воспаляться и ее клетки не смогут запитываться сахаром с прежней интенсивностью. Специалисты Калифорнийского университета провели эксперимент, в процессе которого давали фруктозу крысам в объеме, эквивалентном тому, который получает человек, выпивая один литр сладкого газированного напитка в день. Через полтора месяца у них было обнаружено снижение когнитивных способностей и изменилось более тысячи генов, многие из которых ассоциированы с болезнью Паркинсона, депрессией и другими нарушениями мозговой деятельности[40 - Qlngying Meng et al., «Systems Nutrigenomics Reveals Brain Gene Networks Linking Metabolic and Brain Disorders» EbioMedicine 7 (2016): 157—66.]. Рацион, богатый фруктозой, ухудшил у крыс и пластичность мозга.
Ранее мы анонсировали вывод об ухудшении памяти у людей, употребляющих большое количество сладких фруктов. На чем основано подобное утверждение? Было проведено несколько крупных исследований по этому вопросу. В результате пришли к единому мнению, что употребление в пищу значительного количества фруктов, особенно пожилыми людьми, приводит к уменьшению объема гиппокампа – органа головного мозга отвечающего за память[41 - Y. Gu et al., «Mediterranean Diet and Brain Structure in a Multiethnic Elderly Cohort» Neurology 85, no. 20 (2015): 1744—51.][42 - Staubo, «Mediterranean Diet.»]. К аналогичному выводу пришли и специалисты из клиники Майо, которые показали, что объем коры большого внешнего слоя мозга обратно пропорционален количеству употребляемых фруктов. Таким образом получается, что фрукты, несмотря на содержание в них множества разнообразных полезных веществ, мягко говоря, не приносят пользы центрам памяти. Чтобы несколько успокоить любителей фруктов отметим, что некоторые несладкие фрукты, такие как авокадо, кокосы, оливки, какао все-таки полезны для мозга. Полезны для мозга и ягоды, которые укрепляют память, замедляют старение, а также, в отличие от фруктов, снижают риск деменции[43 - Martha Clare Morris et al., «MIND Diet Associated with Reduced Incidence of Alzheimer’s Disease» Alzheimer’s & Dementia 11, no. 9 (2015): 1007—14.].
б) Инсулин и инсулинорезистентность
Глюкоза обладает не только деструктивными свойствами, но и является мощным источником энергии в организме, в том числе она подпитывает мозг. Но молекулы глюкозы не могут самостоятельно войти в клетку – им нужен инсулин. Инсулин активирует рецепторы на поверхности клеточных мембран, и в результате молекула сахара попадает внутрь клетки и перерабатывается в ней в энергию, либо остается в резерве. Часто повторяющаяся продолжительная стимуляция рецепторов инсулина приводит к тому, что клетка становится менее чувствительной и снижается количество рецепторов на ее поверхности. Это приводит к тому, что поджелудочная железа должна продуцировать больше инсулина для достижения аналогичного эффекта, в то время как сахар продолжает подниматься и дольше оставаться в кровеносной системе, связываясь с белками, запуская гликирование. Снижение чувствительности к инсулину, которое принято называть инсулинорезистентностью или толерантностью к инсулину, – достаточно распространенное явление, и, к сожалению, даже у людей с нормальным уровнем сахара довольно часто в той или иной степени наблюдается хронически повышенный уровень инсулина в крови, что в дальнейшем нередко приводит к проблемам с мозгом[44 - J. R. Kraft and W. H. Wehrmacher, «Diabetes – A Silent Disorder» Comprehensive therapy 35. nos. 3—4 (2009): 155—59.].
Широко известны и когнитивные последствия постоянных скачков инсулина, когда после богатого углеводами обеда возникают усталость и вялость, снижается концентрация внимания и ухудшается процесс запоминания. Это происходит потому, что хронически повышенный уровень инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой, очень низко опускает уровень сахара в крови, и возникают указанные выше симптомы. Есть и хорошая новость. При рационе питания со значительным снижением количества употребляемых углеводов чувствительность организма к инсулину повышается всего за один день[45 - Matthew Harber et al., «Alterations in Carbohydrate Metabolism in Response to Short Term Dietary Carbohydrate Restriction» American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism 289, no. 2 (2005): E306—12.], и подобные симптомы исчезают. Вообще, отдельные ученые полагают, что длительно повышенный уровень инсулина является атрибутом общей теории хронических заболеваний, и отмечают особенно негативную его роль при воздействии на мозг[46 - Catherine Crofts et al., «Hyperinsulinemia: A Unifying Theory of Chronic Disease?» Diabesity I, no. 4 (2015): 34—43.]. Это очень наглядно можно продемонстрировать при взаимодействии инсулина с вырабатываемым в мозге липким белком бета-амилоидом, который в избытке накапливается в мозге при заболевании болезнью Альцгеймера. Почему при болезни Альцгеймера у организма, как правило, снижена способность расщеплять амилоиды? Одной из ключевых причин является ограниченная выработка фермента инсулиназы, основная функция которого заключается в разрушении гормона инсулина. Но кроме разрушения инсулина инсулиназа может участвовать в составе ферментной группы в разрушении еще и белка бета-амилоида. Но поскольку инсулиназа вырабатывается в очень ограниченном количестве, в первую очередь она задействуется для разрушения инсулина, а не белка бета-амилоида. А когда уровень инсулина повышен, она вообще прекращает процесс разрушения амилоидных белков[47 - W. Q. Qui et al., «Insulin-Degrading Enzyme Regulates Extracellular Levels of Amyloid Beta-Protein by Degradation» Journal of Biological Chemistry 273, no. 49 (1998): 32730—38.]. Известно, что «очистительные» работы в мозге происходят в основном ночью с использованием недавно обнаруженной глимфатической системы, вымывающей амилоидные белки и другие побочные продукты жизнедеятельности с использованием спинномозговой жидкости. Однако инсулин препятствует осуществлению этого процесса. Эта может быть одной из причин известной рекомендации не употреблять пищу за 2—3 часа до отхода ко сну, что позволит уменьшить уровень инсулина в крови в течении ночи.
Нельзя не отметить также, что при инсулинорезистентности сахар в крови обычно повышен, а он, как известно, прилипает к любым белкам, в том числе к бета-амилоидам. Гликированные амилоидные белки становятся еще более липкими, плохо растворяются, и их намного сложнее вывести и смыть[48 - Y. M. Li and D. W. Dickson, «Enhanced Binding of Advanced Glycation Endproducts (AGE) by the ApoE4 Isoform Links The Mechanism of Plaque Deposition in Alzheimer’s Disease» Neuroscience Letters 226, no. 3 (1997): 155—58.]. В работе[49 - Auriel Willette et al., «Insulin Resistance Predicts Brain Amyloid Deposition in Late Middle Aged Adults» Alzheimer’s & Dementia 11, no. 5 (2015): 504—10.] показано, что чем более выражена инсулинорезистентность, тем больше бляшек накапливается в головном мозге и тем больше возникают различные когнитивные нарушения. Выявлено, что даже при незначительном уровне инсулинорезистентности происходит увеличение отложения амилоидных белков. Инсулинорезистентность ассоциируется с снижением декларативной памяти, сосредоточенности и исполнительных функций[50 - H. Bruehl et al., «Cognitive Impairment in Nondiabetic Middle-Aged and Older Adults Is Associated with Insulin Resistance» Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology 32. no. 5 (2010): 487—93.]. В результате экспериментов, проведенных в медицинском университете Южной Каролины, было выявлено, что при более высоком уровне инсулина у участников их показатели когнитивных способностей были заметно ниже по сравнению с теми, у кого уровень инсулина был ниже[51 - Kaarin Anstey et al., «Association of Cognitive Function with Glucose Tolerance and TV ceclor ics of Glucose Tolerance over 12 Years in the AusDiab Study» Alzheimer’s Research & Therapy 7, no. 1 (2015): 48; S. E. Young, A. G. Mainous 3rd, and M. Carnemolla, «Hyperinsulinemia and Cognitive Decline in a Middle-Aged Cohort» Diabetes Care 29, no. 12 (2006): 2688—93.]. Как показывает статистика, инсулинорезистентность свойственна примерно 80% пациентов с болезнью Альцгеймера, а диабет второго типа в 2—4 раза увеличивает риск возникновения болезни Альцгеймера. Из всего вышесказанного вытекает, что длительно повышенный уровень инсулина в любом случае не способствует (скорее мешает) нормальной работе мозга и является основой для невротических расстройств, которые возникнут через несколько лет.
