Настоящее правильное питание. Как забыть о диетах навсегда

Клетки и прочая биология

Все живое, или то, что когда-то было живым состоит из клеток. Клетка это мельчайшая структурно-функциональная единица существования организма. Как из кирпичей строится дом, так из клеток строится человеческое тело. Прямо сейчас ваше тело состоит из примерно ста триллионов клеток.

Клетки открыл в 17 веке голландский ученый Роберт Гук. Он поместил тонкий срез древесины под окуляр им же усовершенствованного микроскопа, и обнаружил в ней множество пустотелых ячеек. Эти ячейки он и назвал клетками. Еще через несколько лет были открыты бактерии, другие простейшие микроорганизмы, и клетки крови.

Долгое время считалось, что клетки появляются спонтанно из неструктурированного вещества. Лишь в середине 19 века немецкий ученый Роберт Вирхов доказал, что две новые клетки появляются лишь путем деления одной старой клетки.

В современном виде клеточная теория выглядит так:

1. Клетка – элементарная функциональная единица строения всего живого. Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединенных в ткани и органы, связанные друг с другом.

2. Клетка – единая система, она включает множество связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из функциональных единиц – органоидов.

3. Клетки всех организмов похожи друг на друга.

4. Новые клетки происходят путем деления материнской клетки.

Состоит клетка из стенки, отделяющей ее от внешней среды, и внутреннего содержимого. Каждая живая клетка обладает собственным обменом веществ, и способна существовать самостоятельно, при условии поступления пищи.

Есть у клетки и внутренние органы: ядро, в котором хранится генетическая информация, митохондрии – своеобразные «электростанции», рибосомы – мелкие органы, участвующие в передаче генетической информации, и так далее.

Клеточная стенка не монолитна, а вполне проницаема, причем в обе стороны. Через нее клетка может поглощать из крови молекулы пищи, и выделять обратно отходы жизнедеятельности или биологически активные вещества.

Такое внимание уделяется клеткам потому, что многие описываемые далее процессы человеческого тела происходят именно на клеточном уровне. Чтобы понимать их, нужно иметь представление о клеточном строении организма.

Кстати, слово «организм» будет очень часто встречаться в книге, и подразумевает тело человека. А еще часто будет встречаться слово «молекула». Молекула – это мельчайшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Все органы человека связаны между собой кровеносной системой. Благодаря проницаемой клеточной стенке органы могут обмениваться друг с другом сигналами в виде биологически активных веществ. Такие вещества называются «гормоны». Выделяемые одними органами гормоны через проницаемую клеточную стенку попадают в кровеносное русло, и с кровотоком достигают других органов. Там через проницаемую клеточную стенку вновь проникают внутрь клеток и оказывают свое действие.

За уровнем гормонов в крови постоянно следит особый отдел головного мозга – гипоталамус. Он проверяет проходящую через него кровь, и при необходимости отдает команду увеличить или снизить выработку того или иного гормона.

Названия некоторых гормонов известны всем. Это, например, адреналин, серотонин, инсулин, тироксин. Адреналин выделяется надпочечниками в случае опасности или стресса, и придает нам дополнительные силы. Инсулин отвечает за усвоение съеденной пищи. Тироксин, гормон щитовидной железы, отвечает за рост и развитие организма, обмен веществ.

Пищевое поведение контролируется двумя гормонами с противоположными эффектами: лептин и грелин. Лептин подавляет аппетит и позволяет организму мобилизовать жировые запасы. Грелин стимулирует аппетит.

Эти два гормона были открыты совсем недавно, буквально в середине 90-х годов, в США, после почти десяти лет исследований и экспериментов на мышах. Оказалось, что у людей, страдающих крайней степенью ожирения, лептина в организме было крайне мало. Первыми в истории медицины пациентами, чью кровь исследовали на предмет уровня лептина, стали так называемые «пакистанские дети» – брат и сестра, рожденные в близкородственном браке. Состояние детей к моменту начала исследований было не просто тяжёлым, а жизнеугрожающим: восьмилетняя девочка весила почти 90 килограммов, и передвигалась на тележке, её двухлетний брат весил 30 кг. Ели дети непрерывно, и устраивали панику, когда в поле их зрения не было еды – настолько силён был их непрекращающийся голод. Родители детей рассказали ученым, что, когда буфеты и холодильники запирали, дети рылись в отходах и грызли лёд.

Анализы показали, что в крови детей лептина нет вовсе. Независимо от количества поступающей еды, дети не могли испытывать насыщения.

Их стали лечить искусственным введением лептина, и уже после первой инъекции девочка самостоятельно прекратила есть. Впервые в жизни она почувствовала себя сытой. За два следующих года непрерывной терапии лептином ее вес пришел в норму. Точно так же вылечили и ее брата.

Казалось бы, вот оно – найдена «волшебная таблетка», золотая мечта всех худеющих. Но дальнейшие исследования показали, что не все так радужно. При увеличении выборки стало ясно, что три четверти обследуемых пациентов с ожирением не имеют проблем с уровнем лептина в крови. Инъекции лептина не помогали им справляться с перееданием.

Такой тип ожирения назвали «алиментарным», то есть вызванным перееданием. На сегодняшний день ожирение в 85% случаев следует исключительно за перееданием и низкой физической нагрузкой. Нет никакой плохой наследственности, никакой предрасположенности, никаких «виноватых» заболеваний – только неправильный образ жизни. Как бы ни хотелось сторонникам теории «широкой кости» воскликнуть «Я не виноват! Это – гены!», большинство страдающих ожирением в своем состоянии виноваты сами.

