Как продлили жизнь животным

О важности уменьшения калорийности пищи для увеличения продолжительности жизни в научном мире говорили ещё в начале ХХ века. И действительно, с тех пор таким нехитрым способом в экспериментах удалось продлить жизнь множеству организмов – от дрожжей и червей до мышей и обезьян. Джош Миттельдорф, исследователь Национального института биологических наук в Пекине (Китай) и Университета Вашингтона в Сент-Луисе (США), обобщил и проанализировал все известные на сегодня научные работы на эту тему. В итоговом рейтинге веществ и методов, которые способны отсрочить старение, безоговорочное первое место заняло именно ограничение калорийности. Благодаря ему в разных лабораториях по всему миру грызунам удавалось прожить дольше на 30 – 40 %, а риск развития опухолей и других болезней у них был в два раза меньше. Причём речь не о какой-то конкретной диете, а о банальном сокращении белков, жиров и углеводов – этим мышам давали втрое меньше еды. Однако не всё так просто.

С одной стороны, мыши нам близки – не по духу, конечно, а генетически (80 % генов человека идентичны мышиным, а 99 % очень похожи на них), да и основные биологические процессы по большей части одинаковы. Но, с другой стороны, что хорошо для грызуна, необязательно столь же хорошо для человека – именно поэтому порой открытия, сделанные после опытов на мышах и крысах, до применения у человека так и не доходят. И, конечно, если урезать человеку рацион втрое, он просто скончается от недоедания.

Проводить подобные исследования на приматах сложнее – из-за их долгожительства. Для сравнения: для макак и шимпанзе нужно два-три десятка лет эксперимента вместо двух-трёх лет для грызунов. И всё же два таких исследования на обезьянах существуют. Первое, известное как NIA study, было проведено в питомнике американского научного агентства (NIH Animal Center) под эгидой Национального института старения США. Оно стартовало в 1987 году. Второе (его называют UW study), запустили в 1989-м учёные из университета Висконсина на базе Висконсинского национального центра по изучению приматов.

Результаты обоих исследований были не столь потрясающими, как на мышах. Более того, поначалу они вообще были прямо противоположными и поставили научное сообщество в тупик.

– Несовпадение результатов наших исследований в прошлом поставило под сомнение, возможен ли перенос их результатов на человека в принципе, и заставило многих коллег усомниться в том, что их выводы вообще несут какую-либо пользу для понимания процесса старения. Сейчас мы знаем, почему наши выводы отличались, – рассказывает Розалин Андерсон из университета Висконсина.

Выяснилось, что различия были вызваны тем, что макак ограничили в калориях в разном возрасте – приматологи из Национального института старения делали это с ранних лет (1 – 2 года), а коллеги из университета Висконсина – только когда обезьяны достигали восьми лет.

В то же время проведённые в начале ХХ века эксперименты на мышах показали, что ограничение рациона с первых дней жизни может сократить её продолжительность, а вот переход на низкокалорийную диету во взрослые и пожилые годы, наоборот, её продлевает.

Когда учёные исключили из данных Национального института старения макак, начавших низкокалорийно питаться на первый или второй год жизни, выводы обоих экспериментов совпали, указав на повышенную продолжительность жизни у тех обезьян, чей рацион был ограничен на 30 %. В среднем эти приматы жили на два-четыре года дольше, чем макаки из контрольной группы, а некоторые особи доживали до 35 – 40 лет, что почти в полтора раза больше, чем обычные сроки жизни таких макак в неволе.

Помимо более длительных сроков жизни, низкокалорийная диета улучшила состояние здоровья приматов: риск умереть от возрастных недугов у них сократился в три раза, они реже болели диабетом и раком, а если взглянуть на их фотографии, видно, что даже внешне макаки, лишённые избытка калорий, выглядят значительно лучше контрольной группы. Последние сгорбились и полысели, тогда как первые даже к концу экспериментов были подтянутыми, с густой яркой шерстью. Да, срок жизни увеличился ненамного, но значительно продлилась молодость – период здоровой и активной жизни. А не это ли наша главная цель? Ведь важна не столько продолжительность жизни, сколько продолжительность здоровья. Вряд ли кто-то захочет просто прибавить себе ещё 20 – 30 лет угасания.

Эксперименты на людях

Поставить контролируемый эксперимент с человеком длиной во всю жизнь ещё сложнее, чем с обезьянами. Именно поэтому подобных научно достоверных данных у нас пока нет. И всё же некоторые попытки проанализировать результат сокращения калорийности рациона людей предпринимались.