Как определить наличие инсулинорезистентности и, соответственно, узнать насколько хорошо функционирует мозг? Обычно для этого используют показатель HOMA-IR. Для оценки HOMA-IR необходимо умножить уровень глюкозы натощак на уровень инсулина натощак и разделить на 405. Идеально, если полученная величина будет меньше единицы, но при значении больше 2,75 можно с большой вероятностью предполагать наличие инсулинорезистентности и снижение когнитивных навыков, как в настоящем, так и в будущем.
Можно ли по анализу крови предсказать возникновение болезни Альцгеймера? Последние разработки позволяют положительно ответить на этот вопрос. Специалисты выявили один из белков IRS-1, участвующий в инсулиновых сигнальных процессах, являющийся высокочувствительным маркером уменьшения чувствительности к инсулину в головном мозге. Выяснилось, что при болезни Альцгеймера увеличен уровень неактивной формы данного белка, что сигнализирует о недостаточной работе инсулиновых сигналов в мозге. В итоге оказалось, что увеличенный уровень неактивной формы белка IRS-1 со 100-процентной точностью предсказывает возникновение болезни Альцгеймера[52 - Dimitrios Kapogiannis et al» «Dysfunctionally Phosphorylated Type 1 Insulin Receptor Substrate in Neural-Derived Blood Exosomes of Preclinical Alzheimer’s Disease» FASEB Journal 29, no. 2 (2015): 589—96.], причем еще за 10 лет до появления первых симптомов. Следовательно, одним из путей профилактики болезни Альцгеймера является восстановление чувствительности мозга к инсулину. Для этого необходимо снизить в рационе питания количество концентрированных углеводов, особенно таких, как выпечка, переработанные продукты, сладкие напитки. Хотя даже низкогликемические цельнозерновые продукты, например бурый рис, все равно достаточно быстро повышают уровень сахара, а значит и инсулина, а широко разрекламированный цельнозерновой пшеничный хлеб имеет и гликемический индекс и гликемическую нагрузку выше, чем столовый сахар. Какие еще факторы снижают чувствительность к инсулину? Такими факторами являются: недосыпание, воспаление, действие токсичных промышленных химикатов, хронический стресс. Существуют исследования, в которых показано, что даже после одной недоспанной ночи на следующий день снижается чувствительность к инсулину и де-факто получается кратковременный преддиабет у практически здоровых людей еще до того, как они начнут употреблять углеводы. Что касается воспаления, то оно часто возникает при употреблении полиненасыщенных жирных кислот, которые, как указывалось выше, достаточно легко окисляются. Еще одна распространенная причина воспаления – употребления продуктов питания, содержащих глютен, а он, как известно, содержится не только в любом хлебе, но и в тортах, макаронах, пицце, пиве и во многих других продуктах, придавая им вязкую текстуру, приятную для языка. Как показали исследования[53 - R. H. Freire et al., «Wheat Gluten Intake Increases Weight Gain and Adiposity Associated with Reduced Thermogenesis and Energy Expenditure in an Animal Model of Obesity» International Journal of Obesity 40, no. 3 (2016): 479—87; Fabiola Lacerda Pires Soares et al., «Gluten-Free Diet Reduces Adiposity, Inflammation and Insulin Resistance Associated with the Induction of PPAR Alpha and PPAR-Gamma Expression» Journal of Nutritional Biochemistry 24, no. 6 (2013): 1105—11.] глютен вызывает воспаление, которое снижает чувствительность к инсулину и вызывает предрасположенность к лишнему весу. После обнаружения того, что находящийся в глютене белок глиадин вызывает проницаемость стенок кишечника у всех людей, что усиливает синтез медиаторов воспаления, все меньше остается сомнений в необходимости исключения из рациона питания продуктов, содержащих глютен.
Теперь остановимся еще на одной проблеме, связанной с повышенным уровнем инсулина. Когда оценивают гликемический индекс каждого продукта питания, предполагается, что он употребляется отдельно от других продуктов, но дело в том, что последствия от, например, хлеба, съеденного отдельно, будут совсем не такими, как от хлеба с маслом и сыром. Известно, что если употреблять углеводы вместе с жирами, то подъем уровня глюкозы будет незначительным, но инсулина будет синтезироваться больше, т. е. жиры замедляют поступление глюкозы в кровь, но продлевают длительность повышения как сахара, так и инсулина, которого выделяется в этом случае больше для аналогичного объема углеводов[54 - Sylvie Normand et al., «Influence of Dietary Fat on Postprandial Glucose Metabolism (Exogenous and Endogenous) Using Intrinsically С-Enriched Durum Wheat» British Journal of Nutrition 86, no. 1 (2001): 3—11.]. Есть даже исследования, в которых показано, что в отсутствии жира организм легко справляется с углеводами путем непродолжительного повышения инсулина, но после употребления углеводов с жирами, например картофеля со сливочным маслом, инсулин может держаться на высоком уровне до нескольких часов, поэтому, по всей видимости, нецелесообразно употреблять жир с блюдом, богатым углеводами. Вообще довольно сложно определить, что наносит организму больше вреда – сам сахар или сочетания сахара с жиром.
Теперь несколько слов по поводу еще одной широко известной рекомендации: «Можно есть все, но умеренно». Специалисты Техасского университета решили проверить этот тезис и выяснили, что есть все в умеренном количестве не является стратегией здорового питания. Они показали, что употребление даже изредка не полезных для организма продуктов все равно наносит ему вред, провоцируя возникновение каких-либо деструктивных процессов.
Итак, несмотря на то, что каждый организм по-разному усваивает углеводы и контролирует инсулин, уже собрано достаточно данных, показывающих, что длительно сохраняющийся повышенный уровень инсулина в крови нарушает когнитивное здоровье. Ко всему прочему он еще блокирует возможность использования в качестве дополнительного источника энергии для головного мозга жир, после его переработки в специальные вещества – кетоны.
