Экзокетоны: как восполнить дефицит энергии

Чтобы поджарить яичницу, вам нужно включить плиту и расходовать какое-то количество газа или электричества. То есть, для получения результата вы тратите энергию. На бытовом, интуитивном уровне мы все понимаем, что для работы нашего тела она также необходима и мы получаем ее из пищи. При этом закон сохранения энергии неумолим: она не может взяться ниоткуда и не может пропасть бесследно. Давайте попробуем проследить, как это работает с биологическими организмами и, в частности, с вашим собственным.

Шесть основ питанияНаш пищевой рацион должен содержать шесть классов веществ: вода, витамины, микроэлементы, белки, жиры и углеводы. Вода – это универсальный растворитель и, в принципе, основа для построения внутренней среды всех живых организмов, включая и нас с вами. Витамины служат важнейшими катализаторами («стимуляторами») множества химических реакций, протекающих в нашем теле. Микроэлементы определяют кислотно-щелочное и электролитное равновесие, могут применяться для укрепления структуры некоторых тканей, скажем, костной, а также используются для создания крупных молекул, как, например, атом железа в гемоглобине.

Следующие три класса соединений – органические вещества, имеющие, подчас, очень сложную структуру. Их биологические функции крайне разнообразны, но в целом, их можно разделить на две больших категории: пластические, то есть, «строительные» и энергетические. Для белков больше характерная первая функция – они являются основным строительным материалом живых тканей. Углеводы и жиры чаще используются для получения энергии, хотя, конечно, имеют и определенные пластические функции. К примеру, углеводы, соединяясь с белками, превращаются в гликопротеины, а из жиров состоят мембраны клеток и их органелл.

Три составляющих энергоснабженияИтак, мы выяснили, что, подчиняясь закону сохранения энергии, наш организм может получить ее, только перерабатывая пищу, а конкретнее – углеводы и жиры. Как именно это происходит? Биологическими машинами, ответственными за этот процесс, являются митохондрии. В их матриксе (внутренней среде) и на их мембранах углеводы и жиры окисляются в ряде сложных химических реакций, в результате которых энергия запасается в виде молекул аденозинтрифосфата (АТФ). И, раз мы тут использовали термин «окисляются», значит, нам еще понадобится вещество-окислитель. Им служит кислород, который поступает в организм при дыхании. Собственно, именно для снабжения клеток таким окислителем и предназначена вся наша дыхательная система. Конечным пунктом назначения кислорода, который из легких попадает в кровь и разносится с ней по всему организму, являются именно митохондрии.

Таким образом, мы имеем три основных компонента, которые нужны нам для выработки энергии: энергостанции-митохондрии, окислитель-кислород и субстрат: углеводы и жиры, получаемые из пищи. Если вы хотите подробнее узнать про эти главные составляющие энергоснабжения живых организмов, то приглашаем вас прочесть ранее опубликованную на этом портале статью. А здесь давайте подробнее остановимся на третьем пункте этого короткого списка: субстрате.

Два типа топливаПочему наши митохондрии способны использовать для получения энергии сразу два класса веществ – углеводы и жиры? Как-то нерационально получается? Нет, отнюдь. Это весьма успешное эволюционное решение. Углеводы еще называют «быстрым энергетическим топливом». Они перерабатываются очень быстро, так же быстро дают необходимый человеку приток энергии и для работы с ними митохондриям почти не требуются расходники (ну, кроме кислорода, конечно).

Жиры, они же – жирные кислоты, расщепляются намного дольше, и для этого нужно потратить некоторое количество вспомогательных веществ и энергии. Однако большим плюсом такого варианта энергоснабжения является то, что молекул АТФ (а значит, и энергии) из одной условной молекулы жирной кислоты получается почти в 3,5 раз больше, чем из одной условной молекулы углевода, в частности, глюкозы.

Но наш организм ленив и обычно предпочитает сначала использовать все доступные ему углеводы. Вот с этим и связана главная опасность употребления простых углеводов –высокий риск чрезмерного увеличения массы тела. Беда в том, что в условиях современного производства фраза «все доступные углеводы» означает «бесконечный приток углеводов». Ведь сегодня их можно получать практически в неограниченных количествах. В основном это кондитерские изделия, сдобная выпечка, фаст-фуд, сладкие газировки и т.д. И ситуация развивается по следующему сценарию:

