О возможности коррекции энергообмена пищевого статуса.
Вишняков А.Б., Власов В.Н., Месенжник Я.З., Пироговский А.Н.,
Пироговский Р.А., Родионова Н.А.
Жизнедеятельность организма сопровождается энергозатратами, при этом эффективность извлечения организмом энергии в процессе обменных реакций зависит от совокупности ряда факторов: состава и качества пищи, поступающей в организм; а также от слаженности действия множества систем организма: сбалансированности уровня физических нагрузок, режима релаксации и отдыха. В этой связи актуальны поиск и оценка факторов, максимально эффективно обеспечивающих энергетические потребности организма и нормализацию его функционального состояния. Анализ энергетической отдачи пищевого статуса позволяет более достоверно и в более обобщенном виде оценивать влияние питания на здоровье человека. Следует рассматривать пищу не только как материальный объект, но и как источник энергии различного качества, используя при этом основные положения второго закона термодинамики.
Второй закон термодинамики, включающий такое фундаментальное понятие как энтропия, позволяет оценивать эффективность использования энергии. Энтропия в различных формах имеет разную практическую ценность, и чем больше внутренней энергии системы можно преобразовать в работу, т.е. чем меньше уровень связанной энергии и, соответственно, энтропии, являющейся ее мерой, тем эта ценность выше.
При постоянстве внутренней энергии пищевого статуса (энтальпия или калорийность) повышение энергоотдачи свидетельствует об уменьшении энтропии.
Важнейшим для понимания энтропии является то, что этот термодинамический показатель качества энергии со времен Л. Больцмана (1844-1906гг.) широко используется в качестве универсальной характеристики устойчивости системы в целом, а основной задачей здорового питания является поддержание организма в состоянии равновесия.
Второй закон термодинамики дает единый алгоритм изучения самых различных явлений. При этом результат анализа определяется всего одним критерием - знаком изменения энтропии. Найдя его, исследователь получает информацию о направлении интересующего процесса: снижение энтропии свидетельствует о стабилизации системы.
Другими словами, если первый закон термодинамики характеризует количественную сторону энергетики питания (всем известной калорийности продуктов), то второй закон термодинамики, с его фундаментальным понятием «энтропия», характеризует качество энергии.
На процесс трансформации пищи в энергию можно влиять, изменяя состав пищи или используя биологически активные соединения. Как говорил основоположник кибернетики Н. Винер: «Ферменты и витамины являются метастабильными демонами Максвелла, уменьшающими энтропию».
В представленной работе рассмотрена возможность оценки энергоотдачи пищевого статуса с позиций анализа второго закона термодинамики на примере использования такой биологически активной добавки как масло зародышей пшеницы (МЗП). Авторы, безусловно, далеки от абсурдной мысли, что МЗП является единственным и универсальным корректором энергообмена питания. МЗП взято в качестве потенциального корректора энергообмена пищевого статуса в результате анализа приблизительно 100-летней практики его использования в качестве минорного природного комплекса при лечении самых различных заболеваний (сердечно-сосудистых, гастроэнтерологических, диабета, гепатита, бесплодия, ожоговых и раневых повреждений и т.д.) [1,2]
Не касаясь биохимических и медицинских аспектов использования МЗП при лечении различных патологий организма, следует подчеркнуть, что во всех работах отмечается значительное увеличение резистентности организма к внешним и внутренним воздействиям, а также повышение физической выносливости. Так еще в 1955г. Ершов и Левин [3] наблюдали улучшение плавательных способностей у подопытных морских свинок, получавших диету, содержащую 2% МЗП. При подкормке МЗП было замечено сокращение частоты ранних смертей у самок норки. [4] Японский исследователь Масунобу отмечает, что МЗП помогает в процессах торможения старения человека, и рекомендует его в качестве дополнительной пищевой добавки. [5]
Кьюртон - пионер в области физкультурной физиологии, обнаружил, что использование МЗП позволило увеличить выносливость атлетов в 11 случаях из 13. В условиях восьминедельной проверки группы мужчин среднего возраста, выполнявших однообразную изнуряющую механическую работу, было выявлено значительное повышение выносливости и улучшение физического состояния у потреблявших МЗП по сравнению с контрольной группой. [6]
Широкомасштабный эксперимент, проведенный под руководством чл.-корр. АМН РФ Л.A. Шпагиной, в ходе которого с целью профилактики ОРВИ детям в различных детских садах г. Новосибирска давали по одной капсуле (0,2мг) МЗП 2 раза в день, показал повышение резистентности организма к различным вирусным и инфекционным заболеваниям. [7]
Оценить энергообмен организма человека можно посредством прямой и непрямой калориметрии.
