Противоречие это кажущееся – уменьшение энтропии (энтропия – это стремление системы самопроизвольно прийти в менее упорядоченное состояние) в живом организме приводит к ее увеличению в окружающей среде (грубо говоря, наша жизнедеятельность ускоряет распад и гибель окружающей нас природы), так что суммарный баланс остается нулевым, и, на самом деле, энтропия всей системы ни в коем случае не уменьшается. Но не будем углубляться в эти физические термины.
Все происходящие в организме процессы можно разделить на процессы синтеза различных веществ и на процессы их распада. В процессе расщепления питательных веществ (их окисления) образуется энергия (в форме синтезированного аденозинтрифосфата, АТФ), которую организм затем может использовать на синтез необходимых ему соединений – белков, сложных углеводов, жиров, гормонов и витаминов, а также на переваривание и всасывание питательных веществ в кишечнике. Кроме этого – на выведение из организма образующихся в процессе жизнедеятельности продуктов распада биологически активных соединений – например, мочевины, креатинина и других.
Излишек энергии организм может запасать впрок для использования по потребности – в виде гликогена (полимера глюкозы) в печени и мышцах, а также в виде жира (нейтральных жиров, эфиров жирных кислот и глицерина) в жировых клетках (адипоцитах, клетках белого жира). Есть еще бурый жир, но его функция заключается в продукции чистого тепла, у взрослого человека он расположен на шее и согревает поступающую в мозг кровь. Но вот, например, у бурого медведя жира намного больше, чем у человека, и это понятно – нам не приходится впадать в спячку, и лежать всю зиму в снегу.
Упрощая картину, можно сказать, что из кишечника в кровь всасываются: глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты. Глюкоза и жирные кислоты при расщеплении дают энергию для выполнения всех видов работы – как физической, так и умственной. Действительно, по сути, наша жизнедеятельность является оценкой того, что происходит в окружающем и внутреннем мире (иногда такие оценки бывают неосознанными, но от этого они не становятся менее энергоемкими) и реакциями на происходящее – то есть действиями, направленными на сохранение постоянства состава внутренней среды организма.
Почему эти процессы требуют энергии? Ну, хотя бы потому, что мышечные сокращения, необходимые для выполнения механической работы, требуют больших затрат энергии. Здесь все понятно. Но почему умственная работа требует затрат вполне осязаемой энергии, то есть затрат АТФ? Во-первых, умственная работа – это работа нервных клеток, а она производится за счет транспорта ионов (электрически заряженных атомов) против электрического и концентрационного градиента. Другими словами, производится разделение противоположных электрических зарядов. В технике то же самое происходит на электростанциях, и, как известно, такое разделение требует большой энергии (сжигаемого топлива или падающей воды). Организм – не исключение и тоже потребляет энергию для осуществления этого процесса. Но есть и еще одна сторона медали – при выполнении умственной работы происходит рефлекторное повышение тонуса произвольных мышц (это известно всем, кто, например, подолгу работает за компьютером – от такой работы начинают ныть плечи и шея). Повышение мышечного тонуса – это несогласованные сокращения отдельных мышечных волокон, не приводящие к координированным движениям, но требующие энергии, и немалой.
Клетки получают энергию в ходе трех сопряженных процессов – гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и переноса электронов по дыхательной цепи митохондрий. Первые два процесса не требуют участия кислорода и могут происходить в анаэробных условиях (такой тип получения энергии, например, присущ анаэробным бактериям, к которым, например, относятся зловещие клостридии, микроорганизмы, вызывающие газовую гангрену, ботулизм или столбняк). Правда, выход АТФ в таких реакциях невелик. Например, гликолиз и цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) дают на выходе 4 молекулы ФТФ. Дыхательная цепь в митохондриях дает на выходе 34 молекулы АТФ. Что называется, почувствуйте разницу!
Подробности гликолиза, цикла Кребса и передачи электронов по дыхательной цепи митохондрий (для желающих) представлены в приложении.
В гликолизе участвуют активированные молекулы глюкозы, а в цикле Кребса – двууглеродные фрагменты, которые клетка может получать и из других источников, в частности, из свободных жирных кислот, фрагментов жира, отщепленных от глицерина в процессе, называемом липолизом (по-гречески, это и означает расщепление жира). О липолизе речь пойдет ниже. Однако, без гликолиза реакции цикла Кребса начинаются и протекают заторможенно, отсюда и биохимическая поговорка: «Жиры сгорают в пламени углеводов».