Например, совсем недавно, летом 2019 года были опубликованы промежуточные итоги проекта CALERIE (Comprehensive Assessment of Long-term Effects of Reducing Intake of Energy, «Всестороннее исследование долгосрочных эффектов сокращения потребления энергии»). Здоровые добровольцы (им было от 21 до 50 лет) пробовали в течение двух лет потреблять на 25 % меньше калорий и иногда заниматься физическими упражнениями. Я говорю «пробовали» – потому что не у всех это получилось, и в среднем люди сумели урезать калораж своей пищи лишь на 12 % – это примерно 300 ккал. Тем не менее во многих случаях сердечно-сосудистые и метаболические показатели их здоровья улучшились, хотя и так были в нормальном диапазоне. Участники сбросили в среднем по 7 кг, у них нормализовалось давление, снизился уровень холестерина и сахара в крови, а также общий уровень воспаления в организме. Но как это повлияло на продолжительность жизни? Эксперименты недавние, поэтому и данные о смертности появятся нескоро.

Исследовали и более суровые ограничения. Об одном из вариантов в своей книге «Лонгевита. Революционная диета долголетия» (она, кстати, переведена и на русский язык) пишет уже знакомый нам профессор Вальтер Лонго. В студенческие годы в Калифорнийском университете его научным руководителем был доктор Рой Уолфорд. С семью добровольцами он на два года стал затворником в местечке посреди Аризонской пустыни – комплексе «Биосфера-2». Целью было выяснить, сможет ли человек жить в условиях крайне ограниченных ресурсов (питались подопытные только той пищей, что производили самостоятельно в изолированном пространстве).

– Когда «на свободе» готовились встречать восьмерых отчаянных храбрецов, я тоже приехал их поздравить, – вспоминает Лонго. – В итоге они так исхудали, что на них было страшно смотреть, и настолько злых и раздражённых людей я в жизни не видел.

Похожие впечатления производили мужчины, участвовавшие в Миннесотском исследовании голодания (Minnesota starvation experiment), в ходе которого 36 мужчин потребляли на 30 – 40 % меньше калорий (в среднем в день они получали 1560 ккал, а рацион состоял в основном из картофеля, брюквы, репы, хлеба и макаронных изделий). Некоторые метаболические показатели добровольцев улучшились, но, как и следовало ожидать, люди были истощены, слабы, находились в депрессии, у них наблюдались нарушения поведения… Они буквально сходили с ума!

– Они могли нянчиться с едой, как с ребёнком, или трястись над ней, как над золотом. Они играли с ней, как дети, строящие куличики, – писал один из участников.

Однажды, рубя дрова, подопытный Сэмюэл Легг отрубил себе три пальца.

– Я признаю, что в то время был не в себе, – объяснял позже Легг. – Я не готов сказать, что сделал это нарочно. Но я и не готов сказать обратное.

Впрочем, после возвращения к нормальному режиму питания эти симптомы исчезли. Что интересно, примерно 50 % участников эксперимента в итоге прожили на восемь лет дольше ожидаемого для их поколения. Вообще, в ходе этого исследования учёные пытались воссоздать ситуацию голодания во время Второй мировой, чтобы разработать эффективную систему реабилитации истощённого населения послевоенной Европы.

Впрочем, войны и сами стали случайными экспериментами – страшными и беспощадными. Некоторые страны не несли существенных потерь в ходе боевых действий, но их жители страдали от серьёзного дефицита пищи. Так, во время Первой мировой из-за прекращения торговли с США и Британией население Копенгагена было вынуждено в течение двух лет есть меньше, чем обычно. После этого правительство подсчитало, что смертность в столице Датского королевства сократилась на 34 %.

Ещё один пример – оккупированная во время Второй мировой Норвегия. Власти заявили, что количество смертей, вызванных болезнями системы кровообращения, упало на 30 % по сравнению с довоенным временем – по мнению норвежских учёных, во многом благодаря вынужденному голоду.