При прямой калориметрии человек помещается в изолированную метаболическую комнату, а выделяемое тепло регистрируется с помощью специальных датчиков. Метод прямой калориметрии является сложным и дорогостоящим. В мире существуют буквально единственные метаболические комнаты, оснащенные современной аппаратурой. Кроме того, человек, помещенный в такую комнату, находится в неестественной для него обстановке, что не позволяет, зачастую, правильно интерпретировать полученные данные.
Метод непрямой калориметрии более простой и доступный. Он основан на прямых расчетах затрат энергии по объему поглощенного кислорода (О2) и выделенного углекислого газа (СО2). Особенно он эффективен и информативен при проведении сравнительных испытаний. При непрямой калориметрии также возможно получение значения количества поглощенного кислорода, который является таким же равноправным (если не основным) макронутриентом пищевого статуса, как белки, жиры и углеводы. Человек потребляет его около 400г в сутки.
В представленной работе для оценки энергетического баланса организма была использована непрямая калориметрия по методу Дугласа-Холдейна, когда в течение 10-15 минут собирают выдыхаемый пациентом воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем кислорода и углекислого газа. Количество потребляемого О2 и выдыхаемого СО2 позволяет оценить интенсивность процессов энергообмена, долю в них анаэробных механизмов ресинтеза АТФ.
Для исследования состава выдыхаемой газовой смеси использовали газоанализатор TESTO 310 «ООО Тесто Рус». Чувствительность прибора по кислороду составила диапазон концентраций 0-21% об, разрешение 0,01% об, погрешность +/- 0,2% об. По углекислому газу диапазон концентраций 0-100% об, разрешение 0,01% об, погрешность +/- 0,2% об. Очевидно, что концентрация кислорода и диоксида углерода в выдыхаемом воздухе определяется скоростью массообменных процессов, обеспечивающих дыхание. Для получения стабильных и более значимых по уровню содержания углекислого газа результатов набор воздуха в легкие сопровождали задержкой выдоха не менее 15-20 сек. Пробы выдыхаемого воздуха для газохроматографического анализа собирали в резиновые шары (обследуемый пациент с указанной задержкой выдоха надувал воздушный шар). Концентрации кислорода в лабораторном помещении, где проводили обследование добровольцев, составляла (16,9+0,3)% и углекислого газа менее 0,005% (предел метода определения). Исследования были проведены без этапа хранения проб. Хранение проб исследуемого воздуха может сопровождаться заметным снижением содержания диоксида углерода вследствие конденсации влаги из выдыхаемого воздуха на стенках сосуда и растворении в образующемся конденсате диоксида углерода и вследствие его высокой растворимости в воде, которая достигает 87,8 мл газа в 100 мл воды при 20ºС.
Анализ выдыхаемого воздуха проводили с применением газоанализатора TESTO-310 с полимерной капиллярной насадкой внутренним диаметром 0,2 мм с гладкими краями, исключающими повреждение или прокол шарика. Непосредственно перед анализом нитку на шарике ослабляли до начала едва заметного выхода воздуха, в образовавшееся отверстие аккуратно вводили полимерную насадку и опускали на самое дно шарика. Отбор воздуха из шара осуществляли непрерывной прокачкой до установления постоянной концентрации анализируемых компонентов.
