آزمایشگاه تغذیه کارنگی: جایی که علم روزه‌داری متناوب متولد شد

وقتی امروزه مردم درباره روزه‌داری متناوب صحبت می‌کنند، نام محققان معاصری چون والتر لانگو، مارک متسون و یوشینوری اوسومی را می‌برند. اما کار بنیادین علمی که بیان کرد در بدن انسان هنگام روزه‌داری طولانی‌مدت چه اتفاقی می‌افتد، بیش از یک قرن پیش، درون یک آزمایشگاه ویژه‌ای در بوستون انجام شد — آزمایشگاهی که توسط یکی از بزرگ‌ترین نهادهای خیریه تاریخ تأمین مالی شده بود: کارنگی مؤسسه واشنگتن.

درک مؤسسه کارنگی برای تغذیه — ماموریت آن، روش‌های تحقیقی آن، و مطالعه‌ی نقطه‌عطفی که تولید کرد — برای هر کسی که بخواهد بفهمد روزه‌داری متناوب از کجا شروع شد، ضروری است.

مؤسسه کارنگی و علم تغذیه

در آغاز قرن بیستم، مؤسسه کارنگی واشنگتن سرمایه‌گذاری می‌کرد در مهم‌ترین سؤالات علمی آن عصر. تغذیه یکی از آن‌ها بود. مطالعه نحوه استفاده بدن انسان از غذا — و آنچه که هنگام محروم ماندن از غذا اتفاق می‌افتد — نه تنها از نظر پزشکی بلکه از نظر اجتماعی بسیار مهم تلقی می‌شد. فقر، بیماری، و سوء‌تغذیه بحران بهداشت عمومی در آمریکای در حال صنعی‌شدن بودند، و فهم نیازهای متابولیکی بدن شرط اساسی برای مقابله با این‌ها بود.

فرانسیس گانو بندیکت به عنوان مدیر آزمایشگاه تغذیه کارنگی در بوستون، ماساچوستس منصوب شد. او یک دانشمند دقیق و متعهد بود — نوع محققی که وقتی ابزارهای موجود کافی‌اندازه دقیق نبودند، ابزارهایی خود ساخته می‌کرد. آزمایشگاه او یکی از پیشرفته‌ترین مراکز تحقیق متابولیکی جهان شد.

کالریمتری تنفسی: قلب آزمایشگاه

ابزار تعریف‌کننده آزمایشگاه تغذیه کارنگی دستگاه کالریمتری تنفسی بود — وسیله‌ای که بندیکت طراحی و ساخته بود تا تولید گرمای بدن انسان را با دقت فوق‌العاده سنجد. یک فرد وارد این دستگاه می‌شد و مدتی را — شب یا دوره‌های طولانی‌تر — درون آن می‌گذراند درحالی که ماشین گرمایی را که فرد تولید می‌کند، اکسیژنی را که مصرف می‌کند، و دی‌اکسید کربنی را که دفع می‌کند، اندازه می‌گیرد.

این اندازه‌گیری مستقیم گرما — کالریمتری نامیده می‌شود — به بندیکت چیزی را داد که هیچ محقق پیش از او با این دقت دستیافته نبود: اندازه‌گیری آنی و پیوسته مصرف انرژی بدن هنگام روزه‌داری. او می‌توانست با اطمینان علمی به این سؤال پاسخ بدهد: دقیقاً مصرف انرژی بدن هنگام بی‌غذایی چگونه تغییر می‌کند؟

این کالریمتر همراه با دستگاهی جداگانه برای اندازه‌گیری روز کار می‌کرد — اندازه‌گیری تبادل گازی؛ اکسیژن مصرف‌شده و دی‌اکسید کربن تولیدی — که اجازه محاسبه ضریب تنفسی را می‌داد. این نسبت نشان می‌دهد کدام سوخت بدن می‌سوزاند: کربوهیدرات‌ها ضریب تنفسی نزدیک به ۱ تولید می‌کنند؛ چربی‌ها ضریب نزدیک به ۰.۷۰ تولید می‌کنند. طی روزه‌داری ۳۱ روزه‌ای که سال ۱۹۱۵ مطالعه شد، بندیکت شاهد بود ضریب تنفسی از نزدیک ۱ در روزهای اول تا کمتر از ۰.۷۲ در هفته‌های میانی و بعدی کاهش پیدا کند — شاهدی مستقیم و عینی برای تغییر منبع سوخت بدن از کربوهیدرات به چربی.