Полученная в результате энергия может расходоваться на физическую и умственную работу, синтез гормонов, ферментов и витаминов, поддержание постоянства внутренней среды организма, а излишки, «не нашедшие себе должного применения», запасаются, в соответствующих тканях, в виде гликогена (печень и мышцы) или жира (жировая ткань).
Если организм оказывается в ситуации, требующей повышенного расхода энергии – например, в ситуации, когда надо произвести мышечную работу, в условиях стресса, когда необходимо бросить все силы на борьбу с неблагоприятными воздействиями, то включаются механизмы мобилизации запасенной энергии. Кора надпочечников по команде высших мозговых центров выбрасывает в кровь гормон кортизол. Кортизол оказывает многообразное действие. При дефиците гликогена, под его влиянием в клетках печени происходит глюконеогенез – образование глюкозы из аминокислот, то есть организм идет на крайнюю меру, использует структурные элементы организма на производство энергии (так в блокадном Ленинграде топили печки мебелью). Кроме того, кортизол стимулирует выброс клетками мозгового слоя надпочечников гормона адреналина, который стимулирует распад гликогена на молекулы глюкозы, и распад жира на глицерин и свободные жирные кислоты. В первом случае процесс называется гликогенолизом, а во втором – липолизом. И в том, и в другом варианте организм получает массу источников энергии, так как глюкоза используется для осуществления работы в нервной системе (клетки мозга могут питаться исключительно глюкозой, и им для этого даже не нужен инсулин), а жирные кислоты являются предпочитаемым топливом для сердечной мышцы, произвольной и гладкой мускулатуры, да, впрочем, и для всех остальных тканей в той или иной степени.
Помимо этого, повышается концентрация в крови гормонов щитовидной железы, стимулирующих липолиз (надо заметить, что в препаратах, усиливающих сжигание жира, как правило, содержатся адреналин или его синтетические аналоги, и тироксин – гормон щитовидной железы).
Под действием кортизола происходит также активация симпатической нервной системы, медиатор которой, норадреналин, выделяясь в окончаниях, иннервирующих ткани печени, мышц и жира, стимулирует распад гликогена и жира (опять-таки, гликогенолиз и липолиз).
Итак, складывается достаточно понятная и простая схема.
Мы едим, расщепляем питательные вещества еды, и всасываем их в кровь. Фрагменты сахаров и жиров идут на получение энергии, которая может запасаться в виде жира, или расходоваться, в том числе, и за счет расщепления жира. Если запасание начинает преобладать над расходом, то возникает избыточное отложение жира (ожирение). Метод борьбы прост, как правда, – меньше кушать и больше двигаться. И этот способ, действительно, в большинстве случаев работает, если отвлечься от случаев болезненного, патологического ожирения, но об этих случаях речь пойдет ниже. Но возникает другая проблема – как ограничить себя в еде? Отчего, вообще, зависит потребление пищи, и как она употребляется каждым конкретным организмом после всасывания и усвоения?
Движущей силой употребления пищи является аппетит, и с его рассмотрения мы начнем поиск ответа на поставленные вопросы.
Аппетит
Думаю, не надо подробно объяснять, что такое аппетит. Грубо – это желание с удовольствием поесть. Аппетит не равнозначен чувству голода, хотя и тесно с ним связан. Однако, чувство голода не всегда приводит к повышению аппетита, а аппетит может быть повышенным и при отсутствии чувства голода. (Глазами бы все съел, а есть не хочется).
В головном мозге есть отдел, называемый гипоталамусом. Этот отдел регулирует поведение, отвечающее за сохранение постоянства состава внутренней среды. В отношении регуляции аппетита здесь важно воздействие образующихся на периферии веществ, влияющих на аппетит. Первое место среди таких веществ занимает лептин.
Этот белок, состоящий из 167 аминокислот, был открыт в 1994 году, и его действие активно изучается и в настоящее время.
Лептин – это физиологически активное вещество, которое синтезируется и секретируется в кровь клетками жировой ткани – адипоцитами. Лептин обладает свойством подавлять аппетит – это его центральное действие, и свойством (внимание!) разобщать в клетках окисление и фосфорилирование. Пусть вас не смущает сложность. Помните, что было сказано о синтезе АТФ? Так вот, образование АТФ – это фосфорилирование АДФ (аденозиндифосфата, соединения, содержащего две фосфорильные группы) с превращением его в соединение, содержащее три фосфорильные группы. Окисление же – это окисление в ходе гликолиза, цикла Кребса и передачи электронов по дыхательной цепи. В результате пар уходит в свисток, то есть, в нашем случае, в продукцию тепла (при этом снижается количество энергии, которая может (теоретически) пойти на синтез жира).