Российские исследователи тоже заинтересовались долгожителями, пережившими жестокие военные условия. Генетик и ведущий научный сотрудник Санкт-Петербургского государственного университета Олег Глотов попросил принять участие в его исследовании людей, переживших блокаду Ленинграда. 206 блокадников ответили на вопросы специальной анкеты и сдали кровь – результаты этих лабораторных исследований стали сенсацией (в 2015 году их опубликовали в Science – одном из самых влиятельных научных журналов мира). Оказалось, что выживание зависело в значительной степени от генов! Главное отличие блокадников скрывалось в участках ДНК, отвечающих за метаболизм. Устояли те, чей генотип был настроен на экономный расход энергии. Впрочем, этот эксперимент подтвердил и теорию ограничения калорийности.

Как работает сокращение калорийности

Учёные считают, что при ограничении рациона в организме меняется процесс обмена веществ. В результате замедляются все биологические процессы, в том числе старение – по всей видимости, в связи с тем, что менее активно идёт накопление «поломок», из-за которых в организме развиваются неблагоприятные процессы.

С этой теорией согласна клинический физиолог Леанн Редмэн, возглавлявшая ещё одно недавнее исследование о влиянии сокращения калорийности на скорость старения. В двухгодичном эксперименте принимали участие 53 человека, не страдающих ожирением. Треть из них питалась как обычно, остальные сократили привычное количество пищи на 25 %. Перед началом исследования замерили скорость метаболизма участников. Через два года стало заметно, что диета действительно замедляет обмен веществ и повышает его эффективность.

– По сути, это значит, что клеткам для производства энергии нужно меньше кислорода, – объясняет Редмэн. – А если используется меньше кислорода, сокращается количество опасных свободных радикалов. Кислород может повреждать ткани и клетки, так что, если его затраты снижаются, снижается и вероятность повреждений.

А именно эти повреждения ускоряют старение. Более того, ограничение калорийности переводит клетку в режим боевой готовности. Если из-за слишком сильного стресса клетка может преждевременно состариться или «покончить с собой», то слабый стресс, как утверждает наука, наоборот, может побудить клетку мобилизовать свои ресурсы – этот эффект называют гормезисом. Она как бы сама себя омолаживает.

Важную роль в этих процессах играют три белка – киназа mTOR, инсулиноподобный фактор роста (IGF-1) и гормон роста (соматотропин). Все они – особые сенсоры еды, реагирующие на наличие в клетке питательных веществ (например, глюкозы). Если пища есть, то mTOR запускает синтез белка, гормон роста активизирует рост клетки, IGF-1 – поглощение веществ извне и запасание их внутри клетки. Все эти процессы приводят к накоплению в клетке свободных радикалов и дефектных белков – побочных продуктов интенсивного обмена веществ. Сокращение калорийности снижает активность этих трёх белков-регуляторов и соответствующих сигнальных путей. При этом клетка начинает производить собственные антиоксиданты и запускает аутофагию – процесс регенерации. Это позволяет избавиться от накопленных повреждений и стать устойчивее к стрессам.

Выходит, что клетка становится здоровее и живёт дольше при слабой интенсивности обмена веществ. Но стоит помнить, что это верно лишь для взрослых организмов, в которых процессы роста и развития закончились. Именно поэтому ограничение калорийности рациона макак в совсем юном возрасте (NIA study) не дало ожидаемого результата.

Как показывают исследования, благодаря уменьшению количества пищи точно снижается кровяное давление, уровень холестерина и триглицеридов. Ограничение калорийности воздействует на многие болезни, такие как рак, диабет, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания.

Однако у всего есть две стороны – постоянное пищевое воздержание относительно ослабляет организм, приводит к мышечной атрофии, увеличивает риск возникновения других недугов и даже может привести к смерти при определённых условиях. Люди на диете часто страдают снижением либидо, так как уменьшение калорийности пищи ведёт к падению уровня тестостерона. Кроме того, они чаще мёрзнут из-за замедления темпов метаболизма – это сопровождается изменением процесса терморегуляции. В общем, даже в вопросе умеренности в еде должна быть умеренность. Сократить калорийность не более чем на 20 %, по мнению большинства экспертов, вполне безопасно, если у вас, конечно, нет недостатка веса и тяжёлых заболеваний.

Как не переедать

Возможно, дело даже не столько в сокращении калорийности, сколько в том, чтобы не переедать. Пересмотр данных о продолжительности жизни 60 000 мышей и крыс, выполненный при поддержке Национального института старения США, показал, что многие эффекты ограничительной диеты связаны с негативным влиянием переедания. В некоторых исследованиях животные просто страдали от избыточного веса, поскольку питались без ограничений. В таких случаях сокращение калорийности спасало от метаболического синдрома, вызванного ожирением.