3. Воспаление
Основную роль в производительности митохондрий играет воспаление. Мы уже упоминали о деструктивной роли хронического воспаления. Здесь остановимся на этой проблеме несколько подробнее в свете его влияния на мыслительную деятельность. Важно понимать, что хроническое воспаление затрагивает не отдельные участки, а охватывает все тело на длительный срок. Причем воспаление по-разному проявляется в разных частях тела, именно поэтому сложно поверить, что такие воспалительные проявления, как шелушения кожи и забывчивость, могут вызываться одними и теми же причинами. Одним из первых или даже первым от хронического воспаления страдает мозг, который чувствителен к воспалению, в какой бы части организма оно ни происходило. Как только возникает какой-либо источник воспаления, неважно где – в кишечнике, в сердце или в мизинце правой руки, – сразу начинают производиться цитокины, оказывающие негативное влияние на мозг. Воспаление убивает нейроны клеток, приводя к потере памяти и другим когнитивным проблемам. Наиболее чувствительна к воспалению префронтальная кора мозга, и именно поэтому старение, при котором в мозге значительно больше воспалительных агентов, чем в молодом организме, связывают с ухудшением функций мышления и забывчивостью. Установлена корреляция между «непатологическим» воспалением в стареющем мозге и ослаблением мыслительных способностей[55 - Robin C. Hilsabeck et al., «Cognitive Efficiency Is Associated with Endogenous Cytokine Levels in Patients with Chronic Hepatitis C,» Journal of Neuroimmunology 221, no. 1—2 (April 2010): 53—61, DOI: 10.1016/j. jneuroim.2010.01.017; Tessa N. van den Kommer et al., «The Role of Lipoproteins and Inflammation in Cognitive Decline: Do They Interact?,» Neurobiology of Aging 33, no. 1 (January 2012): 196.e1—196.e12, DOI: 10.1016/j. neurobiolaging.2010.05.024.; Shino Magaki et al., «Increased Production of 5 Inflammatory Cytokines in Mild Cognitive Impairment,» Experimental Gerontology 42, no. 3 (March 2007): 233—240, DOI: 10.1016/j. exger.2006.09.015.; M. G. Dik et al., «Serum Inflammatory Proteins and Cognitive Decline in Older Persons,» Neurology 64, no. 8 (April 26, 2005): 1371—1377, DOI: 10.1212/01.WNL.0000158281.08946.68.]. В стареющем мозге выявляют значительно больше воспалительных агентов, чем в молодом. Для него характерна повышенная реакция на стресс и инфекции и он в большей степени подвержен воспалению[56 - Ryan N. Dilger and Rodney W. Johnson, «Aging, Microglial Cell Priming, and the Discordant Central Inflammatory Response to Signals from the Peripheral Immune System,» Journal of Leukocyte Biology 84, no. 4 (October 2008): 932—939, DOI: 10.1189/jlb.0208108; H. A. Rosczyk, N. L. Sparkman, and R. W. Johnson, «Neuroinflammation and Cognitive Function in Aged Mice Following Minor Surgery,» Experimental Gerontology 43, no. 9 (September 2008): 840—846, DOI: 10.1016/j. exger.2008.06.004; Godbout et al., «Exaggerated Neuroinflammation and Sickness Behavior in Aged Mice Following Activation of the Peripheral Innate Immune System,» 1329—1331; Aine Kelly et al., «Activation of p38 Plays a Pivotal Role in the Inhibitory Effect of Lipopolysaccharide and Interleukin-1 Beta on Long-Term Potentiation in Rat Dentate Gyrus,» Journal of Biological Chemistry 278, no. 21 (May 23, 2003): 19453—19462, DOI: 10.1074/jbc. M301938200.]. Правда, другое исследование показало, что в любом возрасте воспаление нарушает производительность мозга[57 - Arthur A. Simen et al., «Cognitive Dysfunction with Aging and the Role of Inflammation,»» Therapeutic Advances in Chronic Disease 2, no. 3 (May 2011): 175—95, DOI: 10.1177/2040622311399145.], т. е. любое воспаление сразу приводило к угнетению мыслительной деятельности. Степень воспаления в теле определяет способность мозга запоминать, учиться, думать, вспоминать, соображать, но хуже всего, что это, как правило, не осознается. Если удается справиться с воспалением, то возникает более четкое мышление, становится легче сосредотачиваться и концентрироваться, легче и быстрее вспоминать необходимую информацию.
Связь воспаления с заболеваниями мозга осознать непросто, и об этой связи мало известно широкой публике. Невыявленное воспаление мешает остроте восприятия информации, концентрации внимания еще до того момента, когда начинает ощущаться боль или дискомфорт. Одна из причин, по которой сложно предположить, что воспаление участвует во многих мозговых нарушениях, заключается в том, что в отличие от других органов тела в мозге отсутствуют болевые рецепторы, и воспаление не ощущается. От степени воспаления мозга зависит каждодневное самочувствие. Воспаленный мозг может стать причиной нерациональной злости, излишней пристрастией к еде, отвлекать от любой деятельности, привести к снижению памяти. Воспаление может нарушить процесс выработки энергии в клетках, так как при воспалении иммунная система продуцирует воспалительные белки-цитокины, вызывающие окислительный стресс в клетках и в митохондриях, которые будут неспособны выработать энергию в требуемом объеме.
В основе многих нейродегенеративных заболеваний, ассоциированных со старением, лежит воспаление. При болезни Альцгеймера воспаление стимулирует гибель нейронов, что приводит к потере памяти и другим проблемам, связанным с восприятием[58 - Pritam Das, «Overview – Alzheimer’s Disease and Inflammation Lab: Pritam Das – Mayo Clinic Research,» Mayo Clinic, accessed October 20, 2016, http:// www.mayo.edu/research/labs/alzheimers-disease-infl ammation/overview.]. Наиболее чувствительна к воспалению префронтальная кора, что связывают с снижением функций мышления и забывчивостью. К сожалению, этими симптомами часто пренебрегают, считая их побочными эффектами старения, хотя на самом деле необходимо просто нейтрализовать воспаление. Вообще, воспаление снижает продуктивность мозга в любом возрасте, особенно способность концентрироваться, запоминать и учиться[59 - Arthur A. Simen et al., «Cognitive Dysfunction with Aging and the Role of Inflammation,»» Therapeutic Advances in Chronic Disease 2, no. 3 (May 2011): 175—95, DOI: 10.1177/2040622311399145.]. Когда мышам вкалывали вещества, провоцирующие воспаление, это вызывало у них ярко выраженное нарушение когнитивных функций, особенно в части обучения и памяти, причем, что интересно, не отмечалось разницы, вводились ли эти вещества непосредственно в мозг или в другую часть тела – любое воспаление сразу вызывало угнетение мыслительной деятельности[60 - Arthur A. Simen et al., «Cognitive Dysfunction with Aging and the Role of Inflammation,»» Therapeutic Advances in Chronic Disease 2, no. 3 (May 2011): 175—95, DOI: 10.1177/2040622311399145.]. Вообще, при невозможности сосредоточиться, вспомнить что-либо важное, недостаточной сообразительности, по всей видимости, виновато именно воспаление.
Что может вызывать воспаление? Воспаление вызывает абсолютно все, что раздражает тело, в том числе психологический и физический стресс. Воспаление может быть обусловлено недостаточностью сна, воздействием токсинов из окружающей среды, употреблением продуктов питания, раздражающих пищеварительную систему. Тело, чтобы защитить себя, воспаляется и начинает запускать множество воспалительных белков – цитокинов – в кровь, которые, достигая мозга, вызывают воспаление и в нем. От степени воспаления мозга зависит и память, и способность концентрировать внимание, и даже общее самочувствие.
