Веганский рацион изменил работу печени у мышей всего за два дня

Учёные обнаружили быструю перестройку обмена глюкозы и аммиака. Ключевую роль в адаптации организма играет фермент печени, о котором редко говорят в контексте питания.

Почему одинаковое количество белка не означает одинаковое питание

На первый взгляд белок выполняет универсальную задачу: организм расщепляет его на аминокислоты, из которых затем строит собственные белки.

Но аминокислоты нужны не только мышцам, ферментам и другим тканям. Они также участвуют в производстве энергии, поддержании уровня глюкозы и обмене азота.

При этом белки разных продуктов отличаются своим аминокислотным составом.

Например, животные белки обычно содержат больше аминокислот с разветвлённой цепью — лейцина, изолейцина и валина. Их называют BCAA. Эти вещества участвуют в регуляции синтеза белка и энергетического обмена.

Чтобы проверить значение таких различий, исследователи сравнили два лабораторных рациона.

В первом основным источником белка служил казеин — молочный белок. Во втором использовали смесь растительных компонентов, включая злаки и пивные дрожжи.

Оба рациона содержали приблизительно 20% белка. Доли жиров и углеводов также были близкими, хотя их конкретный состав различался.

В растительном рационе содержание лейцина и изолейцина было примерно на 19% ниже, а валина — на 9% ниже. Одновременно некоторые другие аминокислоты присутствовали в значительно больших количествах.

Таким образом, животные получали примерно одинаковое количество белка, но печень сталкивалась с разными наборами исходных веществ для метаболических реакций.

Как печень производит глюкозу из аминокислот

После еды организм получает глюкозу преимущественно из углеводов. Часть её запасается в печени в виде гликогена.

Между приёмами пищи ситуация меняется.

Когда доступной глюкозы становится меньше, печень сначала использует запасы гликогена, а затем увеличивает производство глюкозы из других соединений, включая аминокислоты.

Этот процесс называется глюконеогенезом.

Особенно важны для него аланин и глутамин. Они могут служить исходным материалом для последовательности химических реакций, в результате которых образуется глюкоза.

Так организм поддерживает поступление сахара в кровь даже тогда, когда человек или животное некоторое время не ест.

Но использование аминокислот создаёт дополнительную задачу.

В отличие от углеводов и жиров, аминокислоты содержат азот. При их переработке образуются азотистые соединения, в том числе аммиак, который в повышенных концентрациях токсичен для организма.

Поэтому печени приходится одновременно решать две задачи: извлекать из аминокислот вещества, необходимые для энергетического обмена, и безопасно удалять избыток азота.

Один фермент участвует сразу в двух процессах

Центральное место в исследовании заняла глутаматдегидрогеназа — фермент, обозначаемый сокращением GDH.

Она находится в митохондриях, клеточных структурах, участвующих в энергетическом обмене.

GDH катализирует превращение аминокислоты глутамата в альфа-кетоглутарат с высвобождением аммиака.

Альфа-кетоглутарат включается в цикл трикарбоновых кислот — одну из основных систем энергетического обмена клетки. Через связанные реакции он также поддерживает образование глюкозы.

Аммиак, в свою очередь, должен быть обезврежен. В печени для этого существует цикл мочевины, позволяющий превратить токсичные азотистые соединения в мочевину, которая затем выводится почками.

Здесь возникает интересная особенность.

Хотя GDH участвует в образовании аммиака, её работа одновременно необходима для согласованного функционирования системы его удаления.

Поэтому нарушение активности одного фермента может затронуть сразу два процесса, которые кажутся независимыми: производство глюкозы и обезвреживание аммиака.

Именно эту связь исследователи решили проверить экспериментально.

Что произошло после перехода на растительный рацион

Учёные использовали две группы мышей.

У животных первой группы фермент GDH функционировал нормально. Во второй его целенаправленно отключили в клетках печени с помощью генетической модификации.

Животных кормили одним из двух рационов в течение четырёх дней, а изменения метаболизма оценивали в состоянии обычного питания и после шестичасового голодания.

По сообщению Женевского университета, первые выраженные изменения обмена веществ проявлялись уже примерно через два дня.

У обычных мышей на растительном рационе концентрация глюкозы в крови после кормления оказалась ниже, чем у животных, получавших молочный белок.

Однако это не означало развития опасной гипогликемии.

После шестичасового голодания уровень глюкозы оставался в физиологическом диапазоне. При этом организм животных на растительном рационе активнее включал механизмы адаптации к отсутствию пищи.

В частности, увеличивалось соотношение глюкагона и инсулина — гормонов, которые совместно регулируют доступность энергетических веществ.

Интересно, что расчётный показатель инсулинорезистентности HOMA-IR у обычных мышей на растительном рационе был ниже. Это показывает, что обнаруженные изменения нельзя однозначно характеризовать как ухудшение обмена веществ.

Но особенно заметные различия исследователи нашли в обмене аммиака.

После шестичасового голодания его концентрация в крови обычных мышей на растительном рационе была в 2,62 раза выше, чем у животных, получавших казеин.

Одновременно концентрация мочевины оказалась примерно на 22% ниже.

Это указывало на изменение работы системы, отвечающей за переработку и удаление азотистых соединений.

