Одинаковые калории — разная реакция организма на еду

Учёные обнаружили, что степень обработки продуктов может влиять на инсулин и обмен веществ даже при практически одинаковом питательном составе

Мы привыкли оценивать продукты по цифрам. Сколько калорий? Сколько белков, жиров и углеводов? Есть ли сахар, соль и клетчатка?

На первый взгляд, если два блюда имеют одинаковый питательный состав, организм должен реагировать на них приблизительно одинаково.

Но команда исследователей из Виргинского политехнического института и университета штата Виргиния (Virginia Tech) решила проверить предположение, которое долго оставалось предметом научных дискуссий: может ли сама степень промышленной обработки пищи изменять обмен веществ независимо от количества основных питательных веществ?

Ответ оказался интереснее, чем ожидали исследователи.

Два разных обеда с почти одинаковым составом

Для эксперимента учёные составили два набора продуктов.

Первый включал варёное яйцо, банан, сушёную клюкву и сыр. Эти продукты относились к категориям без ультрапереработки.

Второй состоял из промышленно приготовленной индейки, картофельного пюре быстрого приготовления, сладких хлопьев, печенья, овощных чипсов и небольшого количества хлеба с арахисовой пастой и джемом.

По внешнему виду, вкусу и происхождению продукты заметно различались.

Но их питательные характеристики были удивительно близкими.

Оба набора весили приблизительно 156 граммов и содержали около 300 килокалорий.

Количество углеводов составляло около 40 граммов, жиров — 12 граммов, белков — 11 граммов. Содержание пищевых волокон в обоих случаях равнялось 3,3 грамма.

Исследователи также уравняли содержание натрия, воды и даже гликемический индекс — показатель, характеризующий способность углеводсодержащей пищи повышать концентрацию глюкозы в крови.

Различия по контролируемым питательным характеристикам не превышали 1,6%.

Фактически перед участниками находились два варианта еды, которые по обычным показателям пищевой ценности были практически эквивалентны.

Однако их промышленная обработка существенно различалась.

Для классификации исследователи использовали систему NOVA. Она делит продукты на четыре группы в зависимости от характера и целей обработки. Четвёртая группа объединяет ультрапереработанные продукты — промышленные пищевые композиции, обычно содержащие ингредиенты и добавки, нехарактерные для домашней кухни.

Как измеряли реакцию организма

В исследовании участвовали 57 здоровых взрослых людей в возрасте от 18 до 45 лет. Средний возраст составлял около 26 лет.

Из них 32 человека прошли две полноценные метаболические сессии.

Эксперимент был рандомизированным и перекрёстным: каждый участник в разные дни получал оба варианта еды, а последовательность определялась случайным образом.

Такой подход позволял сравнивать реакцию одного и того же организма на два разных набора продуктов.

После ночного голодания добровольцы размещались в специальной метаболической камере.

Это помещение, в котором по потреблению кислорода и выделению углекислого газа можно оценивать энергетические затраты организма и использование различных источников энергии.

Сначала исследователи измеряли показатели обмена веществ в покое. Затем участники съедали один из наборов продуктов.

Следующие три часа учёные отслеживали концентрации глюкозы и инсулина в крови, расход энергии, окисление углеводов и жиров.

Именно эти измерения выявили существенные различия.

Как ультрапереработанные продукты влияют на инсулин

Самым заметным результатом стала разница в инсулиновом ответе.

Инсулин — гормон поджелудочной железы, который помогает организму регулировать концентрацию глюкозы в крови. В частности, он способствует поступлению глюкозы в клетки и её запасанию.

После любого приёма пищи, содержащей углеводы, повышение инсулина является нормальной физиологической реакцией.

Однако в эксперименте после ультрапереработанного набора продуктов концентрация инсулина повышалась значительно сильнее.

Различия были статистически значимыми на 40-й, 60-й, 90-й и 120-й минутах после еды.

При этом общая реакция глюкозы за три часа практически не различалась между двумя вариантами питания.

После менее обработанных продуктов глюкоза первоначально повышалась быстрее. Через 40 минут её концентрация достигала максимума в обоих случаях.

После ультрапереработанной еды глюкоза имела тенденцию дольше оставаться повышенной, хотя различия на поздних этапах не были столь убедительными.

Получается любопытная ситуация.

Два набора продуктов доставили организму практически одинаковое количество углеводов и вызвали сопоставимое суммарное повышение глюкозы.

Но для регулирования её концентрации организм выделил разное количество инсулина.