Достаточно часто воспаление вызывают некоторые виды пищи, например обжаренное в масле или на углях мясо. Обжаренное что-либо на углях или в масле часто содержит химические вещества, вызывающие воспаление и повреждающее митохондрии. Известно, что одни люди более чувствительны к определенной пище, чем другие, и для них она будет более вредна и вызывать большую воспалительную реакцию, что обусловлено особенностью их митохондриального и ядерного ДНК. Не только ДНК, но и микробы в пищеварительной системе определяют чувствительность организма к конкретным продуктам. Установлено, что в кишечнике людей, у которых установлено хроническое воспаление, в избытке находятся бактерии из семейства Firmicutes. Если этих бактерий слишком много и они значительно превышают бактерии другого класса – Bacteroides, то с большой вероятностью возникнет сильное воспаление. Вообще, чем меньше разновидность пищеварительных бактерий и чем больше паразитов в организме, тем более высокий риск возникновения болезни Альцгеймера. Почему это происходит? Дело в том, что ранее считалось, что мозг абсолютно защищен гематоэнцефалическим барьером, не позволяющим попадать в него частицам из кровяного русла. Но недавно выяснилось, что именно бактерии способствуют сохранению целостности этого барьера, производя короткоцепочечную жирную кислоту бутират, осуществляющую поддерживающую непроницаемость барьера роль[61 - Roberto Berni Canani et al., «Potential Benefiсial Effects of Butyrate in Intestinal and Extraintestinal Diseases,» World Journal of Gastroenterology 17, no. 12 (March 28, 2011): 1519—1528, DOI: 10.3748/wjg. v17.i12.1519.]. Стимулировать пищеварительные бактерии вырабатывать больше бутирата можно, употребляя, например, масло из молока коров травяного откорма или употребляя больше продуктов, содержащих клетчатку. Но если бутират не производится в требуемом объеме, то в мозг могут попасть частицы, которых там быть не должно, что вызовет воспалительную реакцию, так как иммунная система начинает атаковать эти частицы. Специалисты Медицинской школы при Вирджинском университете недавно опубликовали сенсационное открытие: существуют особые лимфатические узлы, о которых раньше не было известно, посредством которых иммунная система и мозг связаны напрямую[62 - Antoine Louveau et al., «Structural and Functional Features of Central Nervous System Lymphatic Vessels,» Nature 523, no. 7560 (July 16, 2015): 337—341, DOI: 10.1038/nature14432.]. Эти узлы были не замечены ранее, так как они расположены вблизи крупного кровяного сосуда в пазухах носа, т. е. в той области, которую трудно увидеть на обычных медицинских снимках.
Результаты любопытного эксперимента, направленного на выявление популяции пищеварительных бактерий, влияющих на интенсивность воспаления, приведены в работе[63 - Matam Vijay-Kumar et al., «Metabolic Syndrome and Altered Gut Microbiota in Mice Lacking Toll-Like Receptor 5,» Science 328, no. 5975 (April 9, 2010): 228—231, DOI: 10.1126/science.1179721.]. Бактерии мышей с хроническим воспалением и ожирением пересадили в пищеварительную систему худых мышей, которые стали потреблять на 10% больше пищи и приобрели инсулинорезистентность. Когда же пересадили пищеварительные бактерии худых мышей, мышам с ожирением, те стали стройнее. Пока не удалось выяснить, определенные бактерии вызывают ожирение или ожирение провоцирует выработку этих бактерий, зато удалось определить определенный тип пищеварительных бактерий, которые провоцируют инсулинорезистентность и воспаление[64 - Jean-Pascal De Bandt, Anne-Judith Waligora-Dupriet, and Marie-Josе Butel, «Intestinal Microbiota in Inflammation and Insulin Resistance: Relevance to Humans,» Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care 14, no. 4 (July 2011): 334—340, DOI: 10.1097/MCO.0b013e328347924a.].
Сегодня уже доказана связь между употребляемой едой и продуктивностью головного мозга. После употребления чего-либо, провоцирующего воспалительную реакцию, особенно при повышенной реакции организма к этой пище, эффективность митохондрий снижается и это негативно отражается на когнитивных функциях. Когда воспалительный процесс заканчивается, митохондрии восстанавливаются и когнитивные возможности возрастают.
Воспалительный процесс могут вызывать различные гормональные нарушения, причем некоторые гормоны могут как провоцировать воспалительный процесс, так и оказывать противовоспалительное действие, например эстроген. Тестостерон является противовоспалительным гормоном, а прогестерон, содержащийся в мозге и у мужчин и у женщин, не только оказывает регулирующее воспалительный процесс действие, но и необходим для нормального развития нейронов, помогая в том числе предотвращать потерю нейронов. Его часто используют для лечения черепно-мозговых травм. В случаях сотрясения мозга недельный прием прогестерона оказывал заметное улучшение в когнитивных функциях. Существует еще один крайне важный и малоизвестный гормон, оказывающий мощный противовоспалительный эффект. Это вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), который производится в гипофизе, гипоталамусе, поджелудочной железе и в пищеварительной системе.
ВИП не только защищает от воспаления, но и улучшает функции мозга и сон. Он влияет на процесс обучения, регулирует память, иммунитет и реакцию на стресс[65 - Anthony J. Harmar et al., «Pharmacology and Functions of Receptors for Vasoactive Intestinal Peptide and Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide: IUPHAR Review 1,» British Journal of Pharmacology 166, no.1 (May 2012): 4—17, DOI: 10.1111/j.1476—5381.2012.01871.x]. Получается, что ВИП критически важен для эффективной работы мозга. Отмечено, что в период стресса, как физического, так и психологического, в организме образуется меньшее количество ВИП, чем обычно, что приводит к усилению воспалительного процесса. ВИП снижается не только при воздействии стресса, но и например при воздействии токсичной плесени, нередко встречающейся в употребляемой пище. В экспериментах на мышах было показано, что если они подвергались воздействию плесени, у них уменьшался уровень ВИП[66 - Amali E. Samarasinghe, Scott A. Hoselton, and Jane M. Schuh, «SpatioTemporal Localization of Vasoactive Intestinal Peptide and Neutral Endopeptidase in Allergic Murine Lungs,» Regulatory Peptides 164, no. 2—3 (September 24, 2010): 151—157, DOI: 10.1016/j.regpep.2010.05.017.]. Когда уровень ВИПа снижается, увеличивается как содержание сахара, так и инсулина в крови, что запускает воспаление и снижает выработку ВИП, как раз необходимого для защиты от воспаления.
Еще одно вещество, хоть формально и не являющееся гормоном, оказывает существенное влияние на процесс воспаления, в том числе в мозге, а также регулирует процессы роста клеток, их сохранения и гибели (аутофагии). Это так называемая мишень рапамицина или mTOR. При повышении уровня mTOR повышается интенсивность воспалительного процесса и вероятность возникновения онкопатологии и нейродегенеративных заболеваний. Однако если уровень mTOR понижен, могут возникнуть проблемы с выработкой требуемой энергии митохондриями. Нельзя также не учитывать, что mTOR способствует улучшению памяти. Следовательно, необходимо поддерживать здоровый баланс уровня данного белка. При ограничении потребления калорий или при использовании диеты, имитирующей голодание, происходит подавление mTOR, что, в свою очередь, приводит к увеличению числа клеток, способствующих нейтрализации воспаления[67 - Graham DJ, Campen D, Hui R, et al. Risk of acute myocardial infarction and sudden cardiac death in patients treated with cyclo-oxygenase 2 selective and non-selective non-steroidal antiinflammatory drugs: nested case-control study. Lancet. 2005;365 (9458):475—81.].
В настоящее время уже выявлена четкая связь между воспалением и дисфункцией митохондрий[68 - Sarah Myhill, Norman E. Booth, and John McLaren-Howard, «Targeting Mitochondrial Dysfunction in the Treatment of Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS) – a Clinical Audit,» International Journal of Clinical and Experimental Medicine 6, no. 1 (2013): 1—15.]. Недостаточная митохондриальная функция приводит к выработке молекул, стимулирующих воспаление, а они еще в большей степени ослабляют митохондриальную функцию. Вообще, большинство дегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, связаны с ослаблением митохондриальной функции. Снижение выработки энергии митохондриями закладывает основу развития хронических заболеваний и уменьшения производительности мозга.