آزمایش سال ۱۹۱۲: یک روزه‌داری ۳۱ روزه کامل

اوج کار اولیه بندیکت در مورد روزه‌داری یک آزمایش کنترل‌شده بود که در آوریل‐مه ۱۹۱۲ روی یک فرد مالتی‌الاصل به نام آگوستینو لوانزین انجام شد، که سال ۱۹۱۵ به نام مطالعه‌ای در روزه‌داری طولانی‌مدت منتشر شد — انتشارات مؤسسه کارنگی واشنگتن، شماره انتشار ۲۰۳.

لوانزین در آغاز روزه ۴۰ سال داشت. او تجربه روزه‌داری داشت — از جمله یک روزه‌داری ۳۷ روزه‌ای خود‌جوش در مالت — و یک سال قبل از آزمایش تنها یک وعده غذایی در روز می‌خورد. او از نظر فیزیکی سالم و ذهنی قابل‌اعتماد بود. او در ۱۰ آوریل ۱۹۱۲ به آزمایشگاه رفت، سه روز اندازه‌گیری پایه‌ای انجام داد، و سپس روزه‌داری کامل را آغاز کرد در ۱۴ آوریل، تنها آب مقطر می‌نوشید برای ۳۱ روز متوالی.

انتخاب آب مقطر عمدی بود. هر گونه محتوای معدنی در آب شهری تحلیل ادرار را تأثیر می‌گذاشت، که یکی از اهم‌ترین اجزای مطالعه بود. با کنترل دقیق دریافت آب — شروع از ۷۵۰ میلی‌لیتر در روز و تعدیل شده توسط توصیه پزشک هنگام پیشرفت روزه — بندیکت می‌توانست با اطمینان دقیق ردگیری کند بدن دقیقاً چه چیزی دفع می‌کند و آن چه معنی دارد درباره شیمی درونی آن.

آنچه اندازه‌گیری شد و چرا

عمق علمی مطالعه کارنگی برای آن زمان غیرعادی بود. هر روز طی ۳۱ روز روزه‌داری، لوانزین مورد داده‌های متعددی قرار گرفت:

اندازه‌گیری‌های فیزیکی: وزن (هر صبح بعد از ادرار و پیش از لباس‌پوشی)، دمای مستقیم، ضربان قلب، فشار خون، دور شکم، و معاینه‌ی بالینی قلب، ریه، کبد، و شکم توسط پزشک آزمایشگاه.

اندازه‌گیری‌های تنفسی: جلسات صبح‌گاهی در دستگاه تنفسی برای اندازه‌گیری اکسیژن مصرف‌شده و CO۲ تولیدی، که ضریب تنفسی و در نتیجه ترکیب سوخت مصرف‌شده را می‌داد.

کالریمتری شبانه: لوانزین شب‌ها در کالریمتری تنفسی می‌خوابید، که تولید گرمای کل را اندازه می‌گیرد و داده‌های دقیق‌ترین در مورد میزان متابولیک پایه فراهم می‌کرد.

تحلیل ادرار: تمام ادرار هر روز جمع‌آوری می‌شد. اجزایی که اندازه‌گیری می‌شدند شامل: نیتروژن (جانشین برای تجزیه پروتئین)، کراتینین، اسید اوریک، فسفر، کلسیم، منیزیم، سدیم، کلریدها، و اسیدیته کل شامل بدن‌های کتون (اسید بتا‌هیدروکسی‌بوتیریک و استون). این یکی از اولین مستندات سازمان‌یافته‌ی کتوز تغذیه‌ای در روزه‌داری انسان بود.

