Лабораторія харчування Карнегі: де народилася наукова база інтервального голодування

Коли сьогодні говорять про інтервальне голодування, найчастіше згадують сучасних дослідників — Вальтера Лонго, Марка Меттсона, Йосінорі Осумі. Але фундаментальна наукова робота, яка вперше задокументувала, що насправді відбувається в людському організмі під час тривалого голодування, була проведена понад сто років тому — у спеціально збудованій лабораторії в Бостоні, яку фінансувала одна з найвизначніших філантропічних інституцій в історії: Інституція Карнегі у Вашингтоні.

Щоб зрозуміти, звідки бере початок наука про голодування, необхідно знати про лабораторію харчування Карнегі — її місію, методи та резонансне дослідження, яке вона породила.

Інституція Карнегі та наука про харчування

На початку XX століття Інституція Карнегі у Вашингтоні спрямовувала кошти на найактуальніші наукові питання епохи. Харчування було серед них. Вивчення того, як людський організм засвоює їжу — і що відбувається, коли їжа відсутня, — вважалося не лише медично важливим, а й соціально необхідним. Бідність, хвороби та неповноцінне харчування були кризою громадського здоров'я в індустріалізованій Америці, а розуміння метаболічних потреб організму було обов'язковою умовою для їх вирішення.

Директором лабораторії харчування Карнегі в Бостоні, штат Массачусетс, був призначений Френсіс Ґано Бенедикт. Методичний, технічно бездоганний вчений — із тих, хто будує власні прилади, коли наявні виявляються недостатньо точними. Його лабораторія стала однією з найдосконаліших метаболічних дослідницьких установ у світі.

Респіраційний калориметр: серце лабораторії

Головним інструментом лабораторії харчування Карнегі був респіраційний калориметр — пристрій, який Бенедикт спроектував і збудував особисто для вимірювання теплопродукції людського тіла з виняткою точністю. Піддослідний заходив у камеру калориметра і проводив там ніч (або тривалі відрізки часу), поки прилад фіксував кількість виробленого тепла, спожитого кисню та виділеного вуглекислого газу.

Цей метод прямого вимірювання тепла — калориметрія — дав Бенедикту те, чого жодному досліднику до нього не вдавалося досягти з такою точністю: неперервне вимірювання витрат енергії організму під час голодування в режимі реального часу. Він міг із науковою впевненістю відповісти на питання: як саме змінюється енергетичний обмін організму, позбавленого їжі?

Калориметр доповнювала окрема респіраційна апаратура для денних вимірювань газообміну — спожитого кисню та виробленого вуглекислого газу, — що дозволяло розраховувати дихальний коефіцієнт. Це співвідношення показує, яке паливо спалює організм: вуглеводи дають дихальний коефіцієнт близько 1,0; жири — близько 0,70. Протягом 31-денного голодування, що вивчалося 1915 року, Бенедикт спостерігав, як дихальний коефіцієнт падав від значень, близьких до 1,0 у перші дні, до нижче 0,72 — у середині та наприкінці тижнів голодування. Це було прямим, об'єктивним свідченням переходу організму з вуглеводів на жири як основне джерело палива.

Експеримент 1912 року: 31 день повного голодування

Вершиною ранніх досліджень Бенедикта з інтервального голодування став контрольований експеримент, проведений у квітні–травні 1912 року за участю мальтійського піддослідного на ім'я Аґостіно Леванзін. У 1915 році результати були опубліковані у праці A Study of Prolonged Fasting («Дослідження тривалого голодування») — Публікація № 203 Інституції Карнегі у Вашингтоні.

На початку голодування Леванзіну було 40 років. Він мав попередній досвід голодування — зокрема, 37-денне самостійне голодування на Мальті, — а впродовж року перед експериментом харчувався лише один раз на день. Він був фізично здоровий і психічно повноцінний. 10 квітня 1912 року він прибув до лабораторії, три дні провів під базовими вимірюваннями, а 14 квітня розпочав повне голодування, споживаючи лише дистильовану воду протягом 31 послідовного дня.

Вибір дистильованої води був навмисним. Будь-який мінеральний вміст водопровідної води вплинув би на аналіз сечі — один із найважливіших компонентів дослідження. Точно контролюючи споживання води — від 750 мілілітрів на день із подальшим коригуванням за медичними рекомендаціями в ході голодування, — Бенедикт міг з упевненістю відстежувати, що саме організм виводить і що це означає для його внутрішньої хімії.