Кроме того проводили оценку содержания кислорода в крови. Для экспресс-определения этого показателя применяли пульсоксиметрию - неинвазивный способ определения процентного содержания оксигемоглобина в артериальной крови. Известно, что гемоглобин, связанный с кислородом, абсорбирует волны инфракрасного спектра, деоксигенированный гемоглобин абсорбирует волны красной части спектра. Таким образом, по разнице между количеством абсорбируемого света в разных областях спектра, пропускаемых через ткани (например, фаланги пальца), косвенно определяется уровень сатурации, которая рассчитывается как соотношение количества НbО2 к общему количеству гемоглобина, выраженное в процентах.
Определение влияния МЗП на энергообмен пищевого статуса проводили на добровольцах - студентах, сотрудниках и преподавателях Воронежского Университета Инженерных Технологий, мужчинах и женщинах от 16 до 65 лет, проводящих в помещениях университета ежедневно не менее 6 часов и которые на протяжении эксперимента не изменяли ни характера своего питания, ни образа жизни.
Все испытуемые были разбиты на 3 группы:
1 группа - возраст 16-24, 52 человека
2 группа - возраст 25-44, 31 человек
3 группа - возраст 45-65 лет, 20 человек
В течение 2 месяцев все испытуемые потребляли 3,5г МЗП в день, независимо от приема пищи.
Контрольные измерения состава выдыхаемого воздуха были проведены до начала испытания, спустя месяц с начала приема МЗП, спустя 2 месяца с начала приема МЗП и спустя месяц после окончания приема МЗП. Полученные результаты показали, что при потреблении МЗП понижается уровень содержания кислорода и увеличивается уровень содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе, а также наблюдается повышение уровня оксигемоглобина в крови для всех возрастных групп. Обобщенные сравнительные данные по изменению энергообмена и оксигенизации крови при потреблении МЗП приведены в таблице 1. Результаты газообмена для удобства восприятия материала приведены в ккал/сутки.
Таблица 1 . Сводные данные по энергообмену и оксигенизации крови при приеме МЗП.
Условия эксперимента |
1 группа |
2 группа |
3 группа | |||||||||
Содержание оксигемоглобина в крови (%) |
Количество получаемой энергии (ккал/сутки) |
Содержание оксигемоглобина в крови (%) |
Количество получаемой энергии (ккал/сутки) |
Содержание оксигемоглобина в крови (%) |
Количество получаемой энергии (ккал/сутки) | |||||||
Общее |
Разница с исходной группой |
Общее |
Разница с исходной группой |
Общее |
Разница с исходной группой |
Общее |
Разница с исходной группой |
Общее |
Разница с исходной группой |
Общее |
Разница с исходной группой | |
До приема МЗП |
97,42 |
0 |
2377 |
0 |
97,68 |
0 |
2380 |
0 |
98,14 |
0 |
2290 |
0 |
1 месяц с начала приема МЗП |
98,10 |
+0,68 |
2470 |
+93 |
98,06 |
+0,38 |
2514 |
+134 |
98,37 |
+0,23 |
2400 |
+110 |
2 месяца с начала приема МЗП |
99,00 |
+1,58 |
2520 |
+143 |
98,9 |
+1,22 |
2747 |
+367 |
98,60 |
+0,46 |
2480 |
+190 |
1 месяц после окончания при-ема МЗП |
98,05 |
+0,63 |
2420 |
+43 |
98,13 |
+0,45 |
2428 |
+48 |
98,42 |
+0,28 |
2320 |
+30 |
Анализируя представленные в таблице 1 данные, можно сделать следующие выводы:
1. Потребление МЗП повышает энергоотдачу пищевого статуса вне зависимости от пола и возраста. В среднем повышение энергоотдачи составляет от 5 до 15%.
2. Энергоотдача пищевого статуса действительно определяется приемом МЗП. Прекращение приема МЗП приводит к постепенному снижению энергоотдачи.
3. При сравнении медико-биологических показаний использования МЗП при лечении различных заболеваний [1-7] и энергоотдачи пищевого статуса наблюдается устойчивая корреляция. В общем виде, не касаясь деталей анализа медикобиологических исследований, повышение энергоотдачи пищевого статуса приводит повышению устойчивости (резистентности) организма к изменению внешних и внутренних воздействий.