Возникновение воспаления могут провоцировать так называемые эйкозаноиды. Они могут вызывать иммунный ответ после употребления продукта, который организм воспринимает как токсическое вещество. Эйкозаноиды производятся из незаменимых жирных кислот омега-3 и омега-6. Эйкозаноиды, выработанные из омега-3 – противовоспалительные, а выработанные из омега-6 – воспалительные. Важно, чтобы производилось оба типа эйкозаноидов, так как в организме должна оставаться возможность воспаляться при наличии травмы, поэтому какое-то количество омега-6 и воспалительных эйкозаноидов должно присутствовать. Однако за последние годы употребление жирных кислот омега-6 значительно увеличилось, и с учетом того, что именно они являются строительным материалом для воспалительных эйкозаноидов, не вызывает удивления, что наблюдается стабильный рост когнитивных нарушений, обусловленных воспалением. Кстати, не только повысилось употребление жирных кислот омега-6, но и одновременно увеличилось потребление сахара, это повышает производство инсулина, инициирующего выработку воспалительных цитокинов.
Дисфункция митохондрий и воспаление непосредственно связаны друг с другом. Сниженная митохондриальная функция приводит к тому, что организм синтезирует молекулы, провоцирующие воспаление, а они еще больше ослабляют митохондриальную функцию. Понятно, что любое уменьшение выработки энергии митохондриями сейчас закладывает основу уменьшения продуктивности мозга и развития хронических заболеваний в будущем. Значит, все, что предупреждает и ослабляет течение хронических заболеваний, будет способствовать повышению производительности мозга.
4. Снижение выработки энергии
Энергию вырабатывают определенные объекты – митохондрии, находящиеся внутри клеток. Как правило, в клетке находится от одной до двух тысяч митохондрий. В клетках мозга, сетчатки и сердца содержится около десяти тысяч митохондрий, так как этим органам требуется больше всего энергии. Митохондрии живут около десяти дней, а потом происходит их утилизация, которая называется митоптоз. В результате экспериментов выяснено, что только 1% клеток имеет неработающие митохондрии, и этот процент сохраняется даже у довольно пожилых людей. Правда с возрастом количество митохондрий в клетках снижается, и они стареют. Стареющие митохондрии транслируют сигналы о своем состоянии в ядро клетки, что приводит к эпигенетическим изменениям. Старение и связанное с ним снижение выработки энергии митохондриями приводят к старению клеток, тканей и органов. Когда митохондрии работают эффективно, вырабатывая достаточное количество энергии, умственные способности и ясность мышления возрастают, память улучшается, способность к длительной концентрации увеличивается. Хотя принято считать, что мы получаем гены от отца и от матери в равном количестве, на самом деле от матери мы их получаем больше, так как митохондрии передаются исключительно от матери, а они также имеют свою ДНК, в которой закодирован определенный генетический материал. Так что генетически мы ближе матерям. Остается только удивляться, откуда это было известно древним евреям еще до открытия и митохондрий и ДНК, когда они стали определять национальность ребенка по национальности матери. Для справки: митохондрии были обнаружены примерно 100 лет назад.
Каковы основные причины снижения уровня энергии? Их несколько, но основной является плохая регуляция сахара в крови, в том числе плохая усвояемость сахара организмом. Другая причина – неэффективная работа митохондрий. Когда митохондрии не производят требуемого количества энергии, возникает ощущение усталости, теряется ясность мысли, снижаются когнитивные возможности. О том, почему митохондрии не вырабатывают достаточного количества энергии и как сделать работу митохондрий более эффективной, будет сказано далее. И наконец, третьей основной причиной низкого уровня энергии является все то, что отнимает у мозга много энергии, перенаправляя ее в другие части тела, приводя к ощущению чувства усталости, или, другими словами, любые токсичные для мозга вещества.
Вернемся к работе митохондрий. Их основная функция – получение энергии из пищи, объединенной с кислородом, и производство аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Поскольку практически все клетки нашего организма не могут выжить без АТФ, следовательно выработка энергии внутри митохондрий является наиболее критически важной функцией организма, а если еще учесть, что эффективность умственной деятельности, являющаяся предметом исследования данной работы, зависит главным образом от достаточного количества энергии, вырабатываемой митохондриями, то следует несколько подробнее рассмотреть процесс производства энергии.
Когда энергетическая молекула АТФ разрушается внутри митохондрии, возникают два побочных продукта: аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). АТФ содержит три фосфатные связи, но как только две из них разрываются и возникают АДФ и Ф, происходит высвобождение энергии, которая и питает все органы и ткани организма. Но это еще не все. После завершения этого процесса происходит снова присоединение молекулы фосфата (Ф) к АДФ, воссоздавая АТФ, которая, вновь разлагаясь на АДФ и Ф, производит энергию. Это значительно более продуктивный способ производства энергии, чем создание каждой молекулы АТФ с нуля. Остается только восхищаться столь изящным способом производства энергии митохондриями, которые по существу являются своеобразными молекулярными двигателями, многократно использующими одни и те же молекулы для получения энергии.
В каждой клетке организма образуется примерно миллиард молекул АТФ и любая из них перерабатывается около трех раз в минуту. Цикл митохондриального АТФ способен производить примерно шестьсот молекул АТФ в секунду при максимальной нагрузке. Как уже приводилось ранее, клетки мозга, сердца и сетчатки глаз имеют на порядок больше митохондрий, чем остальные клетки, за исключением клеток яичников. Это обусловлено тем, что они первыми подвергаются риску при нехватке энергии. А когда энергии у нейронов мозга недостаточно, возникают когнитивные расстройства и страдает весь комплекс умственной деятельности. Причем следует обратить внимание, что поскольку мозг содержит значительно большее количество митохондрий, им требуется и большее количество кислорода для производства энергии из АТФ. Следовательно, если митохондрии в сердце не производят достаточной энергии для перекачивания крови, а именно с ней поступает кислород к органам тела, то мозг первым начнет страдать от недостатка энергии, вырабатываемой митохондриями сердечных клеток. Это лишний раз подтверждает взаимозависимость процессов, происходящих в организме.
Описывая причины снижения выработки энергии митохондриями, мы пропустили одну самую очевидную – старение. Известно, что в семьдесят лет у человека в среднем вырабатывается примерно вдвое меньше клеточной энергии по сравнению с тридцатипятилетним. В настоящее время это принято считать неизбежным. Это в среднем, а скорость снижения производства энергии каждого конкретного человека зависит от его генетики, образа жизни и тех мер, которые он будет принимать в дальнейшем. Вообще говоря, теоретически возможно сохранить эффективность митохондрий и в старости, для чего необходимо избежать ранней митохондриальной дисфункции (РМД), открытой немецким профессором Фрэнком Шелленбергом, который определил ее как ухудшение функции митохондрий у людей моложе 40 лет, причем по его оценкам примерно 46% людей имеют РМД.
Сложность заключается в том, что РМД протекает бессимптомно и ее, как правило, не замечают, ведь человек не болеет, хотя и испытывает периодически упадок сил и перепад настроения. Но в дальнейшем ранняя митохондриальная дисфункция становится причиной снижения общего количества клеток из-за их ранней ускоренной гибели, уменьшения гидратации клеток, увеличения числа свободных радикалов, ухудшения способности тела выводить токсины и митохондриального спада, приводящего к снижению умственных возможностей. Следует отметить, что митохондриальный спад необратим, а вот РМД, что очень важно, – обратима, и надо постараться использовать это обстоятельство, ибо в противном случае, при пренебрежительном отношении к РМД, в пожилом возрасте вряд ли удастся полностью сохранить когнитивные функции, так как РМД представляет собой очень серьезную, и в сравнительно молодом возрасте недооцененную опасность. Именно поэтому чем раньше начать заботиться о здоровье митохондрий, тем с большей вероятностью можно будет наслаждаться полноценной жизнью в более позднем возрасте, так как жизнь в буквальном смысле зависит от здоровья митохондрий.