آزمایش روانی: آزمایش‌های روزانه حافظه (۱۰ لغت یک‌هجایی که بعد از تأخیر به یاد آورده می‌شد)، زمان واکنش (سرعت پاسخ به یک محرک)، انجمن کلمات (سرعت و نوع واکنش کلامی)، و تیزی بینایی. قدرت گرفتاری با دینامومتر اندازه می‌گیرفت.

تحلیل خون: نمونه‌های خونی دوره‌ای برای اندازه‌گیری تعداد گلبول‌های قرمز، هموگلوبین، و بعدها در مطالعه، تفاوت‌های گلبول‌های سفید.

این رویکرد چند‌رشته‌ای — پوشش‌دهنده متابولیسم، فیزیولوژی، بیوشیمی، و روانشناسی همزمان — مجموعه‌ای از داده‌ها تولید کرد که بیش از یک قرن بعد همچنان از نظر علمی ارزشمند است.

یافته‌های کلیدی علمی از مطالعه کارنگی

انتشار سال ۱۹۱۵ توسط بندیکت چندین یافته را به دست داد که به طور مستقیم با علم روزه‌داری متناوب معاصر ارتباط دارند:

خط‌زمانی تخلیه گلیکوژن. سوخت کربوهیدرات در روز اول روزه به اوج ۶۸.۸ گرم رسید و تا روزهای ۱۰‐۱۳ به تقریباً ۴ گرم در روز کاهش یافت. بعد از روز ۱۳، سوخت کربوهیدرات عملاً متوقف شده بود — بدن مخزون گلیکوژن خود را کاملاً تخلیه کرده بود. برآورد‌های معاصری برای تخلیه گلیکوژن در مردم عادی کوتاه‌تر است (۱۲‐۴۸ ساعت)، اما لوانزین یک سال برای یک وعده غذایی در روز می‌خورد، که او را از انعطاف‌پذیری متابولیکی پایه غیرعادی برخوردار می‌کرد (Cahill, G.F., 2006, Annual Review of Nutrition).

تطابق متابولیکی. تولید گرمای کل از تقریباً ۸۳۶ کالری در روز ۳ به حداقل تقریباً ۶۲۵ کالری در شب ۲۱ کاهش یافت — کاهش تقریباً ۲۵ درصدی در میزان متابولیکی پایه. این منعکس کننده آن است که تحقیقات معاصری آن را به عنوان تطابق متابولیکی طی محدودیت کالری توصیف می‌کند (Leibel et al., 1995, New England Journal of Medicine).

صرفه‌جویی پروتئین. دفع نیتروژن — اندازه‌گیری تجزیه پروتئین — در روز ۴ به اوج رسید و سپس به صورت پیوسته کاهش یافت، دستیابی به مقادیر پایین‌ترین در روزهای آخر روزه. این نشان داد که بدن هنگام برقرار شدن تجزیه چربی، به طور تهاجمی دور می‌شود از سوزاندن پروتئین — فرآیندی که اکنون از طریق اثرات صرفه‌جویی پروتئین کتوز درک می‌شود (Longo & Mattson, 2014, Cell Metabolism).

کتوز تغذیه‌ای. بدن‌های اسید بتا‌هیدروکسی‌بوتیریک و استون به طور سازمان‌یافته در ادرار طی تمام روزه‌ها تشخیص داده شدند — یکی از اولین مستندات علمی کنترل‌شده‌ی کتوز تغذیه‌ای در روزه‌داری انسان. اسیدوز متوسط بود و سیستم‌های بافری بدن در طول روزه‌ای جبران کردند، بدون هیچ نابرابری خطرناک اسید‌بازی.