Это не означает, что у участников после одного приёма пищи возникла инсулинорезистентность — снижение чувствительности клеток к действию инсулина.

Именно здесь обнаруживается одно из ограничений привычного подхода к оценке питания только по калориям и количеству углеводов.

Почему организм по-разному использовал одни и те же питательные вещества

Различия не ограничились инсулином.

После ультрапереработанного набора продуктов исследователи зарегистрировали более выраженный суммарный энергетический ответ организма в течение трёх часов.

Одновременно изменилось соотношение используемых источников энергии.

В нормальных условиях после богатой углеводами еды организм постепенно переключается на более активное использование углеводов в качестве топлива.

Этот процесс можно оценивать по дыхательному коэффициенту — соотношению выделяемого углекислого газа и потребляемого кислорода.

У разных питательных веществ это соотношение различается, поэтому показатель помогает определить, какое топливо преимущественно используется организмом.

После менее обработанной еды переключение на окисление углеводов происходило быстрее и было более выраженным в ранний период после приёма пищи.

После ультрапереработанного набора эта реакция оказалась ослабленной и смещённой во времени. Одновременно наблюдались различия в окислении жиров.

Учёные рассматривают такую картину как возможное изменение метаболической гибкости — способности организма переключаться между жирами и углеводами в зависимости от поступления питательных веществ.

Важно правильно интерпретировать увеличение энергетических затрат после ультрапереработанной еды.

Оно не означает, что подобные продукты помогают снижать вес.

Исследователи измеряли кратковременные изменения обмена веществ после небольшого приёма пищи, а не влияние рациона на массу тела.

Что меняется в еде, если калории остаются прежними

Это, пожалуй, наиболее интересный вопрос исследования.

На этикетке можно указать, что продукт содержит 40 граммов углеводов. Но этикетка практически ничего не говорит о физической структуре, в которой эти углеводы находятся.

Между тем пищеварительная система взаимодействует не с таблицей пищевой ценности, а с реальным материалом.

Представим зерно злака.

В относительно цельном зерне крахмал заключён внутри растительных клеток и окружён другими структурными компонентами.

Чтобы получить доступ к крахмалу, пищеварительные ферменты должны преодолеть эти препятствия.

При промышленной обработке зерно могут измельчать, нагревать, подвергать экструзии и другим технологическим операциям.

Такая обработка способна изменять структуру крахмала и облегчать взаимодействие с пищеварительными ферментами.

В результате одинаковое количество углеводов потенциально может становиться доступным организму с разной скоростью.

Похожий принцип относится и к другим продуктам.

Их текстура, размер частиц, состояние белков, распределение жиров и способность образовывать однородную массу во время пережёвывания могут влиять на последующее пищеварение.

В научной литературе для описания этих свойств используется понятие пищевой матрицы.

Пищевая матрица — это физическая и химическая организация компонентов продукта, определяющая, как они взаимодействуют друг с другом и становятся доступными организму.

Иными словами, значение имеет не только то, какие вещества содержатся в еде, но и то, каким образом они организованы.

Авторы нового исследования предполагают, что различия в пищевой матрице и доступности питательных веществ могли способствовать обнаруженным метаболическим изменениям.

Но пока это гипотеза, а не установленное объяснение.

Исследователи не измеряли непосредственно микроструктуру продуктов, поэтому не смогли определить, какой именно технологический процесс вызвал наблюдаемый эффект.

Почему исследователи решили посмотреть на мозг

Вторая часть работы была посвящена связи обмена веществ с реакцией мозга на пищевые стимулы.

На отдельном этапе участникам показывали изображения различных продуктов во время функциональной магнитно-резонансной томографии.

Этот метод позволяет косвенно оценивать активность областей мозга по изменениям кровотока.

Участники рассматривали фотографии 28 продуктов: 14 относились к ультрапереработанным, остальные — к другим категориям NOVA.

Одновременно они указывали, сколько готовы заплатить за каждый продукт.

Таким образом исследователи оценивали субъективную ценность еды и сопоставляли её с активностью мозга.

Для анализа изображений использовали данные 52 участников.

Неожиданно оказалось, что готовность платить за продукты двух категорий существенно не различалась.

Однако характер связи между субъективной ценностью продуктов и активностью некоторых областей мозга был разным.

Особый интерес представляло полосатое тело — группа структур мозга, участвующих в обучении, мотивации и обработке информации о вознаграждении.

В дополнительном анализе 29 участников, для которых были доступны обе группы измерений, различия в использовании углеводов после еды оказались связаны с различиями в реакции этих структур на изображения продуктов.