На сегодняшний день ожирение становится одной из главных проблем здравоохранения. Люди с лишним весом в пять раз чаще страдают гипертонической болезнью, ишемической болезнью, сахарным диабетом и заболеваниями суставов.

В глобальном масштабе эти заболевания оказывают весомое влияние на экономику.

Согласно подсчетам экономистов, ежегодно на борьбу с ожирением и его последствиями расходуется суммарно более двух триллионов долларов, что составляет 3% от мирового ВВП. Сопоставимые суммы тратятся на борьбу с терроризмом и алкоголизмом, что автоматически ставит ожирение в один ряд с этими проблемами.

Законы Вселенной

Человеческое тело подчиняется тем же фундаментальным законам, что и любой другой объект во Вселенной. В их входят закон притяжения, закон сохранения энергии, закон непреодолимости скорости света и другие. Эти принципы лежат в основе существования Вселенной, и едины для всех. Изучением этих законов занимается физика. Нас будет интересовать ее раздел под названием «термодинамика» – то есть наука о «движении тепла».

Термодинамика рассматривает каждый объект как термодинамическую систему (ТДС). Это некий объем, отграниченный от внешней среды оболочкой, видимый невооруженным взглядом и состоящий из большого числа частиц.

Прямо сейчас, читая эти слова, вы являетесь термодинамической системой, хотите вы того или нет. Человеческое тело подчиняется тем же принципам и законам, что и самые крупные звезды, и самые мелкие частицы.

Термодинамика изучает процессы передачи тепла между ТДС, и описывает правила, по которым эти процессы протекают. На сегодня сформулировано три закона термодинамики, и нам нужен первый из них.

Первый закон термодинамики был открыт в первой половине 19 века, и с ним связана трагическая история. Открывший и сформулировавший его молодой ученый Сади Карно погиб от холеры, и по действовавшему тогда закону все его личные вещи были сожжены, чтобы предотвратить распространение инфекции. Чудом уцелела маленькая записная книжка, в которой спустя несколько лет нашли записи о первом законе термодинамики – законе сохранения энергии.

«Количество энергии, полученное термодинамической системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы против внешних сил» – так звучит первый закон. Другими словами, энергия, полученная системой, должна быть потрачена на совершение работы, либо будет в этой системе сохранена, увеличивая внутреннюю энергию.

Полученная энергия не может просто рассеяться. Она должна быть либо израсходована, либо сохранена. Это закон, и ни малейшего исключения он не допускает. По большому счету, количество энергии во Вселенной неизменно с момента Большого взрыва. Она лишь переходит из одного вида в другой: из потенциальной в кинетическую, из ядерной – в тепловую, из тепловой – в механическую, и так далее.

Разные организмы на Земле получают энергию разными способами. Растения используют энергию частиц солнечного света и питательных веществ из почвы. Холоднокровные животные используют тепло окружающей среды и пищу. Источников энергии у них два, поэтому пищи им требуется сравнительно меньше, чем теплокровным существам. Взрослые королевские питоны, например, могут есть раз в две недели. Для теплокровных животных пища – единственный доступный источник энергии. На первый взгляд может показаться, что такое положение не очень удобно: есть раз в две недели гораздо проще, чем несколько раз в день. Однако это совершенно логично с точки зрения эволюции: такое животное не зависит от света и температуры воздуха. Оно может выжить в темноте и на холоде, лишь бы еды было достаточно. К таким теплокровным существам относится и человек.

Как любая термодинамическая система, он может тратить полученную энергию на совершение работы, либо накапливать ее внутри.

Еда – неотъемлемая часть человеческой культуры. На ней завязано множество традиций и правил. Но с этого места и далее мы будет рассматривать еду исключительно утилитарно – только в качестве источника энергии.

Человеческая пища состоит из белков, жиров и углеводов. Чтобы стать источником энергии, она подвергается в пищеварительном тракте тщательной и глубокой обработке. Сначала её предварительно обрабатывает слюна в ротовой полости, затем в желудке – желудочный сок, и после этого съеденная пища попадает в кишечник. Из кишечника всасывается в виде частиц белков, жиров и углеводов, и разносится по клеткам тела, обеспечивая их энергией и строительным материалом.

В клетках составные части съеденной пищи попадают в «энергетические центры» – митохондрии. В митохондриях они оказываются под действием веществ-ферментов, и превращаются в аденозинтрифосфорную кислоту, или АТФ. Это вещество примечательно тем, что создано природой специально для хранения энергии. АТФ является универсальным энергетической молекулой, в которую в конечном итоге превращаются и белки, и углеводы, и жиры.

Разные продукты питания содержат разное количество энергии, и, соответственно, дают после усвоения разное количество АТФ. Можно ли точно измерить этот показатель?

Изучением этого вопроса занимались в 18 веке французские физики Антуан Лавуазье и Пьер Лаплас. Они проводили эксперимент на морских свинках. Животному скармливали некоторое количество еды, после чего помещали в специально оборудованную стеклянную камеру. Стенки этой камеры улавливали тепло, выделяемое организмом свинки в окружающую среду. Так был открыт очень важный факт: организм свинки. съевшей, к примеру, 20 граммов моркови, выделял ровно столько же тепла, как если бы те же 20 граммов моркови были просто сожжены на открытом огне.

Выделенное тепло было тщательно измерено, а затем разделено на количество съеденной пищи в граммах. Полученный показатель назвали энергетической ценностью, то есть содержанием энергии в одном грамме продукта. Единицей измерения энергетической ценности пищи стала калория (от латинского calor – тепло). Сегодня, спустя 250 лет после открытия энергетической ценности, вы можете взять в руки упаковку любого продукта и увидеть там эту цифру, определенную для производителем. Для удобства сейчас вместо калории используется килокалория – одна тысяча калорий.