При этом тяжёлой гипераммониемии — опасного накопления аммиака в крови — у обычных животных исследователи не наблюдали.

Когда отсутствие одного фермента превратилось в серьёзную проблему

Совсем другая картина возникла у мышей, у которых GDH была отключена в печени.

На растительном рационе эти животные значительно хуже справлялись с обезвреживанием аммиака.

Его концентрация в крови резко повышалась, а образование мочевины уменьшалось. Развивалась выраженная гипераммониемия.

Одновременно нарушалась способность печени увеличивать производство глюкозы в ответ на поступление глюконеогенных аминокислот.

Исследователи также обнаружили снижение концентрации аланина и лизина — аминокислот, участвующих в поддержании энергетического обмена.

Последствия выходили за пределы печени.

Мыши с отключённой GDH на растительном рационе значительно меньше двигались в беговом колесе. Их добровольная беговая активность была на 67,4% ниже, чем у обычных мышей, получавших рацион с животным белком.

Важно понимать, что это сравнение одновременно учитывает различия в рационе и наличие генетического нарушения. Оно не означает, что растительное питание само по себе уменьшает физическую активность на две трети.

Кроме того, исследователи не доказали, что снижение активности объясняется исключительно накоплением аммиака. Определённую роль могли играть нарушения обеспечения организма энергией.

Когда животных переводили обратно на рацион с казеином, двигательная активность быстро увеличивалась, а выраженные различия между группами исчезали.

Это указывало на высокую скорость метаболической адаптации.

Почему результаты не доказывают вред веганского питания

Исследование обнаружило важный физиологический механизм, но его результаты требуют осторожной интерпретации.

Прежде всего эксперименты проводились на мышах, а не на людях.

Метаболизм лабораторных животных отличается от человеческого. Например, шестичасовой период без пищи у мышей представляет собой существенную метаболическую нагрузку, которую нельзя напрямую приравнивать к аналогичному голоданию у человека.

Второе ограничение связано с составом рационов.

Хотя количество белка было сопоставимым, различались не только аминокислоты, но и источники углеводов.

В рационе с казеином значительная часть углеводов приходилась на сахарозу. В растительном рационе основным их источником были злаки.

Поэтому часть различий, особенно в концентрации глюкозы, могла определяться не только происхождением белка.

Кроме того, растительный рацион представлял собой конкретную лабораторную смесь. Он не воспроизводил разнообразное веганское питание, включающее бобовые, сою, орехи, семена и другие продукты.

Наконец, самые тяжёлые последствия наблюдались у генетически модифицированных животных, лишённых функциональной GDH в печени.

Это принципиально отличается от ситуации у здорового человека, у которого фермент работает нормально.

Следовательно, исследование не доказывает, что веганская диета повреждает печень, вызывает гипераммониемию или снижает физическую работоспособность у людей.

Оно показывает, насколько важна способность печени приспосабливаться к разному аминокислотному составу пищи.

Как выбирать растительные белки с учётом новых данных

Практический смысл работы заключается не в необходимости употреблять животные продукты, а в понимании роли аминокислотного состава рациона.

Если человек полностью исключает животные белки, важно получать достаточное количество незаменимых аминокислот из разнообразных растительных источников.

К продуктам, содержащим аминокислоты с разветвлённой цепью, относятся:

• Соевые продукты — тофу, темпе и соевые бобы.
• Бобовые — чечевица, нут, фасоль и горох.
• Орехи — арахис, миндаль и другие виды.
• Семена и цельнозерновые продукты — как дополнительные источники белка.

Разные растительные продукты обладают неодинаковым аминокислотным составом. Их сочетание помогает обеспечить организм необходимыми аминокислотами без обязательного использования животных белков.

Однако само исследование не определяло оптимальные количества этих продуктов для человека и не проверяло, способны ли отдельные растительные белки предотвращать обнаруженные у мышей изменения.

Есть и другие особенности веганского питания, известные независимо от этой работы.

В частности, необходимо обеспечивать надёжное поступление витамина B12 из обогащённых продуктов или добавок. Также требуют внимания витамин D, йод, железо, кальций и некоторые другие питательные вещества.

Британская Национальная служба здравоохранения (NHS) подчёркивает, что разнообразный и правильно спланированный веганский рацион может обеспечивать потребности организма в питательных веществах.

Для людей с заболеваниями печени или установленными нарушениями обмена аминокислот существенные изменения питания желательно согласовывать с лечащим врачом.

Что исследователям предстоит выяснить дальше

Новая работа оставляет несколько важных вопросов.

Пока неизвестно, насколько выраженные изменения активности GDH происходят у людей при переходе на растительные белки.

Неясно также, как печень адаптируется к длительному веганскому питанию и в какой степени разнообразие растительных источников белка компенсирует различия в аминокислотном составе.

Отдельный интерес представляет взаимодействие GDH с другими метаболическими механизмами, поддерживающими уровень глюкозы во время голодания.

Будущие исследования на людях могли бы оценить изменения аминокислотного профиля крови, показатели обмена азота и реакцию организма на периоды без пищи при разных вариантах питания.

При этом важно отличать кратковременную физиологическую адаптацию от действительно неблагоприятных последствий для здоровья.