Поскольку выработка энергии митохондриями критически важна для организма, в том числе для мозга, кратко остановимся на этом процессе. Процесс, который происходит в клетках для выработки энергии, называется циклом Кребса. Это крайне сложный, многоэтапный процесс, и для целей данной работы будет достаточно описать его очень упрощенно.
Организм трансформирует полученный с пищей сахар в глюкозу или превращает жир в кетоновые тела, которые называются бета-гидроксимасляной кислотой (БОМК). Оба этих вещества могут обеспечить сырье для создания энергии в виде углерода и электронов. Эти исходные материалы формируют молекулу ацетил-КОА, и с этого момента начинается цикл Кребса. Правда перед этим жиры (глицерин), белки и углеводы в цитоплазме клетки превращаются в пируват (пировиноградную кислоту), которая из цитоплазмы поступает в митохондрию, где и превращается в ацетилкоэнзим А. Далее митохондрии окисляют ацетилкофермент А, в результате чего образуются углекислый газ и электроны. Затем электроны заряжают молекулу NAD (никотинамидадениндинуклеотид) превращая ее в восстановленный NADH. Молекулы NADH передают электроны электронно-транспортной сети, в которой молекулы перемещают электроны и протоны (положительно заряженные частицы) через внутреннюю мембрану митохондрии (по разные ее стороны), создавая энергетический потенциал для синтеза АТФ. Электроны и протоны работают совместно, но если по какой-либо причине протон исчезает, организм начинает использовать кислород для связывания одиноких электронов. Чем больше утечка протонов, тем больше кислорода использует организм на связывание одиноких электронов и тем менее эффективен синтез АТФ в митохондриях. Если митохондрии не обеспечены достаточным количеством кислорода, они не могут перезарядить NAD, превратив его в восстановленный NADH, и в итоге образуется избыток молекул NAD и дефицит NADH, в результате чего значительно снижается скорость транспортировки электронов, уменьшается количество вырабатываемого АТФ, энергии образуется меньше и мозг страдает первым.
В процессе цикла Кребса образуется не только NADH, но и FADH2 (флавинадениндинуклеотид плюс молекула водорода), и эти два вещества играют очень важную роль в клеточном дыхании, перенося электроны в дыхательную цепь клетки. В результате цикла Кребса образуется АТФ, имеющий две связи, разрыв которых, как приведено ранее, происходит с выделением большого количества энергии, а также происходит выделение воды и углекислого газа.
Особенностью цикла Кребса является то, что он совмещает в себе процессы катаболизма и анаболизма, т. е. он и разрушает, и создает. Так, некоторые продукты цикла Кребса способны частично участвовать в создании новых веществ, например в производстве глюкозы из веществ, не являющихся углеводами. Итак:
– цикл Кребса реализуется в митохондриях клеток;
– реакции цикла Кребса осуществляются каскадно, одна за другой, и каждая предыдущая инициирует последующую;
– продукты реакций цикла Кребса частично участвуют в синтезе новых сложных веществ;
– в результате цикла Кребса образуются энергетические молекулы АТФ, коферменты NADH и FADH2, переносящие электроны для клеточного дыхания, а также вода и углекислый газ.
Условная схема цикла Кребса приведена на рисунке[69 - hhttps://medicine-boy.ru/cikl_krebsa/]:
Еще одной причиной недостаточно эффективной работы митохондрий является то, что они иногда могут использовать АТФ быстрее, чем те успевают восстановиться из АДФ. Когда это происходит, возникает избыток АДФ, который создает узкое место в выработке энергии. В этом случае клетка теряет энергию, и ей необходимо время, чтобы восстановить запасы АТФ из АДФ.
Следующая причина ослабления митохондриальной функции заключается в производстве митохондриями избыточного количества свободных радикалов, которые, попадая внутрь клетки, создают основу многих дегенеративных болезней. Отметим, что эффективно функционирующие митохондрии продуцируют значительно меньшее количество свободных радикалов и к тому же синтезируют антиоксидантные ферменты, нейтрализующие свободные радикалы до того как те успевают нанести вред. Правда эти ферменты также вырабатываются с использованием АТФ. Но когда митохондриальная функция снижена, этих ферментов производится недостаточно для противодействия свободным радикалам, и те наносят вред, что в конечном счете еще больше снижает производство энергии.
Существует еще одна важная причина снижения митохондриальной функции – нарушение метилирования. О процессе метилирования достаточно подробно описано в работе[70 - Мовсесян А. Г. Профилактика возрастзависимых заболеваний. – М.: Центрполиграф, 2018, 479 с.], и мы не будем на нем останавливаться. Отметим только, что если процесс метилирования нарушен, то снижается и производство энергии. Здесь налицо порочный круг: для метилирования необходим АТФ, а для создания АТФ требуется метилирование. При метилировании организм производит аминокислоту карнитин, требуемую для переработки жирных кислот, которые могут быть использованы в качестве источника энергии. Когда процесс метилирования нарушен, снижается возможность производства энергии из жиров, и организм начинает накапливать жир, что приводит к увеличению веса.
5. Дефицит сна
Известно, что мозг потребляет 20% всей глюкозы, находящейся в организме, а во сне это потребление усиливается. Во сне увеличивается уровень лептина – гормона, вызывающего снижение аппетита. Сон улучшает память и усвоение нового материала. Недостаток сна приводит к снижению продуктивности мозга и неблагоприятно влияет на настроение. Технические достижения последних лет в области сканирования мозга выявили, что многие области мозга во сне так же активны, как и в периоды бодрствования, а некоторые даже более активны.
Например повышенная активность в фазе быстрого сна, занимающего около четверти времени, проводимого в этом состоянии, характерна для миндалевидного тела, отвечающего за сильные эмоции, такие как страх. Во сне мозг продолжает обработку зрительных образов, хотя понятно, что их источником глаза быть не могут. Интересное заявление сделал недавно Дж. Аллан Хобсон из Гарвардской медицинской школы, осуществлявший исследования мозга с применением технологии ПЭТ: «Результаты, полученные с помощью ПЭТ, согласуются с идеей Фрейда о том, что сны имеют значение». Проведенное в Гарвардской медицинской школе исследование показало, что сон способствует нам в оценке новой информации и обработке нашего опыта посредством процесса, называемого консолидацией памяти. С использованием технологии сканирования мозга можно наблюдать, как процесс создания воспоминаний и представлений из информации, полученной в течение дня, сопровождается созданием новых связей в мозге. В настоящее время почти не вызывает сомнений, и в научном мире уже имеется консенсус, что сон – не хаотичный процесс возбуждения нейронов и что он жизненно необходим для умственного и физического здоровья.
6. Сосудистые нарушения
Хотя патологические процессы, лежащие в основе болезни Альцгеймера и инсульта, различны, и те, и другие приводят к снижению когнитивных возможностей. Если кровь не поступает в какую-то область мозга, она не получает кислорода и отмирает, что и обуславливает 90% всех инсультов, которые называются ишемическими. Другой тип инсульта – геморрагический – составляет небольшой процент инсультов и вызывается кровоизлиянием в мозг из разорвавшегося сосуда. Зона повреждения зависит от области мозга, в которой произошло кровоизлияние и длительности отсутствия в ней кислорода. Нередко закупорка артерии бывает лишь мгновение и ее можно даже не заметить, но она все равно уничтожает небольшую часть мозга. Когда эти так называемые асимптомные инсульты множатся, они постепенно снижают когнитивные функции и рано или поздно приводят к деменции.
