Лабораторія харчування Карнегі: де народилася наукова база інтервального голодування

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.

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.

Тепер ви знаєте, що відбувається всередині посту. Застосунок каже, на якій ви годині, саме коли це відбувається — приєднуйтеся безкоштовно в App Store.