Що вимірювали і навіщо

Наукове охоплення дослідження Карнегі було надзвичайним для свого часу. Щодня протягом 31-денного голодування Леванзін проходив такі процедури:

Фізичні вимірювання: маса тіла (щоранку після сечовипускання і до одягання), ректальна температура, пульс, артеріальний тиск, обхват живота, а також клінічне обстеження серця, легень, печінки та черевної порожнини лабораторним лікарем.

Респіраційні вимірювання: ранкові сесії в респіраційній апаратурі для вимірювання спожитого кисню та виробленого CO₂, що давало дихальний коефіцієнт і, відповідно, склад палива, яке спалювалося.

Нічна калориметрія: ночі Леванзін проводив у респіраційному калориметрі, який вимірював загальну теплопродукцію і надавав найточніші дані про базальний рівень метаболізму.

Аналіз сечі: добова сеча збиралася щодня. Серед визначуваних складових — азот (показник катаболізму білків), креатинін, сечова кислота, фосфор, кальцій, магній, натрій, хлориди та загальна кислотність, включно з кетоновими тілами (бета-гідроксимасляною кислотою та ацетоном). Це була одна з перших систематичних документацій нутритивного кетозу при голодуванні людини.

Психологічне тестування: щоденні тести пам'яті (відтворення 10 односкладових слів із затримкою), часу реакції (швидкість відповіді на подразник), словесних асоціацій (швидкість і характер вербальної відповіді), а також гостроти зору. Сила стиску кисті вимірювалася динамометром.

Аналіз крові: періодичні забори крові з визначенням кількості еритроцитів, рівня гемоглобіну та, наприкінці дослідження, лейкоцитарної формули.

Цей мультидисциплінарний підхід — одночасне охоплення метаболізму, фізіології, біохімії та психології — створив масив даних, який зберігає наукову цінність понад сто років по тому.

Ключові наукові висновки дослідження Карнегі

Публікація Бенедикта 1915 року містить кілька висновків, безпосередньо пов'язаних із сучасною наукою про голодування:

Часова шкала виснаження глікогену. Спалювання вуглеводів досягло піку 68,8 г у перший день голодування і впало приблизно до 4 г на добу до 10–13-го дня. Після 13-го дня спалювання вуглеводів фактично припинилося — організм повністю вичерпав запаси глікогену. Сучасні оцінки виснаження глікогену для більшості людей є коротшими (12–48 годин), однак Леванзін протягом року їв лише один раз на день, що забезпечило йому незвичайну базову метаболічну гнучкість (Cahill, G.F., 2006, Annual Review of Nutrition).

Метаболічна адаптація. Загальна теплопродукція знизилася з приблизно 836 калорій на 3-й день до мінімуму близько 625 калорій на ніч 21-го дня — зменшення базального рівня метаболізму приблизно на 25%. Це узгоджується з тим, що сучасні дослідження описують як метаболічну адаптацію при обмеженні калорій (Leibel et al., 1995, New England Journal of Medicine).

Збереження білка. Виділення азоту — показник катаболізму білків — досягло піку на 4-й день, а потім послідовно знижувалося, досягши найнижчих значень у фінальні дні голодування. Це продемонструвало, що організм різко скорочує спалювання білка, як тільки встановлюється жировий катаболізм, — процес, який сьогодні пояснюється білокзберігальними ефектами кетозу (Longo & Mattson, 2014, Cell Metabolism).

Нутритивний кетоз. Бета-гідроксимасляна кислота та ацетонові тіла систематично виявлялися в сечі протягом усього голодування — одна з найраніших контрольованих наукових документацій нутритивного кетозу при голодуванні людини. Ацидоз був помірним, а буферні системи організму компенсували його протягом усього часу, без небезпечних порушень кислотно-лужної рівноваги.

Серцево-судинна адаптація. Пульс знизився від підвищених значень на початку голодування до мінімуму в 73 удари на хвилину на 23-й день. Артеріальний тиск також знизився. Ці дані узгоджуються з тим, що сучасні дослідження терапевтичного голодування описують як корисне зниження навантаження на серце (Wilhelmi de Toledo et al., 2019, Nutrients).

Когнітивна стійкість. Попри 31 день без їжі, Леванзін не демонстрував серйозного когнітивного занепаду. Його словесні асоціації залишалися послідовними й складними впродовж усього голодування. На 29-й день він написав детальні багатосторінкові автобіографічні нотатки — свідчення збереження вищих когнітивних функцій майже наприкінці місячного повного голодування. Його розумова діяльність коливалася день у день, і психічний настрій був визначений як найвагоміша змінна у результатах когнітивних тестів (Mattson et al., 2018, Nature Reviews Neuroscience).

