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 мозге34. 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 долголетию35.
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 работе36, 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 гиппокампа37.
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 23 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 работе38, 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 работе39 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 деятельности40. 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 память4142. 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 деменции43.
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 мозгом44.
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 день45, 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 мозг46. 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 белков47. 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 23 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 смыть48. В работе49 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 функций50. 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 ниже51. Как показывает статистика, инсулинорезистентность свойственна примерно 80% пациентов с болезнью Альцгеймера, а диабет второго типа в 24 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 Альцгеймера52, 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 исследования53 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 углеводов54. 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.