Это согласуется с представлением о том, что мозг оценивает пищу не только по вкусу и внешнему виду.

Сигналы, возникающие после поступления питательных веществ в пищеварительную систему, также могут участвовать в формировании пищевых предпочтений.

Такой механизм иногда называют обучением на основе связи вкуса и питательной ценности.

Организм постепенно связывает характеристики продукта с последствиями его употребления.

Однако исследование не доказало, что обнаруженные различия в активности мозга заставляют человека больше есть или сильнее предпочитать ультрапереработанную пищу.

Нейровизуализация выявила статистические связи, но не установила причинно-следственный механизм.

Что уже известно о здоровье и ультрапереработанной пище

Новое исследование дополняет результаты предыдущих работ.

В 2019 году группа Кевина Холла из Национальных институтов здравоохранения США провела контролируемый эксперимент с участием 20 добровольцев.

Участники последовательно получали ультрапереработанный и необработанный рационы, сопоставимые по ряду питательных характеристик.

При этом они могли самостоятельно определять количество съедаемой пищи.

На ультрапереработанном рационе добровольцы в среднем потребляли примерно на 500 килокалорий в день больше и набирали вес.

Исследование показало, что характер обработки продуктов может быть связан не только с их составом, но и с количеством потребляемой энергии.

Однако механизмы этого эффекта оставались неясными.

В 2024 году масштабный обзор, опубликованный в The BMJ, объединил результаты эпидемиологических исследований почти 9,9 миллиона человек.

Авторы обнаружили многочисленные связи между высоким потреблением ультрапереработанной пищи и неблагоприятными последствиями для здоровья, включая ожирение, сердечно-сосудистые заболевания и диабет второго типа.

Но наблюдательные исследования не позволяют однозначно установить, чем именно обусловлены эти связи.

Люди, употребляющие больше ультрапереработанных продуктов, могут одновременно различаться по общей структуре питания, физической активности и другим характеристикам.

Поэтому принципиально важно изучать конкретные биологические механизмы.

Работа Virginia Tech предлагает один из возможных элементов объяснения: даже при почти одинаковом количестве основных питательных веществ организм может по-разному реагировать на продукты различной степени обработки.

Почему исследование пока не позволяет делать категоричные выводы

Несмотря на интересные результаты, у эксперимента есть существенные ограничения.

Во-первых, метаболические измерения выполняли только у 32 участников. Все они были относительно молодыми, здоровыми и имели нормальную массу тела.

Неизвестно, будут ли аналогичные реакции наблюдаться у пожилых людей, пациентов с ожирением или диабетом второго типа.

Во-вторых, исследователи сравнили только одну пару специально составленных наборов продуктов.

Нельзя автоматически распространять полученный результат на все ультрапереработанные продукты.

В-третьих, хотя количество белка было одинаковым, его источники различались. Это потенциально могло повлиять на секрецию инсулина.

Кроме того, ультрапереработанный набор содержал больше пищевых добавок, а структурные особенности продуктов не были непосредственно измерены.

Поэтому эксперимент не позволяет отделить влияние конкретных технологических операций от влияния состава отдельных ингредиентов.

Наконец, наблюдения продолжались только три часа после еды.

За это время можно обнаружить особенности гормональной и метаболической реакции, но нельзя установить, приводят ли они при многократном повторении к диабету, ожирению или другим заболеваниям.

Авторы планируют изучать большие порции, другие сочетания продуктов и более разнообразные группы участников.

Особенно важно будет выяснить, какие именно изменения пищевой структуры и какие добавки способны влиять на инсулиновый ответ.

Нужно ли теперь иначе читать этикетки продуктов

Исследование не означает, что калории, белки, жиры и углеводы перестали иметь значение.

Эти показатели по-прежнему необходимы для оценки питания.

Но они описывают преимущественно количество веществ, а не все особенности их усвоения и метаболического действия.

Практический ориентир заключается в том, чтобы оценивать продукт шире, чем по одной таблице пищевой ценности.

Имеют значение состав ингредиентов, содержание клетчатки, характер обработки и место продукта в повседневном рационе.

При этом не следует считать любую технологическую обработку вредной.

Пастеризация, замораживание, приготовление пищи и ферментация могут улучшать безопасность, сохраняемость или доступность отдельных питательных веществ.

Даже внутри категории ультрапереработанных продуктов существуют существенные различия.

Поэтому задача состоит не в механическом отказе от всего обработанного, а в понимании того, насколько разнообразен рацион и какие продукты составляют его основу.