Ученые раскрыли, что делает с человеческим телом семидневное голодание

Отказ от пищи на несколько дней приводит не только к тому, что организм начинает сжигать накопленный жир. Исследование, опубликованное в 2024 году, показало, что продолжительное голодание вызывает широкие и скоординированные биологические изменения в разных органах, причем некоторые из наиболее заметных эффектов проявляются лишь примерно через три дня без калорий.

Результаты, опубликованные в Nature Metabolism, дают необычно детальное представление о том, как человеческий организм реагирует во время продолжительного голодания. Исследователи обнаружили доказательства биологических изменений, выходящих за рамки снижения веса, хотя многие потенциально связанных со здоровьем изменений становились заметными только после примерно трёх дней без еды.

Работу провели ученые из Института точной медицины Queen Mary University of London (PHURI) и Норвежской школы спортивных наук. Идентифицируя молекулярные изменения, связанные с голоданием, исследователи надеются создать основу для будущих исследований, которые в конечном итоге могут привести к разработке методов лечения, способных воспроизвести некоторые эффекты голодания.

Это особенно важно для людей, которые могли бы извлечь пользу из определённых биологических эффектов голодания, но не могут безопасно перенести продолжительное голодание или соблюдать методики, имитирующие голодание, такие как кетогенные диеты.

Люди в процессе эволюции научились переносить продолжительные периоды без пищи — способность, которая была жизненно важна в те времена, когда приемы пищи были непредсказуемы. Сегодня миллионы людей голодают по культурным, религиозным, медицинским или диетическим причинам.

Голодание также имеет долгую историю в медицине. Его в разных формах использовали для помощи при таких состояниях, как эпилепсия и ревматоидный артрит.

Одно из самых очевидных изменений при голодании

Одно из самых очевидных изменений при голодании касается энергетического обеспечения организма. В нормальных условиях значительная часть доступной энергии поступает из глюкозы, образующейся из пищи. Когда этот приток энергии исчезает, организм постепенно начинает сильнее расходовать накопленный жир.

Учёные уже знали об этом базовом метаболическом сдвиге. Менее понятно было, что делает продолжительное голодание с остальными системами организма и приводит ли оно к биологическим изменениям, которые могут быть полезными, вредными или одновременно тем и другим.

Современные методы анализа белков позволили изучать эти вопросы гораздо детальнее. Белки выполняют огромное число функций в организме — от построения тканей до управления химическими реакциями и передачи сигналов между клетками. Измерение тысяч белков в крови может дать широкую картину того, как реагируют разные органы и биологические системы.

Наблюдение за семидневным голоданием только на воде

В исследовании участвовали 12 здоровых добровольцев, которые прошли семидневное голодание, принимая только воду.

Участников тщательно контролировали ежедневно. Учёные измеряли изменения примерно 3000 белков в их крови до начала голодания, в течение периода голодания и после возобновления приёма пищи.

Затем исследователи сопоставили эти измерения белков с генетической информацией из крупных популяционных исследований. Это позволило им выяснить, какие биологические пути изменяются во время голодания, и предсказать некоторые возможные последствия для здоровья, связанные с этими изменениями.

Как и ожидалось, в первые два–три дня без еды организм начал постепенно смещать основное использование энергии с глюкозы на накопленный жир.

Участники потеряли в среднем 5,7 килограмма за период голодания. Потеря веса произошла за счёт как жировой, так и безжировой массы. Под безжировой массой понимаются ткани, не являющиеся жировой тканью, такие как мышцы и другие ткани с высоким содержанием воды.

Через три дня после возобновления приёма пищи общий вес участников оставался ниже исходного. Однако большая часть потерянной безжировой массы вернулась, тогда как снижение жировой массы сохранилось.

Существенный сдвиг появился около третьего дня

Наиболее заметным оказалось то, что происходило примерно после трёх дней голодания.

В этот момент исследователи начали фиксировать выраженные изменения уровней белков по всему организму. Полученная картина указывала на то, что полное ограничение калорий вызывает скоординированный ответ всего организма, а не просто изменяет источник получения энергии.