Вихід із голодування: критичний урок

Найнебезпечніший момент усього експерименту настав не під час голодування, а одразу після нього. На 31-й день голодування було перервано — Леванзін з'їв цілі лимони, апельсини, мед і виноградний сік. Раптове повернення їжі спричинило гостру кишкову коліку: піддослідного довелося госпіталізувати на короткий час.

Цей епізод, задокументований у дослідженні 1915 року, передвіщає те, що отримало формальну назву й опис лише після Другої світової війни: синдром відновлення харчування. Фізіологічний механізм — раптове відновлення вуглеводного живлення, що стимулює швидке клітинне поглинання фосфату, калію та магнію з утворенням небезпечних дисбалансів, — спостерігався в лабораторії Карнегі в 1912 році, за десятиліття до того, як отримав клінічну назву (Mehanna et al., 2008, BMJ).

Урок, закладений у цих даних, залишається настільки ж актуальним сьогодні, як і в 1912 році: що довше голодування — то ретельніше й поступовіше слід із нього виходити.

Чому дослідження Карнегі досі має значення

A Study of Prolonged Fasting залишається значущою роботою з кількох причин. Це найнауковіше контрольоване дослідження повного тривалого голодування на людині, проведене до того часу. Його методологія — щоденні фізіологічні вимірювання, контрольоване споживання води, респіраційна калориметрія, психологічне тестування — заклала шаблон суворих досліджень голодування, який сучасні вчені визнають і досі.

Дослідження також довело — із науковою точністю, а не на підставі анекдотичних свідчень, — що людина здатна витримати повне 31-денне голодування в контрольованих умовах і вийти з нього когнітивно збереженою, фізично дієздатною (на 31-й день Леванзін піднімався сходами — це було сфотографовано для документації) і метаболічно поясненою. Надзвичайна адаптивність організму — здатність перемикати джерела палива, зберігати білок, знижувати теплопродукцію та підтримувати основні функції — вперше була представлена у вигляді наукових даних.

Сучасна наука про інтервальне голодування будується на цьому фундаменті. Кожна стаття про метаболічне перемикання, кетоз, збереження білка або метаболічну адаптацію при голодуванні певною мірою завдячує тому, що Бенедикт і його команда виміряли й задокументували в тій бостонській лабораторії понад сто років тому.

Книга

Щоб отримати повний практичний посібник з інтервального голодування, заснований як на історичній, так і на сучасній науці, придбайте Intermittent Fasting in Practice на Amazon. Купіть книгу і отримайте 3 місяці безкоштовного доступу до нашого додатку для голодування за посиланням https://www.fastinginpractice.com/redeem.

Часті запитання

Хто керував лабораторією харчування Карнегі? Лабораторію очолював Френсіс Ґано Бенедикт — видатний американський фізіолог і вчений у галузі харчування. Поруч із ним працювала команда науковців із Гарварду та Карнегі, зокрема лікарі, хіміки, психологи та фізіологи.

Хто був піддослідним в експерименті 1912 року? Аґостіно Леванзін — 40-річний мальтійський ерудит: фармацевт, лінгвіст і досвідчений практик голодування. Раніше він самостійно проводив 37-денне голодування і пройшов медичний огляд перед допуском до експерименту.

Як довго тривало голодування у дослідженні? 31 послідовний день повного голодування із вживанням виключно дистильованої води. Попередні вимірювання розпочалися 10 квітня 1912 року; голодування тривало з 14 квітня по 14 травня.

Що таке респіраційний калориметр? Спеціально збудована камера, що вимірювала тепло, яке виробляє тіло людини під час відпочинку, дозволяючи прямо розраховувати базальний рівень метаболізму. Це був один із найточніших приладів для вимірювання метаболізму свого часу.

Де можна прочитати оригінальне дослідження? Повний текст A Study of Prolonged Fasting (1915) перебуває у відкритому доступі і може бути знайдений у цифрових архівах, зокрема на Internet Archive.

Пов'язані статті

Ця стаття спирається на історичні наукові дослідження 1915 року і призначена виключно для інформаційних цілей — не є медичною порадою. Перш ніж розпочинати будь-яке тривале голодування, обов'язково проконсультуйтеся з кваліфікованим медичним фахівцем.

Benedict, F.G. (1915). A Study of Prolonged Fasting. Carnegie Institution of Washington, Publication No. 203.