Углеводы, инсулин, ожирение
Основная причина эпидемии ожирения остается неясной, но есть несколько правдоподобных объяснений, включая популярную “углеводно-инсулиновую” (CIM) модель, которая предполагает, что увеличение массы тела происходит в результате потребления углеводов, которые стимулируют выработку постпрандиального (возникающий после еды) инсулина, что способствует накоплению энергии и ее дальнейшему потреблению, создавая порочный круг. Однако, теоретическая основа модели CIM была опровергнута несколькими недавними экспериментами. Несмотря на то, что инсулин играет важную роль в регуляции количества жировых отложений, углеводно-инсулиновая модель не работает, потому что фокусируется на прямом действии инсулина на жировую ткань после приема пищи, содержащей углеводы. Роль инсулина в ожирении можно лучше понять, рассмотрев его множественное действие на органы, которое обусловлено факторами, в большинстве своем не зависящими от потребления углеводов.
Пересмотр роли инсулина может улучшить понимание причин ожирения и способов его лечения. “Углеводно-инсулиновая” модель (УИМ) ставит жировые клетки в центр внимания, подчеркивая роль инсулина в ускорении накопления жира и подавления его высвобождения. Потребление углеводов стимулирует секрецию инсулина, который разделяет циркулирующее топливо (например, триглицериды) в пользу его сохранения в жировой ткани. Постулируется, что это снижает энергию, доступную для метаболически активных тканей, таких как скелетные мышцы. Лишенные топлива, эти нежировые ткани испытывают состояние клеточного “внутреннего голодания”, которое побуждает человека реагировать так же, как и на настоящий голод, - искать и потреблять больше пищи и снижать скорость метаболизма для сохранения энергии. Следовательно, согласно УИМ, избыточное потребление энергии является результатом накопления жира в жировой ткани из-за инсулина, появляющегося после еды, и управляемого приемом углеводов.
Одно из возможных решений проблемы ожирения заключается в замене углеводов диетическим жиром, который не стимулирует секрецию инсулина после еды: так называемая диета с низким содержанием углеводов, высоким содержанием жиров или “кетогенная” диета.
В рамках большого исследования диетических манипуляций на мышах, использовали 29 различных диет, чтобы устранить влияние состава рациона на ожирение. В 16 из этих диет, манипуляции с макроэлементами позволили провести прямую проверку состоятельности УИМ, поскольку количество белка оставалось постоянным (в 8 диетах 10% и в 8 диетах 25%), в то время как жиры и углеводы варьировались соответственно от 10 до 80%. Углеводы представляли собой смесь кукурузного крахмала, мальтодекстрина и сахарозы (углеводы с высоким гликемическим индексом, которые приводят к высокому уровню глюкозы в крови). Мыши придерживались диеты в течение 12 недель, что эквивалентно примерно 9 годам для людей. Согласно УИМ, чем больше углеводов в пище, тем больше инсулина после еды, и у мышей должно развиваться ожирение, и в итоге они будут есть больше калорий. Однако, по факту произошло обратное. Мыши, питавшиеся диетами с высоким содержанием углеводов, ели меньше калорий и набирали меньший вес и жир, несмотря на более высокий уровень инсулина после еды. И хотя это должно опровергать УИМ, довольно проблематично экстраполировать данные с мышей на людей.
Исследования с контролируемым кормлением в течение нескольких лет у людей, почти неосуществимы, УИМ можно проверить, изучив его прогнозы с помощью краткосрочных экспериментов. Например, если люди придерживаются диеты с очень разными пропорциями жиров и углеводов, УИМ предсказывает, что высокоуглеводная диета приведет к более высоким концентрациям инсулина в крови после приема пищи, которые стимулируют накопление жира в жировой ткани, тем самым увеличивая голод и потребление энергии по сравнению с низкоуглеводной диетой.
Эта гипотеза была проверена в ходе месячного исследования, где 20 взрослых были рандомизированы в группу диеты, состоящей из ~ 10% углеводов и ~ 75% жиров или диеты, состоящей из ~ 10% жира и 75% углеводов. Участникам предписывалось есть столько сколько они хотели или чуть меньше. Через 2 недели участники перешли на альтернативную диету. В соответствии с прогнозами УИМ, высокоуглеводная диета привела к гораздо более высоким концентрациям циркулирующего инсулина после еды и, следовательно, должна была приводить к выделению большего количества энергии, идущей на накопление жира в организме, тем самым увеличивая чувство голода и потребление энергии по сравнению с низкоуглеводной диетой. Тем не менее, при высокоуглеводной диете потреблялось примерно на 700 ккал/день меньше пищи, и участники сообщили, что обе диеты были одинаково удовлетворительными и приятными без всякой разницы в степени голода или сытости. Более того, несмотря на существенно более высокое суточное выделение инсулина, только высокоуглеводная диета приводила к значительной потере жира.
Другое исследование показало, что чувство сытости значительно увеличивается через 10-15 недель после употребления высокоуглеводной диеты по сравнению с низкоуглеводной диетой. Кроме того, годичное исследование с участием людей, рандомизированных для употребления низкоуглеводных и высокоуглеводных диет, не обнаружило различий в объективных измерениях потребления энергии. В результате, долгосрочная средняя потеря веса была почти одинаковой, а индивидуальные различия в секреции инсулина не позволяли предсказать, кто потеряет больше всего веса на каждой диете.