تطابق قلب‌عروقی. ضربان قلب از بالا‌ترین‌های اولیه روزه به پایین‌ترین ۷۳ ضربه در دقیقه در روز ۲۳ کاهش یافت. فشار خون نیز کاهش یافت. این یافته‌ها مطابق با آن‌چه تحقیقات معاصری روزه‌داری درمانی به عنوان کاهش مفید در بار کاری قلبی توصیف می‌کند (Wilhelmi de Toledo et al., 2019, Nutrients).

تاب‌آوری شناختی. علی‌رغم ۳۱ روز بی‌غذایی، لوانزین فروپاشی شناختی شدید را نشان نداد. پاسخ‌های انجمن کلمات او در تمام روزه‌ها منسجم و پیچیده ماند. در روز ۲۹، او یادداشت‌های خودزندگی‌نامه‌ای تفصیلی، چند صفحه‌ای نوشت — نمایشی از عملکرد شناختی حفظ‌شده سطح بالا نزدیک به انتهای یک روزه‌داری کامل یک ماهی. عملکرد ذهنی او روز به روز متفاوت بود، با نگرش ذهنی شناسایی‌شده به عنوان متغیر تک‌تنهایی مهم‌ترین در نتایج آزمایش شناختی (Mattson et al., 2018, Nature Reviews Neuroscience).

شکستن روزه: یک درس حیاتی

خطرناک‌ترین لحظه کل آزمایش نه هنگام روزه بلکه فوری بعد از آن رخ داد. در روز ۳۱، روزه شکسته شد با لیموها (کامل خورده شد)، پرتقال، عسل، و آب انگور. بازآمدن ناگهانی غذا باعث درد شدید روده‌ای شد — لوانزین به بستری کوتاه مدتی در بیمارستان نیاز پیدا کرد.

این اپیزود، مستند‌شده در مطالعه ۱۹۱۵، پیشگویی می‌کند آن‌چه که تنها پس از جنگ جهانی دوم به‌طور رسمی نام و توصیف داده شد: سندرم بازتغذیه. مکانیسم فیزیولوژیکی — بازآمدن ناگهانی کربوهیدرات که جذب سریع فسفات، پتاسیم، و منیزیم را در سطح سلولی موجب می‌شود، نابرابری‌های خطرناکی ایجاد می‌کند — در عمل در آزمایشگاه کارنگی سال ۱۹۱۲ مشاهده شد، دهه‌ها پیش از این‌که نام بالینی پیدا کند (Mehanna et al., 2008, BMJ).

درسی که در این داده‌ها ریشه دارد همچنان برابر اهمیتی دارد امروز به‌عنوان سال ۱۹۱۲: هر چه روزه‌داری طولانی‌تر، احتیاط‌تر و تدریجی‌تر شکستن روزه.

چرا مطالعه کارنگی همچنان مهم است

مطالعه‌ای در روزه‌داری طولانی‌مدت به چندین دلیل مهم باقی می‌ماند. این دقیق‌ترین مطالعه علمی کنترل‌شده روزه‌داری کامل طولانی‌مدت انجام‌شده بر روی یک فرد انسان تا زمان انتشار آن است. روش‌شناسی آن — اندازه‌گیری فیزیولوژیکی روزانه، دریافت آب کنترل‌شده، کالریمتری تنفسی، آزمایش روانی — الگویی برای تحقیق دقیق روزه‌داری ایجاد کرد که دانشمندان معاصری هنوز به رسمیت می‌شناسند.

همچنین نشان داد، با دقت علمی نه داستان‌گویی، که یک انسان می‌تواند تحت شرایط کنترل‌شده یک روزه‌داری کامل ۳۱ روزه‌ای را سپری کند و از نظر شناختی سالم، فیزیکی قابل‌اقدام (لوانزین روز ۳۱ پله‌ها را بالا رفت، عکس‌برداری‌شده برای مستندات)، و متابولیکی قابل‌توضیح بیرون آید. تطابق فوق‌العاده بدن — توانایی آن برای تغییر منابع سوخت، صرفه‌جویی پروتئین، کاهش تولید گرما، و نگهداری عملکرد ضروری — برای اولین بار در داده‌ها آشکار شد.