Когда проснувшись после глубокого сна мы чувствуем себя хорошо и бодро, многие считают, что это обусловлено полноценным отдыхом и тела, и разума. На самом деле, это не совсем так. Возможно, тело и отдыхает, но мозг занят – он, кроме всего прочего, осуществляет тотальную уборку внутри себя, и в этом ему помогает глимфатическая система. Как уже говорилось ранее, глимфатическая система особенно активна ночью, это объясняется тем, что ей требуется много энергии для прокачки жидкости через мозг[71 - Jane V. Higdon and Balz Frei, «Coffee and Health: A Review of Recent Human Research,» Critical Reviews in Food Science and Nutrition 46, no. 2 (2006): 101—123, DOI: 10.1080/10408390500400009.]. Если бы глимфатическая система работала днем, у организма не хватило бы энергии на осуществление ежедневных действий. Именно вследствие этого мозг ночью потребляет огромное количество энергии, даже при отсутствии умственной деятельности и принятии решений. Если митохондрии будут функционировать эффективно, энергии будет вырабатываться больше, то и очистка будет осуществляться быстрее. А чем качественнее сон, тем лучше функционируют митохондрии и больше вырабатывается энергии. Почему так важен качественный, полноценный сон? Существует несколько причин:
– во время сна производится гормон роста, стимулирующий рост как клеток, так и митохондрий[72 - Vaddanahally T. Maddaiah et al., ``Effect of Growth Hormone on Mitochondrial Protein Synthesis,» Journal of Biological Chemistry 248, no. 12 (June 25, 1973): 4263—4268.];
– сон усиливает связь между клетками и улучшает память;
– сон стимулирует рост дендритов, которые формируют новые связи, способствующие закреплению новых навыков;
– полноценный сон способствует поддержанию стабильного уровня сахара в крови и т. д.
Достаточно хорошо известно, что полноценный сон усиливает возможности мозговой деятельности, укрепляет память, увеличивает силу воли и т. д. Сравнительно недавно было выявлено, что недосыпание негативно влияет на процесс выработки энергии митохондриями[73 - J. Zhang et al., «Extended Wakefulness: Compromised Metabolics in and Degeneration of Locus Coeruleus Neurons» Journal of Neuroscience 34, no. 12 (2014): 4418—31.], а это значит, что вы еще хуже спите. В работе[74 - C. Benedict et al., «Acute Sleep Deprivation Increases Serum Levels of Neuron-Specific Enolase (NSE) and S100 Calcium Binding Protein В (S100B) in Healthy Young Men» Sleep 37, no. 1 (2014): 195—98.] даже показано, что одна-единственная ночь недосыпа вызывает у здоровых добровольцев повышение на 20% двух маркеров повреждения нейронов. Учитывая, что почти половина людей в возрасте 25—55 лет в будние дни спит меньше семи часов, это довольно тревожный симптом, так как у них повреждаются очень важные клетки мозга.
В самой передней части мозга, сразу за лбом, расположена префронтальная кора, которая отвечает за принятие решений, самоощущения, выражение эмоций. Когда сна недостаточно, регулирование эмоций осуществляется хуже. В чем причина? Дело в том, что префронтальная кора способствует помещению эмоций в определенный контекст для того, чтобы можно было адекватно на них отреагировать, но при недостатке сна она становится менее функциональной, и ее функции по обработке эмоций принимает на себя довольно примитивное миндалевидное тело, которое иногда называют «центр страха» в мозге. Таким образом при недостатке сна мозг возвращается к более примитивным схемам активности, что выражается в неспособности помещения эмоций в нужный контекст и продуцировании на них контролируемой, адекватной реакции.
После открытия в 2012 году Джеффи Илиффом глимфатической системы, которая пропускает через мозг спинномозговую жидкость во время сна, что позволяет вымывать амилоидные белки, возникло понимание важности глубокого, медленного сна, во время которого глимфатическая система особенно активна. Поскольку у глимфатической системы нет своей сети каналов и узлов, как у лимфатической системы, она использует дренажную систему артерий, обеспечивающих мозг кровью. Во время сна глимфатическая система забирает управление мозгом и инициирует расширение сосудов примерно на 60%, и одновременно происходит уменьшение нейронов, что позволяет уступить место очищающей жидкости. За счет пульсации артерии перегоняют жидкость по системе. Отмечено, что плохой сон ассоциируется с большим количеством амилоидных бляшек в головном мозге[75 - A. P. Spira et al., «Self-Reported Sleep and (J-amyloid Deposition in CommunityDwelling Older Adults» JAMA Neurology 70, no. 12 (2013): 1537—43.], а как указывалось выше, большое содержание в мозге амилоидных бляшек приводит к снижению когнитивных функций и ассоциировано с болезнью Альцгеймера. Как улучшить функционирование глимфатической системы? Желательно снизить уровень инсулина, особенно перед сном. Поэтому лучше отказаться от употребления во время ужина высокоуглеводной пищи, тем более, что в работе[76 - A. Afaghi, H. O’Connor, and С. M. Chow, «Acute Effects of the Very Low Carbohydrate Diet on Sleep Indices» Nutritional Neuroscience 11, no. 4 (2008): 146—54.] показано, что через два дня употребления высокоуглеводной пищи уменьшается время глубокого сна, во время которого особенно активна глимфатическая система. В то же время употребление значительного количества клетчатки наоборот способствует более глубокому сну[77 - Marie-Pierre St-Onge et al., «Fiber and Saturated Fat Are Associated with Sleep Arousals and Slow Wave Sleep» Journal of Clinical Sleep Medicine 12, no. 1 (2016): 19—24.]. Жирные кислоты омега-3 также могут способствовать лучшей работе глимфатической системы[78 - Huixia Ren et al., «Omega3 Polyunsaturated Fatty Acids Promote Amyloid- (^Clearance from the Brain through Mediating The Function of the Glymphatic System» FASEB Journal 31, no. 1 (2016).].
Для освобождения мозга от амилоидных бляшек самое важное все-таки качественный сон, который является обязательным условием для эффективного функционировании мозга. К тому же полноценный, регулярный сон является необходимым условием для продуктивной работы глимфатической системы. Сон крайне важен и для регулирования гормонов, в том числе тех, которые непосредственно влияют на мозговую деятельность, например таких, как инсулин или лептин и грелин. Даже одна ночь с дефицитом сна способна временно увеличить инсулинорезистентность у здорового человека[79 - E. Donga et al., «А Single Night of Partial Sleep Deprivation Induces Insulin Resistance in Multiple Metabolic Pathways in Healthy Subjects» Journal of Endocrinology Metabolism 95, no. 6 (2010): 2963—68.] и значительно повысить уровень грелина (у мужчин). Любопытно, что у мужчин недостаток сна приводит к увеличению уровня грелина – гормона, стимулирующего аппетит, а у женщин недостаток сна не влияет на грелин, зато сказывается на уровне глюкагоноподобного пептида-1 -гормона, подавляющего аппетит. Следовательно, гормоны, на которые влияет недосыпание, по разному действуют на оба пола.