Следовательно, прогнозы потребления энергии согласно УИМ не оправдались ни в краткосрочных, ни в долгосрочных исследованиях. УИМ также предсказывала, что снижение секреции инсулина во время низкоуглеводной диеты должно увеличивать потерю жира в организме за счет мобилизации жира из жировой ткани, тем самым восстанавливая снабжение метаболически активных тканей топливом по сравнению с диетой с более высоким содержанием углеводов. Таким образом, уменьшение клеточного “внутреннего голодания” в этих тканях должно увеличивать расход энергии.
Исследования на эту тему показали, что хотя ограничение углеводов привело к существенному снижению ежедневной секреции инсулина, наблюдалась меньшая потеря жира при ограничении количества углеводов по сравнению с высокоуглеводными диетами. В одном исследовании диета с низким содержанием углеводов привела к значительному снижению расхода энергии. В другом исследовании кетогенная диета с низким содержанием углеводов привела к небольшому временному увеличению расхода энергии, которое исчезло в течение нескольких недель.
В отличие от этих исследований, в двух амбулаторных исследованиях сообщалось об увеличении расхода энергии во время низкоуглеводной диеты у людей, которые сохранили стабильный вес после периода потери веса. Однако эти результаты, вероятно, были связаны с неправильным расчетом расхода энергии. Действительно, зарегистрированное увеличение расхода энергии у людей, соблюдающих низкоуглеводную диету, не соответствовало различиям в массе тела или измеренным компонентам расхода энергии, таким как скорость метаболизма в состоянии покоя, физическая активность или эффективность работы скелетных мышц. Подтверждая отсутствие влияния на расход энергии, в исследовании 29 диет на мышах не было выявлено влияния переменного содержания углеводов на расход энергии или физическую активность.
Сторонники УИМ раскритиковали эксперименты на людях и мышах, которые не подтвердили правильность “классической диеты”. Исследовании на мышах были признаны неадекватными, а эксперименты на людях, согласно критикам, были слишком короткими. Однако, наиболее правильно, чтобы эти данные не игнорировались, а использовались в улучшенной модели в соответствии с имеющимися данными (см. рисунок). Хотя “углеводная” часть УИМ оспаривается недавними экспериментами, это не умаляет важной роли инсулина в регулировании жировых отложений. Генетическая манипуляция выработки инсулина у мышей или фармакологическое подавление секреции инсулина у людей может привести к уменьшению жировых отложений в отсутствие диабета. Люди с диабетом часто теряют вес еще до постановки диагноза, и лечение, которое увеличивает секрецию “собственного” инсулина или лечение препаратами инсулина часто приводит к восстановлению потерянного веса. Тем не менее, повышенное количество инсулина (гиперинсулинемия) не связана со значимыми различиями в ожирении, и гиперинсулинемия не обязательно приводит к увеличению веса или надежно предсказывает будущие изменения веса. Следовательно, степень, с которой предрасположенность к ожирению объясняется различиями в секреции инсулина или действии инсулина, неясна, но прямое действие “углеводного” инсулина после приема пищи на жировую ткань вряд ли будет ведущим фактором распространенного ожирения, как предполагает УИМ.
Инсулин, выделяющийся не является наиболее важным фактором, регулирующим потребление и накопление жира, что может происходить без увеличения циркулирующего инсулина выше базовых концентраций. Базовый инсулин может быть более важным, потому что высвобождение жира из жировой ткани чрезвычайно чувствительно к изменениям инсулина около базовых уровней, но эффект инсулина быстро прекращается после приема и, следовательно, может быть относительно нечувствительным к диетическим углеводам.
Кроме того, уменьшение количества пищевых жиров снижает базовый инсулин в той же степени, что и уменьшение количества углеводов, указывая на то, что концентрация базового инсулина реагирует на дисбаланс между потреблением энергии и расходами в той же степени, что и состав диеты как таковой.
Инсулин оказывает действие на несколько органов, и его роль в регулировании жировых отложений лучше всего понять как часть динамической сети факторов, контролирующих и опосредующих эффекты энергетического дисбаланса.
Например, инсулин подает в мозг сигнал отрицательной обратной связи, который сочетается с сигналами от жировой ткани, и когда содержание жира в организме превышает критическое пороговое значение, это служит для регулирования потребления энергии. Жировая ткань и отложение жира в нежировых тканях также может вызывать инсулинорезистентность, тем самым влияя на концентрацию циркулирующего инсулина независимо от количества пищевых углеводов. Следовательно, механизмы, лежащие в основе эффектов инсулина на ожирение, более сложны, чем предложенные УИМ.
Несоблюдение принципов УИМ не означает, что диета с низким содержанием углеводов и высоким содержанием жиров не может быть полезной для похудания. Однако прямая модуляция оси углевод-инсулин в жировой ткани вряд ли будет основным механизмом, лежащим в основе потери жира в организме у людей, успешно соблюдающих такую диету. Требуется разработка новой модели с ролью инсулина в ожирении, соответствующая данным, опровергающим ключевые аспекты УИМ.