1.Сначала съеденные вами углеводы будут сразу переработаны в энергию, которая требуется прямо в данный момент.
2.Однако, если углеводов много, то перестать их употреблять в тот момент, когда энергетический дефицит уже покрыт, очень сложно.
3.При этом избыток глюкозы не выводится из организма. Он превращается в жиры и откладывается в подкожной клетчатке.
4.А эволюция, ничего не зная про доступность сливочного мороженого или шоколадных конфет, продолжает подталкивать нас искать и поглощать все новые и новые объемы простых углеводов.
Так выглядит основной механизм набора массы тела с точки зрения биохимии. И на настоящий момент ожирение – одна из самых частых патологий, которые встречаются у людей. Более того, еще 2019 году Всемирная организация здравоохранения включила избыточный вес в список десяти самых важных медицинских проблем человеческой цивилизации, приравняв его опасность к опасности злокачественных опухолей и болезней сердечно-сосудистой системы. И еще большую тревогу вызывает тенденция к распространению ожирения у детей.

Нас спасут жирные кислоты?Ну хорошо, если углеводы ведут к ожирению, то надо от них отказаться, так? Нет, конечно. Природа не любит крайностей. Помните, мы выше говорили, о том, что углеводы имеют и пластическую функцию. Разумеется, некоторый приток этих соединений должен сохраняться. Но лучше всего, если это будут сложные полимерные углеводы, которые содержатся в овощах, крупах и другой достаточно грубой растительной пище.

А вот перевести митохондрии на преимущественную выработку энергии из жиров будет полезно. Но, тут, как всегда, есть нюанс: некоторые ткани человеческого организма не способны расщеплять жиры для получения энергии. Хорошим примером может послужить наш головной мозг. В его нейронах имеется очень много митохондрий, ведь эти клетки постоянно и очень напряженно работают, а значит, им нужна масса энергии. Головной мозг – вообще один из самых энергозатратных органов. Его вес составляет примерно 2% от веса нашего тела, но при этом он поглощает около 20% от всей поступающей в организм энергии. И это только в спокойном состоянии. Если вы активно «работаете головой», то энергозатраты мозга резко возрастают. Чувство голода, которое вы ощущаете после напряженного интеллектуального труда, обусловлено как раз тем, что мозг поглотил практически всю доступную глюкозу.

Таким образом, с одной стороны, полезно ограничить употребление простых сахаров, чтобы сохранять контроль над массой своего тела. С другой стороны, тогда ваш мозг будет испытывать хронический дефицит энергии. И усиленный приток жирных кислот проблему не решит, ведь головной мозг защищен рядом оболочек, которые составляют, так называемый, гематоэнцефалический барьер. А молекулы жирных кислот попросту слишком велики, чтобы пройти через него. Хорошая новость заключается в том, что для подобных случаев эволюция также предусмотрела резервное энергетическое топливо, которое получило название «кетоновые тела».

Один оптимальный вариантВ группу кетоновых тел биохимики включают всего три соединения: ацетон, ацетоуксусную и бета-оксимасляную кислоту. Но ацетон быстро испаряется, а ацетоуксусная кислота почти сразу распадается с образованием того же ацетона. Поэтому в качестве энергетического топлива наши митохондрии научились использовать бета-оксимасляную кислоту, или β-гидроксибутират (βHb). При этом, молекула βHb с успехом может достигать нейронов головного мозга, проходя через гематоэнцефалический барьер. Ее же с удовольствием перерабатывают и митохондрии мышечных клеток, клеток желез внутренней секреции и т.д.

В итоге, получается, что β-гидроксибутират, во-первых, обеспечивает качественное энергоснабжение головного мозга и других органов, неспособных расщеплять жиры (хрусталик, корковое вещество надпочечников, эпителий кишечника и т.д.). А во-вторых, не приведет к накоплению излишней массы тела.

Наконец, есть еще и «в-третьих»: кетоновые тела и их воздействие на организм человека давно являются объектом пристального интереса ученых. Сегодня уже достоверно известно, что кетоны обладают целым рядом полезных эффектов:

улучшают переносимость физических и психологических нагрузок;
способствуют снижению утомляемости и концентрации внимания при длительной интеллектуальной работе;
стимулируют обновление мышечной ткани, что важно при интенсивных занятиях в спортзале;
уменьшают уровень повреждений нервной ткани, вызванных токсинами пищи, воды или воздуха при нахождении в неблагоприятных экологических условиях;
снижают выраженность дисфункции головного мозга при недостатке кислорода, вызванном малоподвижным образом жизни или шейным остеохондрозом;
могут быть использованы, как часть комплексной профилактики болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также рассеянного склероза;
помогают бороться с проявлениями субклинической депрессии.

neboleem.net