4. Результаты по оксигенизации крови показывают, что при потреблении МЗП устойчиво и однозначно наблюдается увеличение содержания оксигемоглобина на 0,2-1,5%.
Увеличение содержания оксигемоглобина в артериальной крови на 1% (в диапазон насыщения 97-99%) соответствует увеличению парциального давления кислорода примерно на 20%. Простой перерасчет показывает, что насыщение крови кислородом у человека, принимающего МЗП на высоте около 2 км, будет таким же, как и у человека на равнине, не принимающего МЗП.
Эти данные объясняют результаты, полученные Кьюртоном [6] по увеличению работоспособности людей, принимавших МЗП в высокогорных условиях.
Наблюдаемая эффективность использования МЗП может определяться его богатым набором биосоставляющих: содержание витамина Е от 200 до 500мг%; содержание витамина А около 10мг%; содержание октанозанола около 400мг%, содержание ненасыщенных жирных кислот более 60%.
При приеме МЗП наблюдаются также изменения в составе крови:
• Увеличение содержания в крови эмбрионального НВа2 и фетального HBa1 гемоглобина
• Увеличение Т лимфоцитов
1. Превращение LDL холестерина низкой плотности в HDL холестерин высокой плотности
2. Некоторый сдвиг состава крови в щелочную область
Повышение резистентности организма при приеме МЗП возможно объяснить с биохимических позиций. Но в такой сложной системе, как человек, где существует синергизм и антагонизм, не соблюдается принцип аддитивности, и где биоактивность того или иного соединения определяется не столько его химическим составом, сколько структурой, биохимическая интерпретация результатов с целью получения истины, безусловно интересное и увлекательное занятие, но может больше запутать, нежели помочь пониманию сути наблюдаемых явлений.
Наглядные данные влияния энергетики трансформации пищевого статуса на устойчивость организма были получены авторами в результате анализа состава крови у испытуемых на содержание холестерина.
Атеросклероз коронарных и мозговых артерий в последнее время приобретает глобальный характер. В связи с этим возрастают различные сердечнососудистые заболевания. В определенной степени сердечнососудистые заболевания связывают с содержанием в крови холестерина. Так анализ смертности от сердечнососудистых заболеваний, проведенный в США, показал, что снижение содержания холестерина в сыворотке крови на 10% снижает смертность от сердечнососудистых заболеваний на 13%. Однако при этом следует отметить, что холестерин является одной из важнейших частей клеточных мембран. Также холестерин частично используется для синтеза стероидных гормонов. Так что холестерин для человека необходим. Существует понятие суточной потребности холестерина, которая составляет около 1г в сутки. При этом около 50% холестерина поступает с пищей, а около 50% синтезируется организмом.
Атеросклероз стимулируется не просто наличием холестерина, а его увеличением. Основным фактором риска развития атеросклероза при этом является возрастание содержания в крови т.н. холестерина низкой плотности LDL (плотность 1,019-1,063) в ущерб холестерину высокой плотности HDL (плотность 1,063-1,210). В таблице 2 приведены результаты анализа крови на содержание общего, HDL и LDL холестерина и энергоотдачи пищевого статуса для всех трех групп испытуемых.
Условия эксперимента |
1 группа |
2 группа |
3 группа | |||||||||
Энергоот- дача пищи ккал/сутки |
Общий холестерин ммол/л |
HDL холес- терин ммол/л |
LDL холес-терин ммол/л |
Энергоот- дача пищи ккал/сутки |
Общий холесте- рин ммол/л |
HDL холес терин ммол/л |
LDL холес- терин ммол/л |
Энергоот- дача пищи ккал/сутки |
Общий холес-терин ммол/л |
HDL холес- терин ммол/л |
LDL холес- терин ммол/л | |
До приема МЗП |
2377 |
5,42 |
1,32 |
3,26 |
2380 |
5,40 |
1,17 |
3,40 |
2290 |
5,72 |
1,20 |
3,76 |
1 месяц после начала приема МЗП |
2470 |
5,25 |
1,53 |
3,28 |
2514 |
5,07 |
1,32 |
2,90 |
2400 |
5,23 |
1,32 |
2,98 |
2 месяца после начала приема МЗП |
2520 |
4,63 |
1,55 |
2,81 |
2747 |
4,45 |
1,41 |
2,64 |
2480 |
4,46 |
1,50 |
2,87 |
1 месяц после окончания приема МЗП |
2420 |
5,20 |
1,42 |
3,37 |
2428 |
5,2 |
1,40 |
3,37 |
2320 |
5,20 |
1,42 |
3,37 |
Таблица 2. Сводные данные по результатам анализа крови на содержание общего, HDL и LDL холестерина и энергоотдачи пищевого статуса при приеме МЗП.