Примерно треть всех измеренных белков значительно изменялась в период голодания, причём эффекты были связаны со всеми основными органами.

Многие из этих изменений проявлялись одинаково у разных участников. Исследователи также обнаружили биологические сигнатуры, которые нельзя было объяснить одной лишь потерей веса.

Один из примеров — изменения в белках, связанных со структурной поддержкой нейронов в мозге. Нейроны — специальные клетки, передающие информацию по нервной системе, и белки, окружающие и поддерживающие их, помогают сохранять их структуру и функцию.

Результаты предполагают, что продолжительное голодание может влиять на гораздо более широкий спектр биологических процессов, чем просто метаболизм жира.

Потенциальные преимущества выходят за рамки снижения веса

Клаудия Лангенберг, директор Института точной медицины Queen Mary (PHURI), сказала: «Впервые мы можем видеть, что происходит на молекулярном уровне по всему организму, когда мы голодаем. Голодание, при условии безопасности, является эффективным способом снижения веса. Популярные диеты с элементами голодания — такие как интервальное голодание — заявляют о пользе для здоровья, помимо потери веса. Наши результаты подтверждают наличие преимуществ голодания, выходящих за рамки снижения веса, но они становились заметными только после трёх дней полного ограничения калорий — позже, чем мы предполагали».

Временной аспект важен. Интервальное голодание обычно включает гораздо более короткие периоды без еды, тогда как в данном исследовании рассматривалось полное ограничение калорий, длившееся несколько дней. Поэтому результаты не означают, что более короткие режимы голодания обязательно вызовут те же эффекты.

Вместо этого исследование помогает определить, когда начинают проявляться более существенные молекулярные реакции на продолжительное голодание.

Могут ли учёные воспроизвести эффекты голодания?

Понимание того, почему голодание вызывает определённые биологические изменения, может в итоге оказаться важнее самого голодания.

Если исследователи смогут выяснить, какие молекулярные пути ответственны за потенциально полезные эффекты, может появиться возможность разработать методы лечения, активирующие эти пути без необходимости прекращать приём пищи на несколько дней.

Это особенно важно для людей, чей медицинский статус делает продолжительное голодание непрактичным или опасным.

Майк Питцнер, профессор данных о здоровье в PHURI и со-руководитель группы вычислительной медицины в Берлинском институте здравоохранения при Charité, сказал: «Наши результаты заложили основу для понимания, почему голодание используется при некоторых состояниях. Хотя голодание может быть полезно при лечении некоторых заболеваний, часто пациентам в плохом состоянии голодание недоступно. Мы надеемся, что эти данные помогут объяснить, почему голодание полезно в отдельных случаях, и создадут базу для разработки лечебных подходов, доступных пациентам».

Исследование предоставляет подробную молекулярную карту того, как человеческий организм адаптируется во время продолжительного голодания. Оно также подчёркивает важный порог: хотя переход к сжиганию накопленного жира начинается в первые несколько дней, многие более широкие биологические изменения, связанные с голоданием, становятся обнаруживаемыми только примерно через три дня без калорий.

Это различие может помочь исследователям отделить эффекты потери веса от более глубоких биологических реакций, вызываемых продолжительным голоданием, и дать новые подсказки о том, как эти реакции в будущем можно будет воспроизвести без необходимости длительного отказа от пищи.

Материалы предоставлены Queen Mary University of London.

Авторы исследования: Maik Pietzner, Burulça Uluvar, Kristoffer J. Kolnes, Per B. Jeppesen, S. Victoria Frivold, Øyvind Skattebo, Egil I. Johansen, Bjørn S. Skålhegg, Jørgen F. P. Wojtaszewski, Anders J. Kolnes, Giles S. H. Yeo, Stephen O’Rahilly, Jørgen Jensen, Claudia Langenberg. Название: Systemic proteome adaptions to 7-day complete caloric restriction in humans. Nature Metabolism, 2024; 6 (4): 764. DOI: 10.1038/s42255-024-01008-9.