علم معاصری روزه‌داری متناوب بر این بنیاد بنا می‌شود. هر مقاله درباره تغییر متابولیکی، کتوز، صرفه‌جویی پروتئین، یا تطابق متابولیکی ناشی از روزه‌داری چیزی مدیون آن است که بندیکت و تیم او اندازه‌گیری و مستند کردند در آن آزمایشگاه بوستونی بیش از یک قرن پیش.

فراخوان کتاب

برای یک راهنمای عملی کامل درباره روزه‌داری متناوب که در علم تاریخی و معاصری ریشه دارد، روزه‌داری متناوب در عمل را از Amazon تهیه کنید. کتاب را خریداری کنید و ۳ ماه رایگان در برنامه روزه‌داری ما در https://www.fastinginpractice.com/redeem بدست آورید.

سؤالات متداول

چه کسی آزمایشگاه تغذیه کارنگی را اداره می‌کرد؟ فرانسیس گانو بندیکت، یک فیزیولوژیست و دانشمند تغذیه‌ای پیشرو آمریکایی، آزمایشگاه را هدایت می‌کرد. او تیمی از دانشمندان هاروارد و کارنگی داشت که در کنار او کار می‌کردند، از جمله پزشکان، شیمی‌دانان، روانشناسان، و فیزیولوژیست‌ها.

چه کسی موضوع آزمایش روزه‌داری سال ۱۹۱۲ بود؟ آگوستینو لوانزین، یک نوابغ مالتی‌الاصل ۴۰ ساله — داروشناس، زبان‌شناس، و روزه‌داری باتجربه. او قبلاً یک روزه‌داری ۳۷ روزه‌ای خود‌جوش انجام داده بود و برای آزمایش تأیید پزشکی شده بود.

روزه‌داری مطالعه چند روزه بود؟ ۳۱ روز متوالی روزه‌داری کامل، تنها آب مقطر نوشیدن. اندازه‌گیری‌های اولیه در ۱۰ آوریل ۱۹۱۲ شروع شدند؛ روزه از ۱۴ آوریل تا ۱۴ مه بود.

کالریمتری تنفسی چه بود؟ یک اتاق ویژه‌ای که گرمایی تولید‌شده توسط بدن فرد را هنگام استراحت اندازه می‌گیرد، اجازه محاسبه مستقیم میزان متابولیکی پایه را می‌دهد. این یکی از دقیق‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری متابولیکی دوران خود بود.

کجا می‌تواند من مطالعه اصلی را بخوانم؟ متن کامل مطالعه‌ای در روزه‌داری طولانی‌مدت (۱۹۱۵) در دامن عمومی است و می‌تواند از طریق آرشیوهای دیجیتالی از جمله Internet Archive دسترسی‌پذیر شود.

مقالات مرتبط

• روزه‌داری طولانی‌مدت چیست و چگونه با روزه‌داری متناوب متفاوت است؟
• علم روزه‌داری ۳۱ روزه‌ای: آنچه یک مطالعه نقطه‌عطفی ۱۹۱۵ فاش کرد
• روزه‌داری طولانی‌مدت چقدر است؟ تعریف پنجره‌های روزه‌داری توسیع‌شده

این مقاله بر اساس تحقیقات علمی تاریخی سال ۱۹۱۵ است و تنها برای اطلاع‌رسانی است — نه مشاوره‌ی پزشکی. همیشه پیش از شروع هر روزه‌داری طولانی‌مدت با یک ارائه‌دهنده مراقبت بهداشتی واجد شرایط مشورت کنید.

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