Анализируя представленные в таблице 2 данные, можно сделать следующие выводы:
1. Потребление МЗП приводит к понижению общего холестерина, повышению HDL холестерина и снижению LDL холестерина, что свидетельствует о повышении устойчивости организма к возникновению сердечнососудистых заболеваний.
2. Прослеживается четкая корреляция между энергоотдачей пищевого статуса и повышением HDL холестерина с одновременным снижением LDL холестерина.
Общеизвестно, что для биопроцессов структура вещества (т.н. хиральность) имеет большее значение, чем его химический состав, а переход одного и того же вещества от одной структуры к другой определяется только термодинамикой.
В соответствии с правилом Аверса-Скита в теории изометрии, изомер с более высокой плотностью характеризуется меньшей энтропией. [8]
Наблюдаемые в опытах факты: повышение энергоотдачи пищевого статуса, повышение содержания HDL холестерина, снижение содержания LDL холестерина - взаимосвязаны и имеют одну причину - снижение энтропии.
Результаты исследований по повышению энергоотдачи пищевого статуса и одновременного повышения резистентности организма при приеме МЗП, приведенные в статье, показывают, что существуют реальные пути управления трансформацией пищевых продуктов в энергию, позволяющие повышать качество энергии и уменьшать энтропию организма человека.
При этом авторы еще раз подчеркивают, что МЗП не рассматривается в качестве единственного и уникального средства регулирования энергетической трансформации пищи. Оценка пищевого статуса с позиций анализа второго закона термодинамики, безусловно, очень сложная задача, и в настоящее время предстоит встретиться с большим количеством вопросов, нежели ответов.
Однако, как говорил А.Эйнштейн: «В науке о природе точное знание в полном смысле невозможно. Главное, в каком направлении она будет развиваться. Путь этого направления и есть наука».
Авторы полагают, что анализ биоэнергетики питания является тем путем, который позволит более точно и в более обобщенном виде оценить влияние питания на здоровье человека. А представленные в статье результаты свидетельствуют о том, что «Не так страшен черт (дьявол Максвелла) как его малюют».
Ссылки:
1. Talwinder S Kahlon «Cereal Foods' World» v34№ 10 872-875 <1989).
2. Л.A. Шпагина и др. « Использование масла зародышей пшеницы и Витазара в клинике внутренних полезней». Методическое руководство для врачей. Новосибирское книжное издательство, 2001г.
3. Ershoff, В. Н. and Levin, Е., «Beneficial effect of an unidentified factor in wheat germ oil on the swimming performance of guinea pigs». Fed Proc 14:431 (1955).
4. Levin E. «Effects of octacosanol on chick comb growth». Proc Soc Exp Biol Med. 1963 Feb; 112:331.
5. Masunobu N. «Wheat germ oil and its application to health foods» Jpn fudo saensu 23:39(1984).
6. Cureton TK «The Physiological Effects of Wheat Germ Oil on Human Exercise». Springfield. 111 (1972).
7. Л.А. Шпагина и др. «Обоснование использования малых доз масла зародышей пшеницы в программах профилактики и реабилитации жителей крупных промышленных регионов Российской Федерации», г. Новосибирск (отчет), 2002г.
8. Илиел Э. «Стереохимия соединений углерода», изд. Мир, Москва (1965).