Достаточно хорошо известно, что большинство источников стресса негативно действуют на мозг. С многими из них справиться несложно, но психологический стресс конкретно может испортить вам сон. По всей видимости, лучший способ его нейтрализации – медитация. Медитация развивает осознанность и наполняет организм энергией. Некоторые исследователи даже утверждают, что медитация изменяет строение мозга[80 - Eileen Luders et al., «The Unique Brain Anatomy of Meditation Practitioners: Alterations in Cortical Gyrification,» Frontiers in Human Neuroscience 6 (February 29, 2012): 34, DOI: 10.3389/fnhum.2012.00034.]. Постоянная медитация приводит к тому, что внешний слой мозга становится более извилистым, а это, по некоторым данным, коррелирует с интеллектом[81 - «Brain Gyrifi ation and Its Signifi cance,» Stanford VISTALAB Wiki, June 8, 2013, http://scarlet.stanford.edu/teach/index.php/Brain_Gyrifi ation_and_its_ Signifi ance#Relevance_to_Species_Intelligence.]. Чем больше извилин, тем проще обрабатывать информацию, так как нейроны в этом случае охватывают большую поверхность мозга при фиксированном размере черепа, что способствует их более быстрому взаимодействию друг с другом. Правда в пожилом возрасте извилины обычно разглаживаются, но медитация помогает замедлить этот процесс[82 - «Meditation: In Depth,» NCCIH, February 1, 2006, https://nccih.nih.gov/ health/meditation/overview.htm.].
Медитация способствует укреплению коры и островковой доли головного мозга, т. е. тех зон, которые отвечают за сложные мыслительные процессы, концентрацию внимания и решение задач[83 - Sara W. Lazar et al., «Meditation Experience Is Associated with Increased Cortical Thickness,» Neuroreport 16, no. 17 (November 28, 2005): 1893—1897.]. Медитация сильно снижает уровень гормонов стресса кортизола и адреналина, уменьшает степень воспаления, позволяет сохранять концентрацию и эмоциональную стабильность даже в экстренных ситуациях. И, что очень важно, медитация позитивно влияет на митохондрии, что, как правило, приводит к улучшению состояния здоровья. Это улучшение ученые связали с улучшением выработки и использования энергии митохондриями и, в итоге, с увеличением выносливости самих митохондрий, причем эффект выражался заметнее у тех, кто медитировал регулярно, хотя определенный результат был и после единственной сессии. То, что медитация сильно влияет на мозг, уже не вызывает сомнения, хотя до сих пор остается невыясненным вопрос, каким образом в ответ на медитацию митохондрии увеличивают выработку энергии.
Может возникнуть вопрос, что лучше – качественный 6-часовой сон или плохой, прерывистый сон в течение 8 часов. Наука пока не может дать однозначного ответа на этот вопрос. Да, наука пока не разгадала всех тайн сна. Среди доказанных преимуществ качественного, полноценного сна можно выделить способность мозга к креативности и остроте мысли, к скорости обработки информации, к получению новой информации, к организации и хранении воспоминаний[84 - Benedict Carey. «Aging in Brain Found to Hurt Sleep Needed for Memory». New York Times. January 27, 2013. http://www.nytimes.com/2013/01/28/ health/brain-aging-linked-to-sleep-related-memory-decline.html. См. также: B. A. Mander, et al. «Prefrontal Atrophy, Disrupted NREM Slow Waves and Impaired Hippocampaldependent Memory in Aging». Nature Neuroscience 16. №3 (March 2013): 357—364.].
Достаточная продолжительность сна (7—8 часов) влияет на гены. В 2013 году английские специалисты установили, что недостаток сна в течение одной недели изменял работу 711 генов, в том числе тех, которые отвечают за метаболизм, стресс, воспаление и иммунитет[85 - C. S. Moller-Levet, et al. «Effects of Insufficient Sleep on Circadian Rhyth-micity and Expression Amplitude of the Human Blood Transcriptome». Proceedings of the National Academy of Sciences 110. №12. March 19, 2013: El132—1141.]. А все, что негативно влияет на эти функции, оказывает влияние и на мозг. Это влияние может выражаться в ухудшении памяти, затуманенности сознания, растерянности и т. д. К настоящему времени уже собрано достаточно доказательств связи между нарушениями сна и снижением когнитивных способностей. Вообще полноценный сон наряду с физическими упражнениями и питанием является основой хорошего здоровья. По существу полноценный сон является крайне важным, а может быть, и единственным эффективным средством, с помощью которого можно перезагрузить мозг и увеличить продолжительность жизни. Тем не менее, практически не существует доказательных исследований, которые бы указывали, сколько необходимо спать конкретному человеку, поэтому пока стоит руководствоваться среднестатистической цифрой 7—8 часов. Если же существуют проблемы с засыпанием или с непрерывностью сна можно рассмотреть возможность приема натуральных пищевых добавок:
– L-тианин – вещество, входящее в состав чая и способствующее расслаблению.
– Гамма-аминомасляная кислота – нейромедиатор и мягкое натуральное успокаивающее средство.
– Мелатонин – гормон, контролирующий биологические часы человека. Он вырабатывается в организме естественным путем, но с возрастом его производство значительно снижается, что становится одной из причин проблемы засыпания и непрерывности сна.
7. Хронический стресс
Известно, что высокий уровень кортизола вследствие повышенного эмоционального напряжения токсичен для мозга, особенно для гиппокампа. Организм человека приспособлен к преодолению периодического стресса, но постоянный стресс его разрушает. Постоянный стресс повышает количество факторов риска снижения когнитивных функций и болезни Альцгеймера. К этим факторам относятся:
– синдром проницаемости кишечника;
– ожирение;
– повышенный уровень сахара в крови;
– тяга к углеводам;
– воспаление;
– проницаемость гематоэнцефалического барьера;
– высвобождение кальция;
– гиперстимуляция нейронов и т. д.
Хронический стресс блокирует нейрогенез и рост дендритных шипиков, отвечающих за образование новой памяти. По статистике хронический стресс – наиболее частый виновник деменции, поэтому очень важно принять своевременные меры по его недопущению или нейтрализации.
8. EZ-вода
Относительно недавно ученые обнаружили, что вода в клетках человека – не обычная вода (H
O), но нечто гораздо более структурированное и организованное. Это касается одной из самых основных особенностей воды, многие из которых на самом деле не поняты. Хотя традиционная наука говорит, что замораживание должно происходить при нуле градусов по Цельсию, эксперименты демонстрируют, что она может замерзнуть при многих и других температурах, вплоть до минус 50 градусов по Цельсию. Получается, что на самом деле не существует одной точки замерзания воды! Другие эксперименты показали, что утверждения, будто температура кипения воды составляет 100 градусов по Цельсию (или 212 градусов по Фаренгейту) не всегда соответствует действительности. Чем больше аномалий нам известны, тем больше существует оснований полагать, что, возможно, существует нечто фундаментальное в воде, чего мы действительно не знаем.
В лаборатории Университета Вашингтона сделано много экспериментов в течение последнего десятилетия. Эти эксперименты ясно показали существование дополнительного состояния воды. Достор биоинженерии в Вашингтонском университете Д. Поллак обнаружил эту новую фазу воды, в которой та не является жидкостью, газом или льдом. Это состояние формы воды названо зоной элиминации. Причина, почему это четвертое состояние воды называется «зоной элиминации» или зоной отчуждения – EZ, объясняется тем, что даже небольшие молекулы исключались EZ-водой. Удивительно, но EZ-вода появляется в большом изобилии, в том числе внутри большинства наших клеток. Даже наши внеклеточные ткани заполнены такой водой. Вода в клетках дает им отрицательный заряд. Другие врожденные различия между обычной водой и EZ-водой включают ее структуру. Типичная водопроводная вода – H
O. Но эта четвертая фаза – не H
